预应力混凝土工程施工

项目四混凝结构工程施工单元4.4：预应力混凝土工程施工郑州建工集团有限公司单元4.4：预应力混凝土工程施工一、能力要求1、能识读预应力混凝土施工方案2、能根据方案组织施工及验收二、知识要求1、了解预应力混凝土材料及锚具、夹具和张拉设备2、熟悉钢绞线下料计算3、熟悉预应力混凝土施工方法、工艺、操作要点相关支撑知识一、预应力混凝土的概述二、预应力混凝土工程施工三、无粘结预应力混凝土一、定义预应力混凝土——在外荷载作用前，预先建立起有内应力的混凝土，其内应力的大小与分布应能抵消或减少给定外荷载所产生的应力。（注：混凝土中的预应力一般通过张拉预应力筋来实现。）预应力钢结构——在设计、制造、安装、施工期间和使用过程中，采用人为方法引入预应力以提高结构承载力、刚度、稳定性的各类钢结构。一、预应力混凝土的概述1.增强结构抗裂性和抗渗性。2.改善结构的耐久性。3.提高了结构与构件的刚度，减小结构变形。4.提高结构的抗疲劳承载能力。5.有效地减轻构件的自重（减小截面、节省材料）和增加结构的稳定性。适用于大跨度结构等。6.合理利用高强度材料（高强钢材和混凝土）。7.提高工程质量。8.预应力可从作为预制结构的一种拼装手段和结构加固的手段。二、预应力混凝土的特点三、预应力原理在正常使用条件下，普通钢筋混凝土结构的受拉区一般均已出现裂缝，这将导致构件刚度降低，变形增大。为了限制构件的裂缝宽度和结构的变形，往往需要增大构件截面尺寸和用钢量，这是不经济的，尤其是对于跨度大、荷载重的结构和对裂缝宽度限制较严的结构，构件将很笨重，既费钢材，又不利于施工。当采用高强混凝土和高强钢筋时，可以有效地减轻结构自重、节省钢材和降低造价，但是，在普通钢筋混凝土结构中采用高强钢筋，在使用荷载下钢筋应力更高，裂缝宽度也将更大，往往难以满足使用要求。预应力混凝土结构的基本原理是:在结构承载时将发生拉应力的部位，预先用某种方法对混凝土施加一定的压应力，这样，当结构承载而产生拉应力时，必须先抵消混凝土的预压应力，然后才能随着荷载的增加使混凝土受拉，进而出现裂缝。这就可以改善混凝土的受拉性能，延缓受拉混凝土的开裂或裂缝开展，使结构在使用荷载下不出现裂缝或不产生过大裂缝。四、预应力混凝土分类按预应力度大小——全预应力混凝土和部分预应力混凝土。按施加预应力方式——先张法、后张法和自应力。按预应力筋粘结状态——有粘结、无粘结和缓粘结。按施工方法——预制、现浇和叠合。在预应力混凝土结构中所采用的混凝土应具有高强、轻质和高耐久性的性质。一般要求混凝土的强度等级不低于C30。目前，我国在一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用C50~C60的高强混凝土，最高混凝土强度等级已达到C80，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。国外混凝土的平均抗压强度每10年提高5~10MPa，现已出现抗压强度高达200MPa的混凝土。五、内容包含：预应力钢材、锚（夹）具、张拉设备、预应力施工工艺等锚（夹）具预应力筋用锚具——预应力结构或构件中为保持预应力筋的拉力并将其传递到结构或构件上所用的永久性锚固装置。预应力筋用夹具——预应力结构或构件施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在张拉台座（设备）上的临时锚固装置。按锚固原理分类：支承式——螺母锚具，镦头锚具；楔紧式——锥销锚具，夹片式锚具等。基本要求：可靠的锚固能力，并不超过预期的滑移值；构造简单、加工方便、体形小、价格低、全部零件互换性好。预应力筋预应力筋是使结构或构件产生预压应力的受力材料。钢筋——精轧螺纹钢筋；钢丝——高强低合金钢丝、碳素钢丝;钢绞线要求：高强、低松弛、耐腐蚀。先张法先张法是先张拉预应力筋，后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。这种方法需要专用的生产台座和夹具，以便张拉和临时锚固预应力筋，待混凝土达到设计强度后，放松预应力筋。先张法适用于预制厂生产中小型预应力混凝土构件。预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的。