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土木工程施工第5章预应力混凝土工程1预应力材料与机具2先张法施工3后张法施工4无粘结预应力施工1土木工程施工【教学要求】了解预应力砼的特点和工作原理；了解先张法台座的类型、预应力值建立和传递原理，掌握张拉程序、张拉力控制和放张方法；了解后张法的施工工艺、锚夹具类型及张拉设备。了解无粘结预应力筋的施工工艺；熟悉预应力工程质量检验和质量控制的主要方法。【教学重点】先张法和后张法的施工工艺过程、质量控制与技术措施。2土木工程施工1概述普通钢筋砼构件的抗拉极限应变只有0.1--0.15×10-3。构件砼受拉开裂时，受拉钢筋的应力仅达1/4--1/3，钢筋的抗拉强度未能充分发挥。1.1预应力砼工作原理预应力砼是在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对砼施加预压应力。使用阶段的构件在外荷载作用下产生拉应力时，先要抵消预压应力，这就推迟了砼裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高构件的抗裂度和刚度。3土木工程施工1.2建立预压应力的方法是通过对受拉区的预应力钢筋进行张拉、锚固、放松，借助预应力钢筋的弹性回缩，使受拉区砼事先获得预压应力来实现的。砼箱梁中的预应力筋T梁中的预应力钢丝束4土木工程施工预应力砼的种类按预应力大小分按施加预应力方式分按预应力筋的粘结状态分按施工方式分全预应力砼先张法预应力砼后张法预应力砼有粘结预应力砼无粘结预应力砼预制预应力砼部分预应力砼现浇预应力砼组合预应力砼5土木工程施工1.3预应力砼的优缺点⑴有效利用高强钢材；⑵减小结构构件的截面尺寸、自重，能增大结构构件跨度，降低结构构件占用空间；⑶提高使用荷载下结构的抗裂性和刚度；⑷质量好、降低工程造价、结构耐久性好；⑸技术含量高、操作要求严，需要增添专用设备。6土木工程施工1.4预应力钢筋预应力钢筋宜采用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝和低松驰钢铰线，也可采用热处理钢筋。预应力钢筋是指在预应力结构中用于建立预加应力的单根或成束的预应力钢丝、钢绞线或钢筋等。7土木工程施工1.4.1预应力钢丝螺旋肋钢丝是通过专用拔丝模冷拔使钢丝表面沿长度方向产生规则间隔肋条的钢丝。直径为4～9mm，标准抗拉强度1570～1770N/mm2。螺旋肋能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。（1）螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝外形螺旋肋钢丝近照8土木工程施工（2）刻痕钢丝刻痕钢丝是用冷轧或冷拔方法使钢丝表面产生周期性变化的凹痕或凸纹的钢丝。直径为5、7mm，标准抗拉强度1570N/mm2。钢丝表面的凹痕或凸纹能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。•三面刻痕钢丝外形刻痕钢丝近照刻痕钢丝9土木工程施工1.4.2预应力钢绞线钢绞线是由多根碳素钢丝在绞线机上成螺旋状绞合，并经低温回火消除应力制成。钢绞线的整根破断力大、柔性好，施工方便，具有广阔的发展前景。但价格比钢丝贵。钢绞线可分为光面钢绞线、无粘结钢绞线、模拔钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线、不锈钢钢绞线等。预应力钢绞线光面预应力钢绞线10土木工程施工无粘结钢绞线是用防腐润滑油脂涂敷在钢绞线表面上、外包塑料护套制成，主要用于后张法中无粘结预应力筋，也可用于暴露或腐蚀环境中的体外索、拉索等。无粘结钢绞线无粘结钢绞线生产线11土木工程施工1.4.3热处理钢筋热处理钢筋是由普通热轧中碳合金钢筋经淬火和回火调质热处理制成。具有高强度、高韧性和高粘结力等优点，直径为6～10mm。成品钢筋为直径2m的弹性盘卷，开盘后自行伸直，每盘长度为l00～120m。热处理钢筋的螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种。