建筑施工技术(第六版)预应力混凝土工程施工

建筑施工技术（第六版）教学单元5预应力混凝土工程施工主编：姚谨英目录5.1先张法预应力混凝土施工5.2后张法预应力混凝土施工5.3无粘结预应力混凝土施工5.4预应力混凝土施工质量检查与安全措施知识目标：掌握预应力混凝土的施工工艺及质量控制方法；掌握预应力混凝土的施工质量验收标准及检测方法；掌握预应力混凝土结构施工的安全技术。能力目标：能编制预应力混凝土施工先张法、后张法、无粘结预应力工程施工专项方案；能进行施工技术交底；能进行预应力混凝土工程施工质量检查。教学目标：预应力混凝：在结构受拉区预先施加压力产生预压应力，从而使结构在使用阶段产生的拉应力首先抵消预压应力，从而推迟了裂缝的出现和限制裂缝的开展，提高了结构的抗裂度和刚度。分类：1.按施工方法不同分为：先张法和后张法两大类2.按钢筋张拉方式不同分：为机械张拉、电热张拉与自应力张拉法等。特点：预应力混凝土可提高构件的抗裂度和刚度，还可减轻自重、增加构件的耐久性、降低造价等优点。先张法：在浇筑混凝土之前，先张拉预应力钢筋，并将预应力筋临时固定在台座或钢模上，待混凝土达到一定强度，放松预应力筋，使混凝土在预应力筋的反弹力作用下，使构件受拉区的混凝土承受预压应力。5.1先张法预应力混凝土工程施工先张法分类：生产方法可采用台座法和机组流水法预应力混凝土构件先张法（台座）生产过程见图5-1。图5-1先张法台座示意图（a）预应力筋张拉；（b）混凝土灌筑与养护；（c）放松预应力筋1—台座承力结构；2—横梁；3—台面；4—预应力筋；5—锚固夹具；6—混凝土构件适用范围：先张法适用于生产定型的中小型构件，如空心板、屋面板、吊车梁、檩条等。台座是先张法施工张拉和临时固定预应力筋的支撑结构，它承受预应力筋的全部张拉力。台座分类：台座按构造型式分为墩式台座和槽式台座墩式台座由承力台墩、台面和横梁组成(图5-2)。台座的长度和宽度由场地大小、构件类型和产量而定，一般长度宜为100～150m，宽度为2～4m。槽式台座是由端柱，传力柱和上、下横梁及砖墙组成的(图5-5)槽式台座适用于张拉吨位较大的构件，如吊车梁、屋架、薄腹梁等。5.1.1台座1、墩式台座2、槽式台座夹具是预应力筋张拉和临时固定的锚固装置，用在先张法施工中。分类：按其用途不同，可分为锚固夹具和张拉夹具。5.1.2夹具1、夹具的要求夹具的静载锚固性能应满足:ηs≥0.95。夹具除满足上述要求外，尚应具有下列性能：1.当预应力夹具组装件达到实际极限拉力时，全部零件不应出现肉眼可见的裂缝和破坏；2.有良好的自锚性能；3.有良好的松锚性能；4.能多次重复使用。（1）钢质锥形夹具钢质锥形夹具主要用来锚固直径为3～5㎜的单根钢丝夹具，如图5-6.（2）墩头夹具墩头夹具适用于预应力钢丝固定端的锚固，如图5-7。张拉夹具是将预应力筋与张拉机械连接起来进行预应力张拉的工具，常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具和楔形夹具等，如图5-8。2、锚固夹具3、张拉夹具图5-6钢质锥形夹具图5-7墩头夹具图5-8张拉夹具常用的张拉设备有油压千斤顶(见图5-9)、卷扬机(见图5-11)、电动螺杆张拉机(见图5-12)等。5.1.3张拉设备图5-11用卷扬机张拉预应力筋图5-12电动螺杆张拉机图5-9YC-20千斤顶先张法施工工艺流程如图5-13。图5-13先张法施工工艺流程图台座准备刷隔离剂铺放预应力筋安侧模、扎横向筋灌筑混凝土养护放松预应力筋张拉制作试块试块试压脱模出槽堆放5.1.4先张法施工工艺1.预应力筋铺设前先做好台面的隔离层，隔离剂应选用非油质类模板隔离剂，不得使预应力筋受污，以免影响预应力筋与混凝土的粘结。2.钢丝接长可借助钢丝拼接器用20～22号铁丝密排绑扎comcomcomcom50.10203.10分钟）（持荷预应力筋的铺设、张拉3.预应力筋张拉应力的确定：预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求。