土木工程施工讲义第15讲(预应力施工)

土木工程施工邵阳学院土木专业第15讲预应力施工第5章预应力工程1先张法施工2后张法施工3无粘结预应力施工邵阳学院杨宗耀（教授级高工）土木工程施工邵阳学院土木专业1先张法施工先张法是在砼构件浇筑前先张拉预应力筋，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。先张法施工工艺示意图第15讲预应力施工先张法生产有台座法和台模法两种。点击先张法施工动画共64页第1页土木工程施工邵阳学院土木专业1.1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。1先张法施工台座由台面、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。墩式长线台座台座台面共64页第2页土木工程施工邵阳学院土木专业1.1.1墩式台座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。墩式台座近景墩式台座构造示意图1.1台座台座钢横梁线杆连接器预应力筋共64页第3页土木工程施工邵阳学院土木专业⑴抗倾覆验算：式中：N——预应力筋的张拉力；e1——张拉力合力作用点至倾覆点的力臂；G——台墩的自重力；L——台墩重心至倾覆点的力臂；Ep——台墩后面的被动土压力合力；e2——被动土压力合力至倾覆点的力臂。5.1121NeeEGLMMKp对于与台面共同工作的台墩，倾覆点的位置宜选在砼台面下4～5cm处。1.1台座墩式台座的计算简图共64页第4页土木工程施工邵阳学院土木专业⑵抗滑移验算：式中：K——抗滑移安全系数，不小于1.3；N1——抗滑移的力，对于独立台墩，由侧壁土压力和底部摩阻力产生。3.11NNKc台墩与台面共同工作时，预应力筋的张拉力几乎全部传给了台面，可不进行抗滑移验算。1.1台座共64页第5页土木工程施工邵阳学院土木专业1.1.2槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成，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1.1台座共64页第6页土木工程施工邵阳学院土木专业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。1.1.3钢模台座箱梁钢模组装箱梁端部模板作张拉台座1.1台座共64页第7页土木工程施工邵阳学院土木专业1.2施工工艺张拉预应力筋支侧模、安设预埋件预应力筋制作支底模、安放钢筋骨架及预应力筋压试块制作砼试块浇筑砼养护、拆模放松预应力筋构件起吊、堆放张拉机具准备调整初应力1.2.1工艺流程1先张法施工先张法预应力筋张拉共64页第8页土木工程施工邵阳学院土木专业1.2.2预应力筋的张拉⑴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。⑵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设置在台墩与钢横梁之间进行整体张拉，优质夹片式夹具锚固。要求钢丝的长度相等，事先调整初应力。1.2施工工艺数控式预应力钢丝张拉机共64页第9页土木工程施工邵阳学院土木专业镦头梳筋板夹具张拉千斤顶与张拉钩在预制厂生产预应力多孔板时，可在钢模上用镦头梳筋板夹具进行整体张拉。方法是：钢丝两端镦粗，一端卡在固定梳筋板上，另一端卡在张拉端的活动梳筋板上。用张拉钩钩住活动梳筋板，再通过连接套筒将张拉钩和拉杆式千斤顶连接，即可张拉。1.2施工工艺共64页第10页土木工程施工邵阳学院土木专业⑶单根钢绞线张拉：可采用前卡式千斤顶张拉，单孔夹片工具锚固定。⑷整体钢绞线张拉：一般在三横梁式台座上进行，台座式千斤顶与活动横梁组装在一起，利用工具式螺杆与连接器将钢绞线挂在活动横梁上，张拉前，先用小型千斤顶在固定端逐根调整钢绞线初应力。张拉时，台座式千斤顶推动活动横梁带动钢绞线整体张拉。1.2施工工艺前卡式千斤顶逐根张拉共64页第11页土木工程施工邵阳学院土木专业活动横梁固定横梁工具锚台座式千斤顶高压油泵墩式台座预应力筋土木工程施工邵阳学院土木专业⑸粗钢筋的张拉：分单根张拉和多根成组张拉。