第五章预应力混凝土工程

第五章预应力混凝土工程简介预应力混凝土是近几十年发展起来的一门新兴科学技术；1928年法国的弗来西奈首先研制成功；我国是1956年开始采用预应力混凝土的。预应力混凝土开始使用时，主要用于单层工业厂房的屋面板、屋架和吊车梁等一些小型构件；后来预应力技术得到发展，开始进行了大开间、大跨度多层结构的体系应用。预应力混凝土与普通混凝土相比优点：提高构件的抗裂度和刚度减轻自重、节约材料增加构件耐久性降低造价装配化施工预应力混凝土按施工方法不同分类：按钢筋张拉方式不同分：先张发后张法机械张拉电热张拉自应力张拉§1先张发施工概念：在混凝土浇筑前张拉预应力筋，锚固在台座或钢模上，待混凝土达到一定强度后，放松预应力筋，钢筋弹性回缩，使混凝土产生挤压应力。生产方式：台座法机组流水法（模板法）一、台座：先张法施工的主要设备之一，承受全部筋的预应力，要求要有足够的刚度、强度和稳定性。类型：墩式、槽式、构架式（一）墩式台座组成：台墩、台面、横梁台座完成后要进行验算，因为如果少有变形就会引起较大的应力损失。1、台座的稳定性验算：如下图点的力臂。被动土压力合力至倾覆的力臂；张拉力作用点到倾覆点略不记；台座埋置较浅时，可忽台座后被动土压力，当台座自重力；重和土压力产生；抗倾覆力矩，由台座自；倾覆力矩，张拉筋引起抗倾覆安全系数；21112150.1eeEGMMKNeeEGLMMKpp2、滑移验算：由于台座和台面都是整体工作，一般不会滑动，所以滑移不需要验算倾覆点3、台面承载力验算：主要是指台面截面横向抗挤压能力的验算，由预应力筋张拉力引起（如右图）侧向挤压力。附加的安全系数，取；超载系数，取计值；混凝土轴心抗压强度设台面截面积；；＝系数，取－－轴心受压纵向弯曲台面抗压能力；5.125.112121KKfAPKKAfPcc例题：某台座，尺寸如右图，台面宽度为4m，台面混凝土厚度为10cm，预应力筋总得张拉力为1000KN，试验算稳定性及台面承载能力。解：这里有未知的常识条件，书本没有给出，就是混凝土的密度（重度或比重），在算混凝土重量G时，则为体积与密度的乘积。（如图分两部分计算）G1G2如图：抗倾覆力矩M1＝G1•L1＋G2•L2＝1.3x0.8x4x25x（1.7＋1.3/2）＋1.7x0.25x4x25x1.7/2＝175.00KN•m3、台面承载力验算侧向挤压力例题倾覆力矩M＝1000x（0.125＋0.05）＝175.00（KN•m）（见下图）则：抗倾覆安全系数K＝M1/M=280.52/175.00＝1.61.5所以倾覆稳定台面承载能力验算：（如右下图）所以可以满足使用要求)(1000)(21335.125.11040001000.1)/(10212KNKNKKAfPmmNfcc100mm4000mm1000KN（二）槽式台座（如图）组成：混凝土压杆、上下横梁、砖墙即可承受张拉力，又可作蒸汽养护槽作用：适用范围：适用张拉吨位较高的大型构件，长度一般45m二、夹具：是先张法施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在台座上的临时性锚固装置。槽式台座、夹具如图：张拉设备三、张拉设备：常见设备：油压千斤顶：卷扬机电动螺杆张拉力大，适用成组张拉张拉力小，适用单根张拉张拉夹具：（如图）张拉机械（如下图）先张法施工工艺四、先张法施工工艺分三个阶段：张拉预应力筋－－－浇筑混凝土、养护－－－放张（一）预应力筋张拉施工中为了减少预应力筋的预应力损失，可以进行超张拉，比设计值提高5％，但其最大张拉控制应力不得超过如下规定：钢种张拉方法先张法后张法碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线0.80fptk0.75fptk热处理钢筋、冷拔低碳钢丝0.75fptk0.70fptk冷拉钢筋0.95fpyk0.90fpyk注：fptk为预应力筋极限抗拉强度标准值；fpyk为预应力筋屈服强度标准值。