《土木工程施工》课件第5章预应力混凝土2

第五章预应力混凝土工程第一节预应力混凝土的基本知识一、预应力混凝土的概念：1、预应力混凝土：在构件使用前，对结构构件受拉区的钢筋在弹性范围之内的拉伸，利用钢筋的弹性回缩，对受拉区的混凝土预先施加预压应力，以提高构件的刚度、抗裂性和耐久性。2、预应力混凝土的分类：（1）按混凝土施工方法不同可分为：预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土等。（2）按施加预应力的方式不同可分为：先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土。（3）按预应力度大小可分为：全预应力混凝土和部分预应力混凝土。二、预应力混凝土的材料1、混凝土材料（1）强度要求：一般不低于C30；当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力筋时，混凝土的强度等级不低于C40。（2）混凝土的配置：应尽可能采用高标号水（宜用硅酸盐水泥），减少水泥用量，降低水灰比（控制在0.5以下），选用优质坚硬的骨料。2、钢筋（1）、强度高。预应力钢筋必须采用高强度钢材，以减少预应力构件在长期使用过程中，由于混凝土的收缩徐变等原因，而的造成预应力损失。（2）、要有较好的焊接性能和塑性。（3）、预应力筋的种类：单根粗钢筋，钢筋索，钢绞线索、钢丝索等。（4）、预应力筋的冷加工：冷拉和冷拔三、预加应力的方法：1、先张法——先张拉钢筋，后浇注混凝土。2、后张法——先浇注混凝土，预留孔道，后张拉钢筋还有电热法，无粘结预应力。四、预应力张拉控制应力（con):钢种张拉方法先张法后张法碳素钢丝、钢绞线、刻痕钢丝0.75fptk0.70fptk冷拔低碳钢丝、热处理钢筋0.70fptk0.60fptk冷拉钢筋0.90fpyk0.85fpyk注：fptk——预应力筋极限抗拉强度标准值（N/mm2）fpyk——预应力筋屈服强度标准值（N/mm2）五、预应力损失的概念：预应力总损失值小于下列数值时，则按下列数值取用：先张法：100N/mm2后张法：80N/mm21、锚具变形和钢筋内缩损失：l1(先、后张法均有）式中：——张拉锚具变形和钢筋内缩值；长线台座先张法：=5mm后张法螺丝端杆锚具（一条缝隙）=5mml——张拉端至固定端之间的距离。ES——钢筋弹性模量。1lslEla1aaa2、孔道摩擦损失：l2(后张法有）当＜0.2时：式中：——从张拉端至计算截面的距离——从张拉端至计算截面曲线孔道倾角。——摩擦系数)/11(2kxconle)(2kxconlkx,kx3、温度应力损失：l3长线台座生产时，采用蒸汽养护时存在。4、钢筋应力松弛损失：l4(先、后张法均有）5、混凝土收缩徐变应力损失：l5(先、后张法均有）预应力损失的组合张拉方法先张法后张法第一批预应力损失（混凝土预压前的预应力损失）lⅠ=l1+l4lⅠ=l1+l2第二批预应力损失（混凝土预压后的预应力损失）lⅡ=l5lⅡ=l4+l5六、先、后张法构件设计施工对比：1、先张法构件需要台座，故在预制厂生产中小型构件。后张法不需要台座，故在现场生产大型构件。2、设计中：先张法采用：换算截面——A0后张法采用：净面积——Aj3、预应力损失不同。4、预应力传递不同：先张法是依靠混凝土和钢筋之间的粘结力来传递。后张法是通过锚具来传递预应力。5、预应力筋张拉控制应力不同：先张法con＞后张法con，但最终效果一致。第二节先张法施工一、施工工艺台座准备刷隔离剂铺放预应力筋张拉并锚固安侧模扎横向构造筋浇混凝土养护放张脱模、堆放二、台座：1、墩式台座：2、槽式台座：三、预应力筋的张拉：（一）张拉设备：1、张拉机具：还有卷扬机。2、夹具：（二）张拉制度：1、超张拉制度：0105%concon2、一次张拉制度：0103%con持荷2分钟四、预应力筋的放张：1、放张的要求：放张预应力筋放张时，混凝土强度必须符合设计要求，如无设计要求时，混凝土强度不低于设计强度标准值的75%。