由于在长线台座上预应力筋的张拉伸长值较大，一般千斤顶行程多不能满足，张拉较小直径钢筋可用卷扬机。张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉行程应不小于预应力筋伸长值的1.1～1.3倍。1.2施工工艺钢筋预应力张拉机1钢筋预应力张拉机2共64页第13页土木工程施工邵阳学院土木专业1.2.3预应力筋的张拉程序⑴预应力钢丝：钢丝的张拉工作量大，宜采用一次张拉程序：0→1.03～1.05σcon锚固⑵低松驰钢绞线：采用一次张拉程序：对于单根张拉：0→σcon锚固对于整体张拉：0→初应力调整→σcon锚固式中：σcon——预应力筋的张拉控制应力。1.2施工工艺共64页第14页土木工程施工邵阳学院土木专业1.2.4预应力值校核钢丝张拉时，伸长值不作校核。张拉锚固后，用钢丝内力测定仪反复测定4次，取后3次的平均值为钢丝内力。其允许偏差为设计规定预应力值的±5%。每工作班检查预应力筋总数的1%，且不少于3根。1.2施工工艺2CN-1型双控钢丝内力测定仪预应力钢丝内力的检测，一般在张拉锚固后1h进行共64页第15页业内俗称“单控”土木工程施工邵阳学院土木专业钢绞线张拉时，一般采用张拉力控制、伸长值校核。业内俗称为“双控”！张拉过程中随时测量伸长值(量测千斤顶活塞行程反算预应力筋伸长值)台座式千斤顶固定横梁活动横梁工具锚量千斤顶行程共64页第16页张拉时预应力筋的实际伸长值与理论伸长值的允许偏差为±6%。张拉力控制的校核方法与钢丝相同.1.2施工工艺土木工程施工邵阳学院土木专业1.3先张法施工注意事项⑴台座法张拉预应力筋时，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋，避免台座承受过大的偏心压力。张拉宜分批、对称进行。⑵采用应力控制法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。当实际伸长值与计算伸长值的偏差大于±6%时，应暂停张拉，查明原因并采取措施调整后，方可继续张拉。1先张法施工⑶多根预应力筋同时张拉时，须事先调整初应力，使相互间的应力一致。预应力筋张拉锚固后的实际预应力值与设计规定检验值的相对允许偏差为±5%。共64页第17页土木工程施工邵阳学院土木专业⑷先张法中的预应力筋不允许出现断裂或滑脱。在浇筑砼前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。1.3先张法施工注意事项⑸锚固时，张拉端预应力筋的回缩量应符合设计要求，设计无要求时不得大于施工规范规定。⑹张拉锚固后，预应力筋对设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面短边尺寸的4%。⑺施工中必须注意安全，严禁正对钢筋张拉的两端站立人员，防止断筋回弹伤人。预应力筋张拉的安全防护共64页第18页土木工程施工邵阳学院土木专业1.4砼的浇筑与养护预应力筋张拉完成后，应尽快进行钢筋绑扎、模板拼装和砼浇筑等工作。砼浇筑时，振动器不得碰撞预应力筋。砼未达到强度前，也不允许碰撞或踩动预应力筋。当构件在台座上进行湿热养护时，应防止温差引起的预应力损失。先张法在台座上生产砼构件，其最高允许的养护温度应根据设计规定的允许温差(张拉与养护时的温度之差)计算确定。当砼强度达到7.5N／mm2(粗钢筋配筋)或10N／mm2(钢丝、钢绞线配筋)以上时，则可不受设计规定的温差限制。1先张法施工共64页第19页土木工程施工邵阳学院土木专业1.5预应力筋的放张砼强度达到设计规定的数值(不小于标准强度的75%)后，才可放松预应力筋。⑴轴心受预压构件，所有预应力筋应同时放张；1.5.1放张顺序1先张法施工⑵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；⑶不能满足上述要求时，应分阶段、对称、交错地放张，防止构件在放张过程中产生弯曲、裂纹或预应力筋断裂。共64页第20页土木工程施工邵阳学院土木专业1.5.2放张方法⑴当预应力筋采用钢丝时，配筋不多的中小型钢筋砼构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等方法放松。