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第5章预应力混凝土工程本章主要内容：5.1先张法5.2后张法5.3无粘结预应力混凝土施工5.4预应力混凝土工程施工质量验收与安全技术本章重点：先张法张拉设备及夹具、先张法预应力筋的放张顺序、后张法的常用锚具及张拉机械、预应力筋制作技术、后张法的施工工艺技术要点、先张法施工工艺、台座构造、先张法预应力筋的张拉技术要点、预应力工程的质量标准、安全技术、预应力混凝土施工的分类。。5.1先张法先张法施工工艺是先将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具临时固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土；待混凝土达到一定强度后，放松预应力筋，靠预应力筋与混凝土之间的粘结力使混凝土构件获得预应力。一、台座按构造型式不同分为墩式台座（图5-1）和槽式台座（图5-2）两类。墩式台座用于生产屋架、空心板、平板等。一般长度为100m~150m，又称长线台座。台座宽度约2m。台墩稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗滑移验算。台墩的牛腿和延伸部分，分别按钢筋混凝土的牛腿和偏心受压构件计算。台墩横梁的挠度不应大于2mm。台面一般是在夯实的碎石垫层上浇筑一层厚度为6~10cm的混凝土而成。台面伸缩缝一般约为10m设置一条，也可采用预应力混凝土滑动台面而不留施工缝。槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面等组成，既可承受张拉力，又可作蒸气养护槽，适用于张拉吨位较大的大型构件，如吊车梁、屋架等。槽式台座亦需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算；端柱的牛腿按钢筋混凝土的牛腿计算；槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力及部分张拉力组成第5章预应力混凝土工程图5-1墩式台座构造示意图1—台座2—钢横梁3—承力钢板4—台面第5章预应力混凝土工程图5-2槽式台座构造示意图1—张拉端柱2—锚固端柱3—中间传力柱4—上横梁5—下横梁6—横梁7、8—垫块9—连接板10—卡环11—基础板12—砂浆嵌逢13—砖墙14—螺栓第5章预应力混凝土工程二、张拉设备及夹具1.夹具单根镦头夹具（图5-3）、圆套筒三片式夹具（图5-4）、方套筒二片式夹具（图5-5）、圆锥齿板式夹具（图5-6）。静载锚固性能试验。2.张拉设备拉杆式千斤顶（图5-7）、穿心式千斤顶（图5-8）、锥锚式千斤顶（图5-9）、前置内卡式千斤顶（图5-10），张拉吨位可≥1000kN；还用电动螺杆张拉机（图5-11）与电动卷扬张拉机（图5-12）等。三、预应力筋的张拉张拉程序：0→1.03~1.05σcon或0→1.05бcon持荷2minбcon。预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。预应力钢丝张拉时，伸长值不作校核，应采用钢丝内力测定仪（见图5-13）检查钢丝的预应力值。其偏差不得大于或小于设计规定相应阶段预应力值的5%。预应力钢丝内力的检测，一般在张拉锚固后1h锚固损失已完成，钢筋松弛损失也部分产生。第5章预应力混凝土工程图5-3单根钢筋镦头夹具及张拉连接头a）单根钢筋镦头夹具b）张拉连接头第5章预应力混凝土工程图5-4圆套筒三片式夹具a）装配图b)夹片c)套筒第5章预应力混凝土工程图5-5方套筒二片式夹具第5章预应力混凝土工程图5-6方套筒二片式夹具图5-7拉杆式千斤顶构造示意图1—主缸2—主缸活塞3—主缸油嘴4—副缸5—副缸活塞6—副缸油嘴7—连接器8—顶杆9—拉杆10—螺帽11—预应力筋12—混凝土构件13—预埋钢板14—螺丝端杆第5章预应力混凝土工程图5-8YC—60型穿心式千斤顶的构造示意图1—张拉油缸2—顶压油缸（即张拉活塞）3—顶压活塞4—弹簧5—预应力筋6—工具式锚具7—螺帽8—工作