后张法后张法是先浇筑混凝土后张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法。这种方法需要预留孔道和专用的锚具，张拉锚固的预应力筋要求进行孔道灌浆。后张法适用于施工现场生产大型预应力混凝土构件与结构。预应力是通过锚具传递给混凝土的。有粘结所谓有粘结预应力混凝土是指预应力筋沿全长均与周围混凝土相粘结。先张法的预应力筋直接浇筑在混凝土内，预应力筋和混凝土是有粘结的；后张法的预应力筋通过孔道灌浆与混凝土形成粘结力，这种方法生产的预应力混凝土也是有粘结的。无粘结无粘结预应力混凝土的预应力筋沿全长与周围混凝土能发生相对滑动，为防止预应力筋腐蚀和与周围混凝土粘结，采用涂油脂和缠绕塑料薄膜等措施。精轧螺纹钢筋外形为无纵肋而横肋不相连的螺扣，螺母与连接器的内螺纹应与之匹配，防止钢筋从中拉脱。螺母分为平面和锥形两种。锥形螺母可通过锥体与锥孔的配合，保证预应力筋的正确对中；开缝的作用是增强螺母对预应力筋的夹持作用。螺母材料采用45号钢，调质热处理。垫板也相应分为平面垫板和锥形垫板。（一）预应力筋1、精轧螺纹钢筋体系包括：精轧螺纹钢筋、锚具（螺母）和连接器。精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋是用热轧方法在钢筋表面上轧出不带纵肋的螺纹外形。钢筋的接长用连接螺纹套筒，端头锚固用螺母。这种高强度钢筋具有锚固简单、施工方便、无需焊接等优点。目前国内生产的精轧螺纹钢筋直径有25mm和32mm，其屈服点为750MPa和900MPa两种。（1）碳素钢丝碳素钢丝又称高强钢丝，采用优质高碳钢盘条制成。主要品种有：矫直回火钢丝和低松弛钢丝。常用直径为5mm，最大达7mm。5mm钢丝的力学性能指标为：抗拉强度常为1670、1770和1860N/mm2；伸长率不小于4%；反复弯曲次数不小于4次。其比例极限不小于抗拉强度的75%，屈服强度不小于抗拉强度的85%。低松弛钢丝是冷拉钢丝在张力状态下（抗拉强度的30%～50%）经回火处理而成。在先张法预应力混凝土构件中，为了增强钢丝与混凝土的握裹力，高强度钢丝的表面加工成螺旋肋。（2）冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是由直径6～10mm的I级钢筋在常温下通过拔丝模冷拔而成，一般拔至直径3～5mm。冷拔钢丝强度比原材料屈服强度显著提高，但塑性降低。2、钢丝体系预应力钢绞线图(a)1×7钢绞线；(b)1×2钢绞线；(c)l×3钢绞线；d一钢绞线公称直径钢绞线钢绞线是用多根冷拔钢丝在绞线机上成螺旋形绞合，并经回火处理而成，捻距为钢绞线公称直径的12～16倍。按构造不同分为：1×7、1×3与l×2钢绞线。按直径不同分为：12.7mm、15.2mm和15.7mm。1×3与1×2钢绞线仅用于先张法预应力混凝土构件。1×7钢绞线是由6根外层钢丝围绕一根中心钢丝(直径加大2.5％)绞成。1×7φS15.2钢绞线的截面积为140mm2，线重1.101kg/m。常用钢绞线抗拉强度级别为1860MPa。3、钢绞线体系4、其他类型冷拉钢筋冷拉钢筋是将Ⅱ～Ⅳ级热轧钢筋在常温下通过张拉到超过屈服点某一应力，使其产生一定的塑性变形后卸荷，再经时效处理而成。这样钢筋的塑性和弹性模量有所降低而屈服强度和硬度有所提高。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。热处理钢筋的螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种。(a)带纵肋(b)无纵肋（二）锚、夹具夹具在先张法预应力混凝土构件施工时，为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；在后张法预应力混凝土结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置。夹具必须工作可靠，构造简单，使用方便，能多次重复使用。夹具根据工作特点分为张拉夹具和锚固夹具。张拉夹具——将预应力筋和张拉机械相连，进行预应力筋张拉；锚固夹具——是将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。