1.5预应力筋的放张共64页第21页长线台座上放松后预应力筋的切断顺序，一般由放松端开始,逐次切向另一端。长线法生产预应力空心板配筋多的钢筋砼构件，钢丝应同时放松，如逐根放松，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，易使构件端部开裂。土木工程施工邵阳学院土木专业⑵预应力筋为钢筋时，对热处理钢筋及冷拉IV级钢筋不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。数量较多时，也应同时放松。多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶放张、砂箱放张、楔块放张等方法。1.5预应力筋的放张楔块放张砂箱放张⑶采用湿热养护的预应力砼构件，宜热态放松预应力筋，而不宜降温后再放松。共64页第22页土木工程施工邵阳学院土木专业2后张法施工后张法是先制作构件并预留孔道，待构件砼达到规定强度后，在孔道内穿入预应力筋，张拉并锚固，然后孔道灌浆。第15讲预应力施工点击后张法施工动画后张法不需台座，构件在张拉过程中完成砼的弹性压缩。广泛应用于现场生产的大型预应力构件和现浇砼结构中。T梁预应力张拉共64页第23页土木工程施工邵阳学院土木专业2.1工艺流程浇筑砼抽管，养护拆模预应力筋制作埋管制孔压试块制作砼试块穿筋张拉预应力筋孔道灌浆构件起吊、运输张拉机具准备调整初应力制作砂浆试块压砂浆试块铺底模，钢筋及侧模锚具制作灌浆机具准备2后张法施工共64页第24页土木工程施工邵阳学院土木专业2.2预应力筋制作钢绞线是成盘状供应，不需要对焊接长。制作工序是：开盘→下料→编束。2.2.1钢绞线2后张法施工⑴下料：钢绞线下料宜用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割。⑵编束：钢绞线编束宜用20号铁丝绑扎，间距2～3m，编束前先将钢绞线理顺，使各根钢绞线松紧一致。共64页第25页钢绞线加工土木工程施工邵阳学院土木专业⑶钢绞线下料长度：采用夹片锚具、穿心式千斤顶张拉时，按下式计算：两端张拉：L＝l+（l1+l2+l3+100）一端张拉：L＝l+2（l1+100）+l2+l3式中：l——构件的孔道长度；l1——夹片式工作锚厚度；l2——穿心式千斤顶长度；l3——夹片式工具锚厚度。钢绞线下料长度计算简图2.2预应力筋制作共64页第26页土木工程施工邵阳学院土木专业2.2.2钢丝⑴下料：消除应力钢丝放开后是直的,可直接下料。钢丝在应力状态下切断下料，控制应力为300N/mm2。下料长度的误差要控制在L／5000以内，且不大于5mm。较常采用的是“钢管限位法下料”。2.2预应力筋制作⑵编束：为保证钢丝束两端钢丝排列顺序一致，穿束与张拉不致紊乱，钢丝必须编束。钢丝编束可分为空心束和实心束，都需用梳丝板理顺钢丝，在距钢丝端部5～10cm处编扎一道。实心束工艺简单，空心束孔道灌浆效果优于实心束。共64页第27页土木工程施工邵阳学院土木专业⑶下料长度：采用钢质锥形锚具、锥锚式千斤顶张拉时，按下式计算：两端张拉：L＝l+2（l1+l2+80）一端张拉：L＝l+2（l1+80）+l2式中：l——构件的孔道长度；l1——锚环厚度；l2——千斤顶分丝头至卡盘外端距离。采用钢质锥形锚具时钢丝下料长度计算简图2.2预应力筋制作共64页第28页土木工程施工邵阳学院土木专业2.2.3粗钢筋单根预应力钢筋一般张拉端均采用螺丝端杆锚具；而固定端除采用螺丝端杆锚具外，还可采用帮条锚具或镦头锚具。其制作工序是：配料→对焊→冷拉。下料长度应计算确定，计算时要考虑锚具种类、对焊接头或镦粗头的压缩量、张拉伸长值、冷拉率和弹性回缩率、构件长度等因素。2.2预应力筋制作粗钢筋下料长度计算简图共64页第29页土木工程施工邵阳学院土木专业2.3孔道留设预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种，其直径与布置根据构件的受力性能、张拉锚固体系特点及尺寸确定。预制构件的孔道留设现浇构件的孔道留设2后张法施工共64页第30页土木工程施工邵阳学院土木专业2