2、放张的方法：钢丝——采用剪切、锯割或氧—乙炔焰溶断。粗钢筋——可采用溶断或穿心式砂箱放张。当放张多根预应力筋时，应同时放张。千斤顶放张1-千斤顶2-横梁3-承力支架4-夹具5-预应力钢筋或钢丝6-构件用千斤顶拉动单根钢筋，松开螺母，见图。放张时由于混凝土与预应力筋已连成整体，松开螺母所需的间隔只能是最前端构件外露钢筋的伸长，因此，所施加的应力往往超过控制应力约10%，比较费力。采用此法放张时，应拟定合理的放张顺序并控制每一循环的放张吨位，以免构件在放张过程中受力不均，并使先放张的钢筋引起后放张的钢筋内力增大而造成最后几根拉不动或拉断。砂箱放张1--活塞2-钢套箱3-进砂口4-钢套箱底板5-出砂口6-砂砂箱装置由钢制的套箱和活塞组成，见图。内装石英砂或铁砂，装砂量宜为砂箱长度的1/3~2/5。砂箱放置在台座与横梁之间，预应力筋张拉时。箱内砂被压实，承受横梁的反力。预应力筋放张时，将出砂口打开，砂慢慢流出，从而使整批预应力筋徐徐放张。采用砂箱放张，能控制放张速度，工作可靠，施工方便，可用于张拉力大于1000kN的情况。楔块放张1-台座2-横梁3、4-钢块5-钢楔块6-螺杆7-承力板8-螺母楔块装置放置在台座与横梁之间，见图。预应力筋放张时，旋转螺母使螺杆向上运动，带动楔块向上移动，钢块间距变小，横梁向台座方向移动，从而同时放张预应力筋。楔块放张一般用于张拉力不大于300kN的情况第三节后张法施工一、施工工艺铺底模支侧模、放构造钢筋埋管制孔浇混凝土抽管养护拆模穿预应力筋预应力筋张拉孔道灌浆起吊运输二、孔道留设：孔道留设方法：1、钢管抽芯法——留设Ø48直线孔道注意事项：（1）钢管必须调直，表面光滑，刷润滑剂。（2）屋架下弦混凝土的浇注顺序为：夏天冬天（3）恰当掌握抽管时间：混凝土初凝完成，终凝开始时抽管。（4）抽管顺序：先上后下。2、胶管抽芯法——留设Ø48直线或曲线孔道方法：在胶管内注入压力水或压缩空气。3、预埋铁皮管法——波形管三、预应力筋及锚具1、单根粗钢筋预应力筋及锚具锚具为：螺丝端杆锚具和帮条锚具张拉机具：YL型千斤顶2、钢筋束或钢绞线束预应力筋及锚具锚具为：JM12型锚具张拉机具：YC型穿心式张拉机3、钢丝束预应力筋及锚具锚具为：钢质锥型锚具、镦头锚具张拉机具：YZ型或YC型穿心式张拉机4、预应力筋的制作单根预应力筋的制作，一般包括配料、对焊、冷拉等工序。预应力筋的下料长度，应由计算确定。计算时应考虑下列因素：结构的孔道长度、锚具厚度、千斤顶长度、焊接接头或镦头的预留量、冷拉伸长值、弹性回缩值、张拉伸长值等。为了保证预应力筋下料准确，对于钢筋的冷拉率应进行实际测定，作为计算钢筋下料长度的依据。当测得的钢筋冷拉率比较分散时，应对钢筋逐根取样分别编组，即把钢筋冷拉率相差0.5％以内相接近的钢筋对焊在一起，确保冷拉完成后的预应力筋具有所要求的强度和长度，预应力钢筋经冷拉后，钢筋的弹性回缩率一般在0.3％左右。螺丝端杆外露在构件孔道外的长度，根据垫板厚度，螺母高度和拉伸机与螺丝端杆连接所需长度确定，一般可选用120mm～150mm。固定端用帮条锚具或镦头锚具时，其长度视锚具尺寸而定。垫板螺帽mmmml150~1202两端采用螺丝端杆锚具的预应力筋，其下料长度可按下列方法计算：预应力筋全长：预应力筋中的钢筋冷拉完成后的长度：预应力筋中的钢筋下料长度：212llL542lLlndll)1)(1(14下料2l4l1l5l5l2l或可近似地采用式中：—包括锚具在内的预应力筋全长；—预应力筋中钢筋的下料长度；—构件孔道长度；—螺丝端杆在构件外的外露长度；—预应力筋中的钢筋冷拉完成后的长度；—螺丝端杆长度；—钢筋直径；—钢筋的冷拉率；—钢筋冷拉后的弹性回缩率。ndll141下料Ll1l4l2l5ld1四、千斤顶校验：用千斤顶张拉预应力筋时，张拉力的大小主要由油泵上的压力表读数来表达。理论上，将压力表读数乘以活塞面积，而可求得张拉力的大小。设预应力筋的张拉力为N，千斤顶的活塞面积为F，则理论上的压力表读数可用下式计算：P=N/F但是，实际张拉力往往比公式的计算值小。