第四章预应力混凝土施工.

第四章预应力混凝土施工先张法施工后张法施工新加坡40层UIC办公楼当时最高的一幢无粘结无梁楼盖建筑，楼板跨度9.14m，板厚20.3cm，与普通混凝土梁板式楼盖相比，整幢大楼高度降了12.2m。波多利哥Ponce体育馆双曲抛物面悬臂薄壳屋顶混凝土高强混凝土钢筋高强钢材被动结合钢筋混凝土主动结合预应力混凝土概述：预应力混凝土：在结构或构件承受使用荷载前，张拉受拉区的预应力钢筋使受拉区混凝土产生预压应力,以抵消或减少使用荷载作用下产生的拉应力。预应力混凝土的基本概念预应力构件基本原理：预先在混凝土受拉区施加压应力，使其减小或抵消荷载引起的拉应力，将构件受到的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，即可控制构件裂缝宽度，甚至可以使构件不产生裂缝。预应力与木桶鸡：木桶在制作过程中，用铁箍把木板箍紧，目的是为了使木板间产生环向预压力，装水或装汤后，由水产生环向拉力，预压力抵消掉全部拉力，就不会漏水。预应力混凝土的分类按是否允许出现裂缝分为：全预应力混凝土和部份预应力混凝土两类。在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，称为全预应力混凝土，属严格要求不出现裂缝的构件；允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，则称为部分预应力混凝土，属允许出现裂缝的构件。预应力混凝土的分类按照粘结方式，预应力混凝土还可分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。无粘结预应力混凝土，是指配置无粘结预应力钢筋的后张法预应力混凝土。无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。从90年代开始，无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用，目前最大跨度可达到20m。预应力混凝土的特点2、减小构件截面尺寸，减轻自重：大跨度，重载结构3、充分利用高强材料：强度价格比大4、增强结构抗裂性和抗渗性：不开裂或减小裂缝宽度5、良好的经济性：省20～40%砼，30～60%纵筋6、工序较多，施工较复杂，且需张拉设备和锚具等。注意：预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说，当截面和材料相同时，预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件承载能力相同。1、提高结构与构件的刚度，减少变形：抵抗变形能力大预应力结构的适用范围预应力砼平板结构：无粘结，柱距7~13m预应力转换层结构地下室顶板：无梁楼盖，可便宜40～150元/m2预应力砼框架结构：最佳跨度12～24m，最佳跨数3跨预应力钢绞线截面图D—钢绞线直径；d0—中心钢丝直径；d—外层钢丝直径预应力混凝土构件的构造要求对混凝土的要求：混凝土强度等级不宜低于C40；不应低于C30。对钢筋的要求：预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。钢绞线与钢绞线束的横断面图第一节先张法施工先张法先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法主要工艺过程：穿钢筋→张拉钢筋→浇筑混凝土并养护→切断钢筋先张法施工——演示1夹具横梁台座预应力筋台面A、张拉预应力筋混凝土构件B、浇筑混凝土构件C、放张施加预应力一、先张法施工设备（一）台座：1、要求：有足够的强度、刚度和稳定性；满足生产工艺的要求。2、形式：•①墩式（传力墩、台面、横梁）长度100～150m，适于中、小型构件。•②槽式（传力柱、上下横梁、砖墙）长45～76m，适于双向预应力构件，易于蒸汽养护。墩式台座的几种形式a——重力式台座，靠自重平衡张拉力产生的倾覆力矩；b——构架式台座，靠土压力平衡张拉力产生的倾覆力矩槽式台座压杆砖墙上横梁下横梁砖墙压杆（二）夹具：①锥形夹具（锥销式、二片式、三片式）锚固单根12～14预应力筋；②镦头夹具—带槽螺栓、梳子板。