锚具9—混凝土构件10—顶杆11—拉杆12—连接器Ⅰ—张拉工作油室Ⅱ—顶压工作油室Ⅲ—张拉回程油室A—张拉缸油嘴B—顶压缸油嘴C—油孔第5章预应力混凝土工程图5-9锥锚式双作用千斤顶构造示意图1—预应力筋2—顶压头3—副缸4—副缸活塞5—主缸6—主缸活塞7—主缸拉力弹簧8—副缸压力弹簧9—锥形卡环10—楔块11—主缸油嘴12—副缸油嘴13—锚塞14—构件15-锚环第5章预应力混凝土工程图5-10前置内卡式千斤顶第5章预应力混凝土工程图5-11电动螺杆张拉机构造图1—螺杆2、3—拉力架4—张拉夹具5—顶杆6—电动机7—减速箱8—测力计9、10—胶轮11—底盘12—手柄13—横梁15—锚固夹具第5章预应力混凝土工程图5-12LYZ-1A型电动卷扬张拉机1—电气箱2—电动机3—减速箱4—卷筒5—撑杆6—夹钳7—前轮8—测力计9—开关10—后轮第5章预应力混凝土工程图5-132CN-1型双控钢丝内力测定仪1—旋钮2—指示灯3—测钩4—内力表5—挠度表6—测头7—钢丝第5章预应力混凝土工程四、预应力筋放张预应力筋放张时，混凝土的强度符合设计；无设计要求时不应低于强度等级的75%。预应力筋的放张顺序可：1）轴心受预压的构件（如拉杆、桩等），所有预应力筋应同时放张；2）偏心受预压的构件（如梁等），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；3）如不能满足“1、2”两项要求时，应分阶段、对称、交错地放张，以防止在放张过程中构件产生弯曲、裂纹和预应力筋断裂；预应力筋可用砂轮锯、切断机、钢丝钳或氧炔焰切割等，钢丝、钢绞线、热处理筋、Ⅳ级筋不用电弧切割（P249）。可用楔块（图5-14）和砂箱（图5-15）等进行缓慢放张。第5章预应力混凝土工程图5-14楔块放张1—台座2—横梁3、4—钢块5—钢楔块6—螺杆7—承力板8—螺母第5章预应力混凝土工程图5-15砂箱装置构造图1—活塞2—钢套箱3—进砂口4—钢套箱底板5—出砂口6—砂子5.2后张法后张法是先制作构件（或块体），并在预应力筋的位置预留出相应的孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值后，穿入预应力筋并施加预应力，最后进行孔道灌浆，张拉力由锚具传给混凝土构件而使之产生预压力。用于屋架、吊车梁、梁、特种结构（水池、电视塔等）等。一、锚具1.单根钢筋螺丝端杆锚具（图5-16）、帮条锚具（图5-17）、精轧螺纹钢筋锚具、单根钢绞线锚具（图5-18）。2.钢筋束和钢绞线束KT-Z型锚具（可锻铸铁锥型锚具）（图5-19）、JM锚具（图5-20）、XM型锚具（图5-21）、QM型锚具（图5-22）、镦头锚具（图5-23）。3.钢丝束锥形螺杆锚具（图5-24）、钢丝束镦头锚具（图5-25）、钢质锥型锚具（图5-26）。锚具质量检验：预应力筋锚具、夹具和连接器，应有出厂合格证，进场时应检验：外观、硬度、静载锚固性试验（常用锚具、信誉好的专业锚具厂可不现场检）。检查：外观、硬度、静载锚固性能。第5章预应力混凝土工程图5-16螺丝端杆锚具a）螺丝端杆b）螺母c）垫板第5章预应力混凝土工程图5-17帮条锚具1—帮条2—衬板3—预应力钢筋第5章预应力混凝土工程图5-18单根钢绞线锚具1—钢绞线2—锚环3—夹片图5-19KT-Z型锚具a）装配图b)锚环c)锚塞第5章预应力混凝土工程5JM型锚具a)装配图b)锚板c)夹片第5章预应力混凝土工程图5-21XM型锚具a)装配图b)锚板第5章预应力混凝土工程图5-22QM型锚具及配件1—锚板2—夹片3—钢绞线4—喇叭形铸铁垫板5—弹簧圈6—预留孔道用的波纹管7—灌浆孔第5章预应力混凝土工程图5-23固定端用镦头锚具1—预应力筋2—镦粗头3—锚固板第5章预应力混凝土工程图5-24锥形螺杆锚具1—钢丝2—套筒3—锥形螺杆4—垫板5—螺母6—排气槽第5章预应力混凝土工程图5-25钢丝束镦头锚具1—锚环2—螺母3—钢丝束4—锚板第5章预应力混凝土工程图5-26钢质锥型锚具a)装配图b)锚塞c)锚环第5章预应力混凝土工程二、张拉机械1.拉杆式千斤顶（图5-7）适用于螺丝端杆锚具、锥型螺杆锚具。2.穿心式千斤顶（图5-8）适用于JM锚具、XM型锚具、QM型锚具。