施工如采用超张拉，可比设计要求提高5%，但其最大张拉控制应力不得超过表5-1的规定。4.张拉程序：预应力筋的张拉程序可按下列程序之一进行：5.预应力筋伸长值与应力的测定预应力筋的伸长值△L按下式计算：预应力筋的弹性模量。预应力筋长度；预应力筋张拉力；..————式中E预应力筋截面面积；ALFEAlFLsppPPP预应力筋的位置不允许有过大偏差，对设计位置的偏差不得大于5㎜，也不得大于构件截面最短边长的4%。为了减少预应力损失，在设计配合比时应考虑减少混凝土的收缩和徐变。1.混凝土的浇筑混凝土浇筑与养护2.混凝土的养护预应力混凝土可采用自然养护和湿热养护。当采用湿热养护时应采取正确的养护制度，以减少由于温差引起的预应力损失。振捣混凝土时，振动器不得碰撞预应力钢筋。混凝土未达到一定强度前也不允许碰撞和踩动预应力筋，以保证预应力筋与混凝土有良好的粘结力。1.放张要求放张预应力筋时，混凝土应达到设计要求的强度。如设计无要求时，应不得低于设计混凝土强度等级的75%。放张预应力筋前应拆除构件的侧模。预应力筋的放张2.放张方法配筋不多的中小型构件，钢丝可用砂轮锯或切断机等方法放张。配筋多的钢筋混凝土构件，钢丝应同时放张。消除应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。预应力钢筋数量较多时，可用千斤顶、砂箱、楔块等装置应同时放张，见图5-15。图5-15预应力筋放张装置（a）千斤顶放张装置；（b）砂箱放张装置；（c）楔块放张装置1-横梁；2-千斤顶；3-承力架；4-夹具；5-钢丝；6-构件；7-活塞；8-套箱；9-套箱底板；10-砂；11-进砂口；12-出砂口；13-台座；14、15-固定楔块；16-滑动楔块；17螺杆；18-承力板；19螺母3.放张顺序预应力筋的放张顺序，应满足设计要求，如设计无要求时应满足下列规定：（1）宜采取缓慢放张工艺进行逐根或整体放张；（2）对轴心受预压构件所有预应力筋应同时放张。（3）对偏心受预压构件应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋。（4）如不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错的放张。（5）放张后，预应力筋的切断顺序，宜从张拉端开始依次切向另一端。后张法：先制作构件，并预留孔道，待构件混凝土强度达到设计规定的数值后，在孔道内穿入预应力筋进行张拉，并用锚具在构件端部将预应力筋锚固，最后进行孔道灌浆。靠构件端部的锚具将预应力筋的张拉力传递给混凝土，使混凝土产生预压应力。预应力混凝土后张法生产示意图见5-16。5.2后张法预应力混凝土工程施工图5-16后张法施工顺序(a)制作构件，预留孔道；(b)穿入预应力钢筋进行张拉并锚固；(c)孔道灌浆1–混凝土构件；2–预留孔道；3–预应力筋；4–千斤顶；5–锚具锚具：是预应力筋张拉和永久固定在预应力混凝土构件上的传递预应力的工具。分类：按锚固性能不同，可分为Ⅰ类锚具和Ⅱ类锚具。Ⅰ类锚具适用于承受动载、静载的预应力混凝土结构；Ⅱ类锚具仅适用于有粘结预应力混凝土结构，且锚具只能处于预应力筋应力变化不大的部位。5.2.1锚具及张拉设备锚具的要求锚具应满足静载锚固性能的要求。锚具还应满足下列规定：1.当预应力筋锚具组装件达到实测极限拉力时，除锚具设计允许的现象外，全部零件均不得出现肉眼可见的裂缝或破坏。2.除能满足分级张拉及补张拉工艺外，宜具有能放松预应力筋的性能。3.锚具或其附件上宜设置灌浆孔道，灌浆孔道应有使浆液通畅的截面积。1.按锚固原理和构造型式不同分：螺杆锚具、夹片锚具、锥销式锚具和镦头锚具四种体系；锚具的种类2.按张拉过程中锚具所在位置与作用不同分：张拉端锚具和固定端锚具；3.按锚具锚固预应力筋的类型和数量分：单根粗钢筋锚具、钢丝锚具和钢筋束、钢绞线束锚具。图5-17单根粗钢筋锚具（a）螺丝端杆锚具；（b）帮条锚具1-钢筋；2-螺丝端杆；3-螺母；4-焊接接头；5-衬板；6-帮条（1）单根粗钢筋锚具常用的单根粗钢筋锚具有螺丝端杆锚具和帮条锚具两种，见图5-17。