③圆套筒三片式夹具—套筒、三个夹片锥销夹具圆套筒三片式夹具方套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具固定端镦头夹具单根镦头钢筋螺杆夹具高强镦头钢丝用梳筋板夹具接千斤顶镦头梳筋板夹具（制作预应力圆孔板用）（三）张拉机械1、穿心式千斤顶•YC－20型，最大拉力20t、行程200mm，适于12～20单根钢筋。2、电动螺杆•拉力30～60t、行程800mm，用于：钢筋、钢丝。3、液压千斤顶：单根或多根钢筋↓夹片锚张拉千斤顶电动螺杆张拉机的工作原理图二、先张法施工工艺（一）张拉预应力筋1.施工过程台座准备→预应力一端锚固→另一端张拉固定→支模板绑非预应力筋→浇砼→养护(至75%强度)→放松钢筋2.张拉控制应力张拉控制应力σconLy屈服强度fykb强度极限fptk预应力钢筋种类先张法后张法钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk热处理钢筋0.70fptk0.65fptk3.张拉要点（1）从台座中间向两侧对称张拉(防偏心损坏台座)（2）多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)（3）拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松（4）拉完的筋位置偏差≯5mm，且≯构件截面短边的4%2.张拉程序0→1.05σcon（持荷2分钟）→σcon0→1.03σcon超张拉——减少钢筋松弛造成的预应力损失不得超过钢筋的屈服强度fyk（二）混凝土浇筑与养护1、混凝土一次浇完，混凝土≮C30。2、防止较大徐变和收缩：选收缩变形小的水泥，水灰比≯0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。3、防止碰撞、踩踏钢丝。4、减少应力损失：非钢模台座生产，采取二次升温养护，(开始温差≯20℃，达10MPa后按正常速度升温）。（三）预应力筋放松1.张放时间：砼强度≥75%强度设计值2.放张顺序•轴心受压构件：同时放张•偏心受压构件：先同时放预压应力小的区域，再同时放大的区域；•其它构件：应分阶段、对称、相互交错放张。3.放张方法锯断，剪断，熔断(仅限于Ⅰ～Ⅲ级冷拉筋)放张应缓慢(砂箱法、楔块法、千斤顶)横梁螺杆螺母承力板台座钢块钢块钢楔块楔块放张法活塞钢套箱进砂口出砂口砂子钢套箱底板砂箱放张法第二节后张法施工•工艺过程支模绑扎非预应力筋→预留孔道→浇砼→养护拆模→抽管→穿筋张拉→锚具固定→孔道灌浆•适于：现场施工•特点：不需台座；但工序多、工艺复杂，锚具不能重复利用。一.锚具和张拉机具•锚具与预应力筋相对应–单根粗钢筋锚具–钢绞线锚具–钢丝束锚具•张拉机具与锚具相对应螺杆锚具螺杆与钢筋张拉前焊接好；(螺母、垫板用Q235钢)（一）单根粗筋锚具(直径18～36mm)帮条锚具帮条与预应力筋同级；互成120°，E50焊条；垫板用Q235钢单根预应力筋制作•工序：下料→对焊→冷拉。•下料长度计算：–①当两端用螺丝端杆锚具时——nd)(llll15211)1(22钢筋下料长度：②当一端用螺杆、一端用帮条时:ndlllll)1)(1(13521钢筋下料长度：张拉设备拉杆式千斤顶（YL－60）；穿心式千斤顶（YC－60、YC－20、YC－18）。YL-60拉杆式千斤顶YC60型千斤顶张拉过程锚具顶压过程工作原理图配装撑脚和拉杆后的外貌图（二）钢筋束、钢绞线束1、锚具张拉端——•JM－12型锚具：锚环、夹片。可锚钢绞线；•KT－Z型锚具：可锚3～6根直径12的HRB400~500级筋•单孔夹片式锚具：二片式、三夹片（直、斜开缝）；•多孔夹片式锚具：XM型、QM型、OV型、BS型…非张拉端——钢筋可用镦头锚具（固定板）；钢绞线可用挤压锚具6Φj15.24JM12锚具镦头锚具JM12锚具JM12锚具(a)l1JM12－6锚具KTZ型锚具锚环锚塞(a)组装图锚环夹片钢绞线(b)锚环(c)三夹片式夹片(e)斜开缝夹片(d)二夹片式夹片单孔夹片式锚具多孔夹片锚具多孔夹片锚具构造图(群锚)2、筋的制作•工序：冷拉→下料→编束。