可改装为拉杆式、锥锚式。3.锥锚式千斤顶（图5-9）适用于KT—Z型锚具、钢质锥型锚具。4.前置内卡式千斤顶（图5-10）工具锚在千斤顶前部、藏于千斤顶体内，自动夹固和自动退锚，外露的钢筋长度２０cm。自重（含油）１８kg，可以节省大量预应力筋，最大张拉力２３Ｔ，工作行程１６０mm，外形尺寸１００*４６０ＭＭ。用于钢筋束和钢绞线束张拉。第5章预应力混凝土工程三、预应力筋制作1.钢丝束下料长度1）采用钢丝束镦头锚具，拉杆式或穿心式千斤顶张拉（图5-27）时，允差L/5000和5mm；张拉锚固后螺母在锚杯中央。此时构件长l－c（教材异）两端张拉L=l+2a+2δ－(H－H1)－ΔL－c(5-8)一端张拉L=l+2a+2δ－0.5(H－H1)－ΔL－c(5-9)式中a——锚杯底部厚度或锚板厚度；δ——钢丝镦头留量，对φS5取10mm；H——锚杯高度；H1——螺母高度；ΔL——钢丝束张拉伸长值，ΔL=；c——张拉时构件混凝土的弹性压缩值，c=（曲线筋可实测）；Es、Ec——预应力钢筋弹性模量与砼弹性模量；Ap、An——预应力钢筋与构件净截面积（含非预筋换算面积αEAs）；F——钢筋的平均张拉力。第5章预应力混凝土工程PsAEFLnAEFlc图5-27采用镦头锚时钢丝下料长度计算简图1—混凝土构件2—孔道3—钢丝束4—锚环5—螺母6—锚板第5章预应力混凝土工程2）采用锥形螺杆锚具，拉杆式千斤顶张拉（图528）时，L=l+2l6-2l5+2（l7+D）+Δ(5-15)式中l7——锥形螺杆锚具的套筒长度；D——钢丝伸出套筒的长度，取20mm；Δ——应力下料的伸长值=回缩值。3）采用钢质锥形锚具，锥锚式千斤顶张拉（图5-29）时，两端张拉L=l+2（l4+l5+80）（5-6）一端张拉L=l+2（l4+80）+l5（5-7）式中，l4——锚环厚度；l5——千斤顶分丝头至卡盘外端距离，对YZ850型千斤顶为470mm。钢丝下料：钢管现位法、应力下料。2．钢筋束或钢绞线束的下料长度采用夹片式锚具，穿心式千斤顶张拉（图5-30）时，两端张拉L=l+2（l7+l8+l9+100）（5-11）一端张拉L=l+2（l7+100）+l8+l9（5-12）式中l7——夹片式工作锚厚度；l8——穿心式千斤顶长度；l9——夹片式工具锚厚度。第5章预应力混凝土工程图5-28采用锥形螺杆锚具时钢丝下料长度计算简图1—螺母2—垫板3—锥形螺杆锚具4—钢丝束5—孔道6—混凝土构件第5章预应力混凝土工程5采用钢质锥形锚具时钢丝下料长度计算简图1—混凝土构件2—孔道3—钢丝束4—钢质锥形锚具5—锥锚式千斤顶第5章预应力混凝土工程图5-30钢筋束下料长度计算简图1—混凝土构件2—孔道3—钢筋束4—夹片式工作锚5—穿心式千斤顶6—夹片式工具锚第5章预应力混凝土工程四、后张法的施工工艺1.孔道成型方法预应力筋的孔道可采用钢管抽芯、胶管抽芯和预埋管等方法成型。1）钢管抽芯法（图5-31）用于直线孔道。井字架定位，转动防粘。初凝后、终凝前（手按混凝土不显指纹）抽管。抽管顺序宜先上后下地进行。抽管方法可用人工或卷扬机。抽管后清理孔道。2）胶管抽芯法（图5-32）采用夹布胶管或钢丝网橡皮管，可用于直线、曲线或折线孔道。充水（或充气）加压或胶皮管内满塞细钢筋，水压表的压力如有变化必须补压。放水降压抽管。3）预埋管法采用薄钢管、镀锌钢管与金属螺旋管（波纹管）等。2.张拉端设置长度≤30m的直线筋，一端张拉；长度30m的直线筋、曲线筋，两端张拉。3.分批张拉规范第6.2.6条指出，后张法构件的预应力钢筋采用分批张拉时，应考虑后批张拉钢筋所产生的砼弹性压缩（或伸长）对先批张拉钢筋的影响，将先批张拉钢筋的张拉应力值con增加（或减少），此处为后批张拉钢筋在先批张拉钢筋重心处产生的砼法向应力，为预应力钢筋弹性模量与砼弹性模量之比。所以先批张拉的预应力筋张拉力应调整，或补张（对使应力减小情况，但张拉应力限值）。（由实际后应力如超张，先筋重心混凝土压力σc）。4.平卧重叠构件张拉为了减少上下层之间因摩擦引起的预应力损失，可逐层加大张拉力。图5-31固定钢管或胶管位置用的井字架第5章预应力混凝土工程图5-32胶管与阀门连接1—胶管2—20号铅丝密扎