（2）钢筋束、钢绞线束锚具1）JM型锚具：构造见图5-18.图5-18JM型锚具（a）JM型锚具；（b）JM型锚具的夹片；（c）JM型锚具的锚环1-锚环；2-夹片；3-圆锚环；4-方锚环2）KT-Z型锚KT-Z型锚具由锚环和锚塞组成，见图5-19所示，图5-19KT-Z型锚具1-锚环；2-锚塞3）XM型锚具XM型锚具由锚环和夹片组成，其构造见图5-20所示。图5-20XM型锚具1-喇叭管；2-锚环；3-灌浆孔；4-圆锥孔；5-夹片；6-钢绞线；7-波纹管（3）钢丝束锚具钢丝束所用锚具常用的有钢质锥形锚具，锥形螺杆锚具，钢丝束镦头锚具，XM型锚具和QM型锚具等。1）钢质锥形锚具由锚环和锚塞组成，见图5-23所示。2）锥形螺杆锚具。由锥形螺杆，套筒、螺母、垫板组成，见图5-24。5-23钢质锥形锚具1-锚环；2-锚塞图5-24锥形螺杆锚具1-钢丝；2-套筒；3-锥形螺杆；4-垫板后张法主要张拉设备有千斤顶和高压油泵。1.拉杆式千斤顶（YL型）拉杆式千斤顶主要用于张拉带有螺丝端杆锚具的粗钢筋，锥形螺杆锚具钢丝束及镦头锚具钢丝束，见图5-26。张拉设备图5-26拉伸机构造示意图1-主缸；2-主缸活塞；3-主缸油嘴；4-副缸；5-副缸活塞；6-副缸油嘴；7-连接器；8-顶杆；9-拉杆；10-螺母；11-预应力筋；12-混凝土构件；13-预埋钢板；14-螺线端杆2.锥锚式千斤顶（YZ型）锥锚式千斤顶主要用于张拉KT-Z型锚具锚固的钢筋束或钢绞线束和使用锥形锚具的预应力钢丝束，见图5-26。3.穿心式千斤顶（YC型）穿心式千斤顶适用性很强，它适用于张拉采用JM12型、QM型、XM型的预应力钢丝束，钢筋束和钢绞线束。图5-27锥锚式千斤顶构造图1-主缸；2-副缸；3-退楔缸；4-楔块（张拉时位置）；5-楔块（退出时位置）；6-锥形卡环；7-退楔翼片；8-预应力筋图5-27锥锚式千斤顶构造图1-主缸；2-副缸；3-退楔缸；4-楔块（张拉时位置）；5-楔块（退出时位置）；6-锥形卡环；7-退楔翼片；8-预应力筋4.千斤顶的校正采用千斤顶张拉预应力筋，预应力的大小是通过油压表的读数表达，油压表读数表示千斤顶活塞单位面积的油压力。千斤顶校正的方法主要有：标准测力计校正、压力机校正及用两台千斤顶互相校正等方法。5.高压油泵高压油泵与液压千斤顶配套使用，它的作用是向液压千斤顶各个油缸供油，使其活塞按照一定速度，伸出或回缩。1.单根预应力筋制作单根粗预应力钢筋制作过程有：配料、对焊、冷拉等工序。为保证质量，宜采用控制应力的方法进行冷拉；钢筋配料时应根据钢筋的品种测定冷拉率。钢筋对焊接长在钢筋冷拉前进行。钢筋的下料长度由计算确定。5.2.2预应力筋的制作当构件两端均采用螺丝端杆锚具时（图5-29）预应力筋下料长度为：nlllL12212nlllL12212一端为螺丝端杆锚具，另一端采用帮条锚具或镦头锚具时，预应力筋下料长度为：图5-29预应力筋下料长度计算示意图2.钢筋束及钢绞线束制作预应力筋制作过程包括:开盘冷拉、下料和编束等工序。下料是在钢筋冷拉后进行。钢绞线下料前应在切割口两侧各50㎜处用铁丝绑扎，切割后对切割口应立即焊牢，以免松散。钢筋束由直径10㎜的热处理钢筋编束而成，钢绞线束由直径为12㎜或15㎜的钢绞线编束而成，每束3～6根。编束时一般把预应力筋理顺后，用18-22号铁丝，每隔1m左右绑扎一道，形成束状。3.钢丝束制作钢丝束制作随锚具的不同而异，一般需经调直、下料、编束和安装锚具等工序。预应力钢丝束的制作和下料长度计算基本与预应力钢筋束、钢绞线束相同。为了保证张拉时各钢丝应力均匀，下料长度相对误差要控制在L/500以内且不大于5mm。因此下料时应在应力状态下切断下料，下料的控制应力为300MPa。为了保证钢丝不发生扭结，必须进行编束。编束前应对钢丝直径进行测量，直径相对误差不得超过0.1mm，以保证成束钢丝与锚具可靠连接。编束工作在平整的场地上把钢丝理顺放平，用22号铁丝将钢丝每隔1m编成