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1、第五章 预应力混凝土工程,原理：预应力混凝土技术是在结构构件承受使用荷载以前，在构件受拉区域张拉钢筋，利用钢筋的弹性回缩，对混凝土预先施加压力。,预应力混凝土简介,预应力混凝土概述,普通钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁,受拉区配置钢筋，但还会产生裂缝,配置预应力筋，施加预压应力,预应力砼的优缺点, 有效利用高强钢材； 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； 提高使用荷载下结构的抗裂性和刚度； 质量好、降低工程造价、结构耐久性好； 技术含量高、操作要求严，需要增添专用设备。,预应力分类,分类：,施加预应力的方法：先张法/后张法 按预应力粘结的状态：有粘结预应力/
2、无粘结预应力 预应力度的大小：全预应力/部分预应力,对钢材的要求： 1.高强度。 2.具有一定的塑性。 3.与混凝土有较好的粘结力。 4.有良好的加工能力，如可焊性。 对混凝土的要求: 1.高强度：预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。 2.收缩、徐变小，弹性模量高，有利于减少预应力损失。 3.尽可能作到快硬、早强。,预应力混凝土对材料的要求,甲级冷拔低碳钢丝 冷拉钢筋 预应力混凝土用钢丝（碳素钢丝） 钢绞线 热处理钢筋 精轧螺纹钢,预应力混凝土用钢材,后张法是先制作构件，在预应力筋布设的位置预留孔道，待构件
3、混凝土达到规定的强度后，在孔道内穿入预应力筋进行张拉并加以锚固，最后进行孔道灌浆。后张法不需要台座设备，适于生产大型构件。但由于把锚具作为预应力筋的组成部分，不能重复使用，因此耗钢量较大，加之施工工艺复杂，成本较高。,后张法主要工艺流程示意图 (a)浇注构件混凝土，预留孔道，穿入钢筋束； (b)张拉钢筋并锚固；(c)往孔道内灌浆,后张法预应力混凝土简介,后张法预应力混凝土施工,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。,冷拔低碳钢丝和冷拉钢筋由于存在残余应力、屈强比
4、低，已逐渐为螺旋肋钢丝、刻痕钢丝或13钢绞线所取代，不再作为预应力钢筋使用。,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49mm，标准抗拉强度15701770N/mm2。螺旋肋能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。,螺旋肋钢丝（H）,螺旋肋钢丝外形 螺旋肋钢丝近照,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、7 mm，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,2、预应力钢绞线,钢绞线（S）是由多根碳素
5、钢丝在绞线机上成螺旋形纹合，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,光面预应力钢绞线,常用光面钢绞线的规格有13和17两种，直径为8.615.2mm，标准抗拉强15701860N/mm2。后张法预应力均采用17钢绞线，13钢绞线仅用于先张法构件。,光面预应力钢绞线的形式 钢绞线的包装,钢绞线,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，
6、直径为610mm。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l00120m。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,4、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。精轧螺纹钢筋具有锚固简单、施工方便、无需焊接等优点。目前国内生产的精轧螺纹钢筋品种有25和32，其屈服点为750MPa和900MPa两种。,精轧螺纹钢筋外形 精轧螺纹钢筋近照,1、预应力锚具 （1）锚具是后张法结构构件中为保持预应力筋拉力并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置。锚具按其锚固钢筋或钢丝数量分为单
7、根粗钢筋、钢筋束和钢绞线束以及钢丝束锚具。按其锚固原理分为支承式和楔紧式。 单根粗钢筋预应力筋锚具 螺丝端杆锚具 帮条锚具 镦头锚具 钢丝束预应力筋锚具 锥形螺杆锚具 镦头锚具 冷铸镦头锚具 钢制锥形锚具（弗氏锚）,后张法预应力施工设备, 钢筋束和钢绞线束预应力筋锚具 JM锚具 KTZ锚具 多孔夹片锚具 XM，QM，OVM，BS，BM 单孔夹片锚具 挤压锚具 压花锚具,（2）其他配件 锚垫板 弹簧圈 约束环 喇叭铸铁板 波纹管 （3）连接器 钢丝连接器 钢绞线连接器 精轧螺纹钢,2、锚具、夹具和连接器的标记,示例：YJM 15-12,产品代号,企业体系代号，需要时标注,预应力钢材根数,预应力钢