最大张拉控制应力允许值张拉两种方式：0－－－1.05δcon持荷2minδcon0－－－1.03δcon张拉后校核伸长值：预应力筋的弹性模量。预应力筋截面积；预应力筋长度；预应力筋张拉力；＝％％、不应超过％理理实理sppsppEAlFEAlFllll510100（二）混凝土浇筑、养护减少混凝土收缩徐变引起的应力损失的措施：采应低水灰比控制水泥用量采用良好级配保证振捣密实（三）预应力筋放张放张强度要求：混凝土设计强度达到75％以上时才可放张放张顺序：应符合设计要求，当设计无要求时，应符合下列规定1、轴心预压力的构件，所有预应力筋同时放张。2、偏心预压力的构件，应先同时放张预应力较小区域的预应力筋，再放张预应力较大区域的筋。3、当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错放张。放张方法：若为钢丝，可剪切、锯割放张；若为钢筋，数量较少时，可以加热熔断；数量多的要同时放张。（如下图）养护放张新式先张法台座示意图：§2后张法概念：先制作混凝土构件，后张拉预应力筋，并用锚具预应力筋锚固在构件端部。适用于在现场施工大型预应力混凝土构件后张法施工示意图：一、锚具与张拉机械张拉预应力筋并永久固定在预应力混凝土构件上传递预应力的工具。1、锚具：锚具要求：工作可靠、构造简单、施工方便；预应力损失小、成本低；能反复张拉及放松；能留孔灌浆常见种类：a螺丝端杆锚具b绑条锚具c锥形螺杆锚具d镦头锚具e钢质锥形锚具常见锚具种类2、张拉机械：组成：千斤顶（各种样式）高压油泵二、预应力筋的制作：主要就是下料长度应计算准确，这里分单根钢筋和钢筋束或钢绞线来进行计算。1、单根预应力筋下料长度（如下图）：两端同时用螺丝端杆张拉时：一端螺丝端杆，一端绑条锚具时：两端都用螺丝端杆，仅一端张拉时：冷拉伸长率冷拉弹性回缩率二、预应力筋制作1、单根预应力筋如示意图：若一端为绑条：例题5.2回顾公式2、钢筋束或钢绞线束钢筋束由直径12mm的细钢筋编束而成；钢绞线束由12mm或15mm的钢绞线编束而成。每束3～6根，一般不需对焊接长，下料是冷拉后进行。下料长度为：L＝Lk＋a＋b当一端张拉时：当两端张拉时：L＝Lk＋2a张拉端留量，当千斤顶长度为435mm时，取600mm固定端留量，取80mm3、钢丝束钢丝束的制作随锚具型式的不同，其方法有差异。锥形锚具的下料长度与钢筋束基本相同；当采用锥形螺杆锚具时，下料长度如下：构件长度超过30m时，增量为0.003Lk；小于30m时，取0。2、钢筋束；3、钢丝束16200LLLk三、后张法施工工艺分三个阶段：混凝土构件制作（预留孔道）预应力筋张拉、锚固孔道灌浆1、预留孔道：方法钢管抽芯法胶管抽芯法预埋金属波纹管法2、预应力筋张拉：同样要求混凝土强度不低于设计强度标准值的75％（1）张拉控制应力：在施工中预应力筋需超张拉时，可比设计要求提高5％，但其最大张拉控制应力不得超过前面表格要求。最大张拉应力允许当采用超张拉方法减少应力损失时，张拉程序：如下张拉两种方式：0－－－1.05δcon持荷2minδcon0－－－1.03δcon（2）张拉端设置：应按设计要求确定张拉端，设计无要求时，要符合以下规定：A抽芯形成的孔道：曲线的和长度大于24m的直线预应力筋，可在一端张拉。B预埋波纹管孔道：曲线的和长度大于30m的直线预应力筋，宜在两端张拉。C当同一截面中有多根一端张拉的预应力筋时，张拉端宜分别设置在构件两端，以使构件受力均匀。