其主要原因是一部分力被活塞与油缸之间的摩阻力所抵销，而摩阻力的大小又与许多因素有关，具体数值很难通过计算确定。因此，每次施工前千斤顶应重新校验。千斤顶与压力表配套校验的方法，可用标准测力汁（如测力环、水银标准箱、传感器等）和试验机（如万能试验机、长柱压力机等）校验。其中以试验机校验方法较为普遍。五、预应力筋的张拉：1、预应力筋张拉的一般要求和规定①对混凝土块体的要求：预应力筋张拉时，构件的混凝土强度应符合设计要求，如设计无要求时，混凝土强度不应低于设计强度标准值的75％。以确保在张拉过程中，混凝土不致于受压而破坏。②预应力筋的张拉顺序和张拉程序：预应力筋的张拉顺序，应按设计的有关规定进行，如设计无规定或受张拉设备限制时，则可分批、分阶段、对称地张拉，以免构件承受过大的偏心压力。当构件同一截面有多根预应力筋须分批拉时，则应考虑混凝土弹性压缩对预应力筋的有效预应力值的影响。所以，先一批张拉的顶应力筋，其张拉力应加上由于后几批预应力筋张拉时所产生的混凝土弹性压缩所造成的预应力损失值，使分批张拉完成后，每根预应力筋的张拉力基本相等。设分两批张拉，则第一批张拉的预应力筋的张拉控制应力应为：pcEconcon1式中：—第一批预应力筋的张拉控制应力；—设计控制应力，即第二批预应力筋的张拉控制应力；—钢筋与混凝土的弹性模量比值；—第二批预应力筋张拉时，在已张拉预应力筋重心处产生的混凝土法向应力。1conconEpcnPlconPCAA)(1PA----第二批张拉钢筋的面积1l-----第一批预应力损失nA------混凝土构件净面积张拉制度：一般采用超张法0105%concon0103%con③平卧重叠浇筑问题A产生：由于叠层之间的摩擦力，粘结力与咬合力，会减少下层构件预应力筋张拉时混凝土的弹性压缩变形，当上层构件吊离后，摩擦力，粘结力与咬合力就消失，那么构件被进一步压缩，此时预应力筋中的应力会降低。B措施：a构件自上而下顺序张拉；b逐层超张拉以抵消构件间的摩擦力，一般逐层增加1%，但最大张拉应力应符合下列规定：pykconf95.0max钢筋ptkconf75.0max钢丝c层数一般不超过4层。④预应力筋的张拉一般采用应力控制方法，但应校核预应力筋的伸长值。预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为1O％时开始量测，但必须加上初应力以下的推算伸长值，并扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。如实际伸长值比计算伸长值大于10％或小于5％时，应暂停张拉，在采取措施予以调整后，方可继续张拉。⑤预应力筋在锚固过程中，应检查张拉端预应力筋的内缩量，内缩量的数值不得大于下表中的规定。锚固阶段张拉端预应力筋的内缩量允许值注：①.内缩量是指预应力筋锚固过程中，由于锚具零件之间和锚具与预应力筋之间的相对移动和局部塑性变形造成的回缩量；②.当设计对内缩量允许值有专门规定时，可按设计规定确定预应力筋张拉、锚固完毕，需割去锚具外露出的顶应力筋时，则留在锚具外的预应力筋长度不得小于30，锚具应用混凝土保护，当需长期外露时，应采用防止锈蚀的措施。锚具类别内缩量允许值（mm）支承式锚具（镦头锚、带有螺丝端杆的锚具等）1锥塞式锚具5夹片式锚具5每块后加的锚具垫板1六、孔道灌浆：1作用保护预应力筋，防止其锈蚀，并使预应力筋与结构混凝土形成整体。2材料要求孔道灌浆用的砂浆，应采用标号不低于42.5号普通硅酸盐水泥配置的水泥浆；对空隙大的孔道，可采用水泥砂浆灌浆，水泥浆及砂浆强度，均不应小于20MPa。水泥浆的水灰比宜在0.4左右，搅拌后三小时泌水率宜控制在2%左右，最大不得超过3%，当需要增加孔道灌浆的密实性时，水泥浆中可掺入对预应力筋无腐蚀作用的外加剂。3注意事项灌浆前混凝土孔道应用压力水冲刷，确保孔道混凝土湿润和洁净。孔道灌浆可采用电动灰浆泵。水泥浆倒入灰浆泵时，必须过筛。灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断，并排气通顺，在灌满孔道