•下料长度l：–两端张拉：l＝l0＋2a–一端张拉：l＝l0＋a＋b•a－－张拉端预应力筋外露长度（600～850mm）•b－－非张拉端外露长度（80～100mm）3、张拉设备•锥锚式千斤顶（YZ60、YZ85）–――用于KT－Z及钢制锥形锚具；•穿心式千斤顶（YC60、YC120）–――用于KT－Z及JM－12、JM－15锚具•大孔径穿心式千斤顶（YCD、YCQ、YCW型）–－－用于大吨位钢绞线束（群锚）锥锚式千斤顶构造简图YCD型千斤顶工作示意图工具锚缸体顶压器工作锚活塞YCQ型千斤顶的操作顺序（三）钢丝束1、锚具张拉端——•锥形螺杆锚具（由锥形螺杆、套筒、螺母组成，锚14、16、20、24、28根φb5钢丝束等）；•钢质锥形锚具（由锚环、锚塞组成，锚18根以下φ5钢丝）；•镦头锚具（DM5A，锚12～54根φ5钢丝）。非张拉端——用镦头锚具（锚板），DM5B锥形螺杆锚具钢质锥形锚具镦头锚具2、钢丝束制作：下料→编束→安锚具。（1）下料长度：用钢质锥形锚具时，同钢筋束；用锥形螺杆锚具时——（2）下料方法：采取应力下料，控制应力取300N/mm2。（3）编束：测量直径，同束误差≯0.1mm；3、张拉设备•锥锚式双作用千斤顶；•拉杆式千斤顶；•穿心式千斤顶。钢丝束的编束锥形螺杆锚具的预紧锥形螺杆锚具与拉杆式千斤顶的安装示意图二、后张法施工工艺1、孔道形状：直线、曲线、折线；2、孔道成型方法：•①钢管抽芯法•②胶管抽芯法－－用于长孔或曲线孔。有一定刚度或充压；混凝土达一定强度后拔管。•③埋波纹管法－－预埋螺旋管。可先穿筋，接头严密，有一定刚度（一）孔道留设施工工艺：支模绑扎非预应力筋→预留孔道→浇砼→养护拆模→抽管→穿筋张拉→锚具固定→孔道灌浆胶管与阀门连接钢管的连接胶管的封端处理金属螺旋管螺旋管及锚座安装螺旋管的连接螺旋管上留灌浆孔螺旋管的固定(二)预应力筋张拉1.张拉强度•砼强度符合设计要求或达75%强度标准值；2.张拉控制应力和超张拉最大应力（比先张法均低0.05f）3.张拉顺序•配有多根钢筋或多束钢丝的构件－－分批对称张拉（注意：后批对先批产生应力影响）•叠浇构件－－自上而下逐层张拉，逐层加大拉应力，但顶底相差≯5%（钢丝、钢绞线、热处理筋）≯9%（冷拉筋）。4.张拉方式（1）对抽芯法•长度≤24m直孔：一端张拉•长度24m直孔、曲线孔：两端张拉（2）对埋螺旋管法•长度≤30m直孔：一端张拉•长度＞30m直孔、曲线孔：两端张拉5.张拉程序：同先张法（三）孔道灌浆1.目的：防止生锈；增加整体性。2.基本要求：（尽早进行，饱满、密实）•①水泥≮42.5级普硅；•②水灰比0.4左右，不得大于0.45；•③孔道湿、洁净，由下层孔到上层；三、无粘结预应力混凝土施工特点：无需留孔与灌浆，施工简单；可做成多跨曲线状；锚固要求高。适用：现浇结构（梁板等）。1、无粘结筋的制作钢丝束、钢绞线外包塑料套管套管和钢绞线之间充满油脂无粘结预应力楼盖锚固端(挤压锚具)无粘结预应力楼盖张拉端(泡沫穴模)张拉端凹口作法（b）塑料穴模（a）泡沫穴模2315（b）镦头锚具固定端1243（a）挤压锚具固定端固定端锚固方式5－镦头锚具4－挤压锚具2、铺设顺序：底部钢筋、预应力钢筋、支座负筋。就位固定——垫铁、马凳，或与其它筋固定。3、张拉25m内：一端张拉；≥25～50m：一端张拉锚固后，另端补强。4、端部防腐蚀处理锚固后在锚具夹片外保留≮30mm切断；分散、弯折后浇混凝土封闭，防止锈蚀。无粘结预应力楼盖预应力筋铺设无粘结预应力楼盖有破损的要包扎锚固端端部处理方法张拉端凹入式构造6－混凝土圈梁张拉端突出式构造6无粘结预应力楼盖完成后的无梁楼盖预应力工程施工金玛商城为框架结构，地下1层，地上6层，总高度35m，总建筑面积60000m2，柱网尺寸12m×12m。框架主梁采用后张法预应力体系，断面500×700，每根主梁布置2～4个预应力孔道，孔道内配置5Φj15.24、7Φj15.24钢绞线，预应力筋有直线束和曲线束，楼板中沿跨度方向配置无粘结预应力筋2Φj15.24钢绞线，fptk=1860Mpa，间距500，均采用曲线形布置方式，梁板砼等级为C40。确定预应力结构梁板施工方案预应力梁板结构施工工艺流程支撑排架搭设→无粘结预应力筋制作→预应力筋下料编号→梁板底模铺设→普通钢筋绑扎→波纹管