三、后张法施工工艺（3）叠层构件的张拉：工地上大型后张法构件一般采用平卧重叠制作，以节省场地，但是重叠一般限制在3～4层。构件接触的摩阻力的存在，使张拉弹性回缩受到限制，而当构件吊起时，摩阻力消失，构件弹性压缩变形将产生一个增量，引起预应力损失。为了弥补损失，可自上而下逐层加大张拉力。（如图）增加的张拉力：。－－预应力筋截面面积；－－预应力筋弹性模量构件长度；－－缩值－－第二层构件张拉压缩值；－－第一层构件张拉压构件所在层数；式中pspsAELnAELnN)1(2121例题如下：（3）叠层构件的张拉3、孔道灌浆目的：防锈蚀增加整体性、耐久性提高抗裂性和承载能力材料要求：水泥要不低于425号的普通硅酸盐水泥水灰比为0.4左右不宜用纯水泥浆（干缩性较大）砂浆宜选用细砂，加水泥量的万分之一铝粉或0.25％的木质素磺酸钙，以增加灌浆的密实性和灰浆的流动性。注意事项：灌浆要连续进行，并防止空气压入孔道而影响灌浆质量；灌浆压力以0.5～0.6N/mm²为宜，过大易胀裂孔壁；灌浆前，压力水冲刷孔壁湿润孔壁；直线孔道从一端到另一端灌浆，曲线的从低端向两端；灰浆强度达到15N/mm²时，方可移动构件，达到100％设计强度时才允许吊装3、孔道灌浆§3电热法张拉一、原理：热胀冷缩原理，钢筋通电加热，伸长到设计值，锚固断电，则钢筋回缩建立预压应力。优点：操作简便，劳动强度低，设备简单，效率高；消除钢筋轧制时的内应力，提高钢筋强度。二、施工工艺流程：制作构件穿筋通电加热锚固复核三、注意事项：1、作好绝缘处理，防止电流分流；2、穿筋后，拧紧螺母，量出螺丝端杆外露长度，作为测量依据；3、冷却后孔道才能灌浆；4、冷却后用千斤顶校核预应力值。§4无粘结预应力混凝土的施工概念：在浇筑混凝土之前，将钢丝束的表面覆裹一层涂塑层，并绑扎好钢丝束，埋在混凝土内。待混凝土达到设计强度后，用张拉机械进行张拉，当拉到设计应力后，两端用特制的锚具锚固，借助锚具传递预先施加的应力。适用：大柱网结构的现浇整体楼盖大多采用特点：无需预留孔道，不必灌浆；建筑空间大，降低楼层高度，提高使用功能；提高结构的整体刚度，减少材料用量。一、无粘结预应力筋的制作（一）涂料及外包层一般由7根Ø5高强度钢丝组成，或成钢丝束或成钢绞线，通过专用设备，涂包防锈油脂，再套上塑料套管。（如右上图）塑料管钢丝束或钢绞线油脂涂料作用：是预应力筋与混凝土分离，减少张拉时的摩擦应力损失；防止预应力筋锈蚀涂料要求：不流淌，不变脆，润滑性能好；化学成分稳定，防腐性能好；对周围材料无腐蚀；不透水，不吸潮。外包层要求：高温时，化学稳定；低温时，不变脆；韧性和耐磨性强；对周围材料无腐蚀作用。（二）无粘结预应力筋制作：不应有死弯，每根必须通长，中间没有接头。工艺：编束放盘涂上涂料层覆裹塑料套冷却调直成型二、无粘结预应力筋的敷设敷设之前，仔细检查钢丝束或钢绞线的规格，若外层有损伤，则用塑料带修补好；若外包层破损严重，则不能使用。敷设时，应符合下列要求：预应力筋的绑扎：铁丝扎牢双向预应力筋的敷设：对交叉点比较标高，先敷设下面的，再敷设上面的，不要使两个方向的筋穿插编结控制预应力筋的位置：设置一些支架三、预应力筋端部处理采用镦头锚具时：锚环被拉出后，塑料套管会产生孔隙，必须注满防腐油脂。采用夹片式锚具时：张拉后，切除多余外露预应力筋，只保留200～600mm长分散弯折在混凝土圈梁内（见上图）无粘结预应力筋敷设、端部处理四、无粘结预应力筋的张拉张拉前的准备：检查混凝土强度，达到设计强度的100％；检查机具设备。张拉要点：张拉中，严防钢丝拉断，要控制同一截面的断裂不得超过2％，最多只允许一根。预应力筋长度小于25m时，宜采用一端张拉；大于25m时，宜两端张拉。张拉伸长值，按设计要求进行下一章