有纵肋热处理钢筋无纵肋热处理钢筋12土木工程施工在预应力结构中，砼的强度等级不低于C30，当采用钢铰线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时不得低于C40；目前，在一些重要的预应力砼结构中，已开始采用C50～C60的高强砼，并逐步向更高强度等级的砼发展。在预应力砼构件的施工中，不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化钠等，否则会发生严重的质量事故。1.5预应力砼的材料要求13土木工程施工2预应力锚固体系预应力锚固体系包括锚具、夹具和连接器。锚固体系的种类很多，且配套化、系列化、工厂化生产，主要有QM系列(中国建科院)、OVM系列(柳州建机厂)、HVM系列(柳州海威姆)、VLM系列等。预应力锚固体系总成图张拉端锚具锚固端锚具连接器波纹管及预应力筋14土木工程施工锚具——在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传递到砼(或钢结构)上所用的夹持预应力筋的永久性锚固装置。后张法锚固体系包括锚具、锚垫板和螺旋筋。夹具——在先张法构件施工时，用于保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置；在后张法结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置(又称工具锚)。连接器——用于连接预应力筋的装置。15土木工程施工一、夹具（J）夹具——在先张法构件施工时，用于保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置；在后张法结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置(又称工具锚)。夹具根据工作特点分为两类：一类是将预应力筋锚固在台座上的锚固夹具；另一类是张拉时夹持预应力筋用的夹具。锚固夹具与张拉夹具都是重复使用的工具。夹具的性能由静载试验测定的夹具效率系数ηg确定，要求ηg≥0.92。夹具应具有良好的自锚性能、松锚性能和安全的重复使用功能，主要部件宜镀膜防腐。16土木工程施工二、锚具（M）锚具——在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传递到砼(或钢结构)上所用的夹持预应力筋的永久性锚固装置。后张法锚固体系包括锚具、锚垫板和螺旋筋。锚具必须具有可靠的锚固性能、足够的强度和刚度储备。根据工作特点可分为张拉端锚具和固定端锚具。锚具按锚固方式的不同分为：夹片式锚具（J）、支承式锚具(L、D)、锥塞式锚具(Z)、握裹式锚具(W)。土木工程施工锚具的种类锚具类型常见锚具备注夹片式单孔夹片锚具1、按在构件中的位置又可分为张拉端锚具、固定端锚具两种。2、锚具一般由设计单位按结构要求、产品性能和张拉施工方法选用。多孔夹片锚具支承式镦头锚具螺母锚具锥塞式钢质锥形锚具锥形螺杆锚握裹式挤压锚具压花锚具18土木工程施工性能要求应符合国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2007。⑴静载锚固性能：锚具应同时满足ηa≥0.95，εapu≥2.0%；锚具静载试验机模拟钢绞线张拉锚具静载试验19土木工程施工⑵动载锚固性能：满足循环次数为200万次的疲劳试验要求。洛氏硬度检测磁粉探伤无损检验内孔精确角度检验锚具的出厂检验韦氏硬度检测20土木工程施工⑶工艺性能：应满足分级张拉、补张拉和放松预应力筋等张拉工艺要求；锚固多根预应力筋用的锚具，除具有整束张拉的性能外，宜具有单根张拉的可能性；21土木工程施工LB型整体对接式连接器LB型连接器静载试验L型周边悬挂式连接器钢绞线束的接长22土木工程施工VLM型单孔连接器M2L15-1单孔连接器VLM15(13)BL型扁锚连接器23土木工程施工3张拉设备预应力张拉设备主要有电动张拉设备和液压张拉设备两大类。电动张拉设备仅用于先张法，液压张拉设备可用于先张法与后张法。液压张拉设备由液压千斤顶、高压油泵和外接油管组成。张拉设备应装有测力仪器，以准确建立预应力值。张拉设备应由专人使用和保管，并定期维护和校验。前卡式千斤顶高压油泵穿心式千斤顶24土木工程施工3.1电动张拉机械常用的电动张拉机械主要有：电动螺杆张拉机、电动卷扬张拉机等，常用于先张法施工中。电动螺杆张拉机构造图电动螺杆张拉机电动卷扬张拉机25土木工程施工是一种利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶。既可用于需要顶压的夹片锚的整体张拉，配上撑脚与拉杆后，还可张拉以螺栓端杆锚为张拉锚具的单根钢筋。广泛用于先张、后张法的预应力施工。1穿心式千斤顶YDC型穿心式千斤顶构造示意图千斤顶张拉中3.2液压张拉设备YDC型穿心式千斤顶26土木工程施工拉杆式千斤顶为空心拉杆式千斤顶，选用不同的配件可组成几种不同的张拉形式。可张拉DM型螺丝端杆锚、JLM精轧螺丝钢锚具，LZM冷铸锚等。2拉杆式千斤顶拉杆式千斤顶构造示意图YCL拉杆式千斤顶27土木工程施工是一种具有张拉、顶锚和退楔功能的三作用千斤顶，专用于张拉及顶压锚固带锥塞式锚具的钢绞线束。3锥锚式千斤顶张拉GZ型锚具实例YDZ850型千斤顶构造示意图28土木工程施工3.3高压油泵高压油泵向液压千斤顶的油缸高压供油。油泵的额定压力应等于或大于千斤顶的额定压力。高压油泵的额定压力为40～80MPa。千斤顶张拉时，张拉力的大小是通过油泵上的油压的读数来控制的。油压表的读数表示千斤顶张拉油缸活塞单位面积的油压力。在理论上如已知张拉力N，活塞面积A，则可求出张拉时油表的相应读数P。ZB型油泵YBZ型高压泵站29土木工程施工预应力钢筋、锚具、张拉机具的配套使用预应力筋品种锚具形式张拉机械张拉端固定端安装在结构之外安装在结构之内钢绞线及钢绞线束夹片锚具挤压锚具压花锚具挤压锚具夹片锚具穿心式钢丝束夹片锚具镦头锚具挤压锚具挤压锚具镦头锚具夹片锚具穿心式镦头锚具穿心式锥塞锚具锥锚式精轧螺纹钢筋螺母锚具—螺母锚具拉杆式30土木工程施工4先张法施工•先张法是在砼构件浇筑前先张拉预应力筋到设计控制应力，并用夹具将其临时锚固在台座或钢模上，再浇筑构件砼，待其达到一定强度后(约75%)放松并切断预应力筋，预应力筋产生弹性回缩，借助砼与预应力筋间的粘结，对砼产生预压应力。先张法生产有台座法和台模法两种。31土木工程施工32土木工程施工先张法施工33土木工程施工4.1台座•台座由台面、横梁和承力结构组成。按构造形式不同，可分为墩式台座、槽形台座和桩式台座等。台座可成批生产预应力构件。台面台座墩式长线台座台座承受全部预应力筋的拉力，故台座应具有足够的强度、刚度和稳定性，以免因台座变形、倾覆和滑移而引起预应力的损失。34土木工程施工•（1）墩式台座台座预应力筋线杆连接器钢横梁墩式台座由现浇钢筋砼做成，台座应具有足够的强度、刚度和稳定性，台座设计应进行抗倾覆验算与抗滑移验算。35土木工程施工•由承力台墩、台面与横梁三部分组成。长度100～150m,又称长线台座，一次可生产多根构件。•台墩稳定性验算包括抗倾覆验算和抗滑移验算。抗倾覆安全系数抗滑移安全系数土木工程施工•台面是在夯实的碎石垫层上浇筑一层厚度为60～100㎜的混凝土面层，要求平整、光滑，每隔10m设置一道伸缩缝。若采用预应力滑动台面，则不留伸缩缝。•横梁：锚固夹具临时固定预应力筋的支座。一般用型钢制作。在设计横梁时，除考虑强度外，应特别注意其变形，以减少预应力损失。土木工程施工土木工程施工39土木工程施工•（2）槽式台座•由混凝土压杆、横梁和砖墙组成，既可承受张拉力和倾覆力矩，加盖后又可作为蒸汽养护槽。适用于张拉吨位较大的吊车梁、屋架、箱梁等大型预应力砼构件。槽式台座构造示意图40土木工程施工压杆砖墙上横梁下横梁砖墙压杆41土木工程施工•（3）钢模台座•钢模台座主要在工厂流水线上使用。它是将制作构件的模板作为预应力钢筋锚固支座的一种台座。模板具有相当的刚度，可将预应力钢筋放在模板上进行张拉。箱梁钢模组装箱梁端部模板作张拉台座42土木工程施工4.2夹具（1）张拉夹具：与张拉机械相连，进行预应力筋（或钢丝）张拉的工具。土木工程施工张拉夹具土木工程施工（2）锚固夹具---临时固定在台座横梁上的工具。土木工程施工＊钢丝用锚固夹具圆锥齿板式夹具：3-5mm的碳素钢丝土木工程施工＊钢筋用锚固夹具•镦头锚具（一般不能重复使用）•销片式（三片、二片）土木工程施工4.3先张法施工工艺构件起吊、堆放放松预应力筋养护、拆模浇筑砼支侧模、安设预埋件张拉预应力筋支底模、安放钢筋骨架及预应力筋预应力筋制作张拉机具准备制作砼试块压试块调整初应力工艺流程48土木工程施工•1、预应力筋的张拉•（1）单根钢丝张拉：台座法多进行单根张拉，由于张拉力较小，一般可采用10～20kN电动螺杆张拉机或电动卷扬机单根张拉，弹簧测力计测力，优质锥销式夹具锚固。•（2）整体钢丝张拉：台模法多进行整体张拉，可采用台座式千斤顶