锚具Anchorage在后张法预应力混凝土结构或构件中，为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。连接器Coupler用于连接预应力筋的装置。（三）预应力张拉设备张拉设备：电动张拉机——先张法单根钢丝张拉液压张拉机——先张法和后张法各类预应力筋张拉1、电动张拉机按传动方式可分为：电动螺杆张拉机和电动卷筒张拉机。电动螺杆张拉机图2、液压张拉机液压张拉机包括：液压千斤顶、油泵与压力表等。液压千斤顶常用的有：穿心式和锥锚式千斤顶二类。（注：选用千斤顶型号与吨位时，应根据预应力筋的张拉力和所用的锚具形式确定。）（1）双作用穿心式千斤顶双作用：张拉和顶压。由张拉油缸、顶压油缸(即张拉活塞)、顶压活塞回程弹簧等组成，常用型号YC一60，公称张拉力为600kN，张拉行程为150mm，顶压力为300kN，顶压行程为50mm。适用于张拉带夹片锚具的JM型、XM型、QM型的预应力钢丝束、钢筋束或钢绞线束；配上撑脚、拉杆等也可作为拉杆式千斤顶使用。预应力锚固体系是指维持预加应力的构造体系。对于采用先张法工艺的预应力混凝土，预加应力材料(预应力筋、钢管、钢梁)的锚固，主要利用预加应力材料与混凝土之间的粘结力及相关的加强和传力构造；对于采用后张法工艺的预应力混凝土，预加应力材料(预应力筋、钢管)的锚固，主要采用机械构造物──锚具局部支承于混凝土。完善的机械锚固体系通常包括：锚具、夹具、连接器及锚下支承系统等。常见的预应力施工方法有：根据与构件制作相比较的先后顺序分为先张法和后张法两种；按钢筋的张拉方法又分为机械张拉和电热张拉；后张法因施工工艺的不同，又可分为一般后张法、后张自锚法、无粘结后张法等。二、预应力混凝土施工一、先张法施工施工过程：•首先张拉预应力筋并临时锚固在台座或钢模上；•然后浇筑构件的混凝土；•待混凝土达到一定强度后放松预应力筋，借助混凝土与预应力筋的粘结，使混凝土产生预压应力。广泛适用于中小型预制预应力混凝土构件生产。先张法——是在构件浇筑混凝土之前，在台座或钢模上张拉预应力筋的方法。预应力筋张拉混凝土施工预应力筋放张整理台座内的底板张拉预应力钢筋至1.05σcon再退至σcon安装侧模板、端模板绑扎底板钢筋浇筑底板混凝土安装芯模绑扎其他部位钢筋继续浇筑混凝土混凝土养护放张切断预应力钢筋起吊、移梁、存放封头预应力钢筋对焊、冷拉时效普通钢筋加工模板制作制混凝土试件测定混凝土试块强度拆除芯模拆除侧模、端模1、先张法工艺流程2、张拉台座先张法墩式台座结构应符合下列规定：1、承力台座须具有足够的强度和刚度，其抗倾覆安全系数应不小于1.5，抗滑移系数应不小于1.30。2、横梁须有足够的刚度，受力后挠度应不大于2mm。3、在台座上铺放预应力筋时，应采取措施防止沾污预应力筋。4、张拉前，应对台座、横梁及各项张拉设备进行详细检查，符合要求后方可进行操作。墩式台座3、预应力筋张拉张拉控制应力。《混凝土结构设计》规定，预应力筋的张拉控制力不宜超过下表的数值热处理钢筋消除应力钢丝、钢绞线后张法先张法张拉法钢筋种类ptkf75.0ptkf70.0ptkf75.0ptkf65.04、张拉制度超张拉制度0105%concon一次张拉制度0103%con采用超张拉工艺的目的是为了减少预应力筋的松弛应力损失。所谓“松弛”即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的特性，松弛的数值与张拉控制应力和延续时间有关。控制应力高，松弛也大，所以钢丝、钢绞线的松弛损失比冷拉热轧钢筋大；松弛损失还随着时间的延续而增加，但在第一分钟内可完成损失总值的50％，24h内则可完成80％。所以采用超张拉工艺，先超张拉5％再持荷2min，则可减少50％以上的松弛应力损失。采用一次张拉锚固工艺，因松弛损失大，故张拉力应比原设计控制应力提高3％。这种张拉程序施工简便，一般多用。持荷2分钟1）同时张拉多根预应力筋时，应预先调整其初应力，使相互之间的应力一致；张拉过程中，应使活动横梁与固定横梁始终保持平行，并应抽查力筋的预应力值，其偏差的绝对值不得超过按一个构件全部力筋预应力总值的5％。·2）预应力筋张拉完毕后，