8、筋直径,锚具、夹具和连接器的标记由产品代号、预应力钢筋直径、预应力钢材根数三部份组成(生产企业的体系代号只在需要时加注)。,表示为锚固12根直径为15.2mm预应力砼用钢绞线的园形夹片式群锚锚具,锚具、夹具和连接器的代号,镦头锚具,镦头锚体系可张拉P 5、P 7高强钢丝束，常用镦头锚分为A型和B型，A型由锚杯和螺母组成，用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。预应力筋采用钢丝镦头器镦头成型，配套张拉使用YDC系列穿心式千斤顶。主要用于后张法施工中。,DM型镦头锚具 镦头锚具与预应力钢丝束,A型,B型,高强钢丝束,3、钢丝束锚具,钢丝束由几根至几十根钢丝经编束制作而成,LD型系列镦头机构造示意图 1
9、.油嘴 2.油缸 3.顺序阀 4.回油阀 5.镦头活塞 6.镦头活塞回程弹簧 7.夹紧活塞回程弹簧 8.夹紧活塞 9.镦头模 10.锚环 11.夹片 12.夹片回程弹簧,已镦好的7钢丝,LD型系列镦头机,钢质锥形锚具,钢质锥形锚具(又称弗氏锚具)由锚圈和锚塞组成，可锚固630P 5或1224P 7的高强钢丝束，常用于后张法预应力砼结构和构件中，配套YDZ系列专用千斤顶张拉。,GZ型钢质锥形锚具,张拉好的 钢质锥形锚具,锚圈,锚圈,锚塞,锚塞,砼构件,锥形锚具,高强钢丝束,4、钢绞线束锚具,夹片式锚具分为单孔夹片锚具和多孔夹片锚具，由工作锚板、工作夹片、锚垫板、螺旋筋组成。可锚固预应力钢绞线。也
10、可锚固75、77的预应力钢丝束，主要用作张拉端锚具。具有自动跟进，放张后自动锚固，锚固效率系数高，锚固性能好，安全可靠等特点。,QM夹片式锚具 夹片式锚具的组装,夹片式锚具,钢绞线束由几根至几十根钢绞线经编束制作而成,JM型锚具 它由锚环与六片夹片组成。夹片呈扇形，用两侧的半圆槽锚固预应力筋。 JM型锚具可用于锚固36根直径为12mm的光圆或变形的钢筋束，也可用于锚固56根直径为12mm或15mm的钢绞线束。JM型锚具也可作工具锚重复使用，但如发现夹筋孔的齿纹有轻度损伤时，即应改为工作锚使用。,XM型锚具,XM型锚具由锚环和三块夹片组成。 既可用于锚固钢绞线束，又可用于锚固钢丝束；既可锚固单根
11、预应力筋，又可锚固多根预应力筋；当用于锚固多根预应力时，既可单根张拉，逐根锚固，又可成组张拉，成组锚固；它即可用作工作锚，又可用作工具锚。XM型锚具通用性好，锚固性能可靠，施工方便，且便于高空作业。,单孔夹片式锚具 工具锚、工作夹片,锚具与千斤顶安装示意图 张拉端锚具构造图,JM12型,KTZ型,XM型,QM型,工作锚板,工作夹片,锚垫板,螺旋筋,波纹管,预应力筋,VLM15(13)多孔夹片式锚具,(适用于后张法施工中的预应力砼构件，岩土锚固等结构之中),灌浆孔,5、锚具性能要求,应符合国家标准预应力筋用锚具、夹具和连接器GB/T14370-2007。 静载锚固性能：锚具应同时满足a0.95，
12、apu2.0%；夹具应满足g0.92。,锚具静载试验机,模拟钢绞线张拉 锚具静载试验, 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,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，还可张拉镦头锚和冷铸锚；前端装上分束顶压器,可张拉钢质锥形锚具。广泛用于先张、后张法的预应力施工。 YC型千斤顶，根据使用功能不同，又可分为YC型、YCD型、YCQ型等系列产品。,穿心式千斤顶（YC）,YDC型穿心式千斤顶 构造示意图,千斤顶张拉中,6、液压张拉设备
13、,YDC型穿心式千斤顶,前卡式千斤顶,是一种张拉工具锚内置于千斤顶前端的穿心式千斤顶，可自动夹紧和松开工具锚夹片，简化了施工工艺，节省了张拉时间，而且缩短了预应力筋预留张拉长度。主要用于各种有粘结筋和无粘结筋的单根张拉以及7p5 钢丝束。,YDQ型前卡式千斤顶 前卡式千斤顶张拉中,常见锚（夹）具类型及应用范围,高压油泵,高压油泵与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4080MPa。,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
14、张拉时油表的相应读数P 。,ZB型油泵,YBZ型 高压泵站,千斤顶的校验,实际张拉力往往比计算值小。其主要原因是一部分被活塞与油缸之间的摩阻力所抵消，而摩阻力的大小又与许多因素有关，具体数值很难通过计算确定。 因此，施工中常采用张拉设备配套校验的方法，直接测定千斤顶的实际张拉力与压力表读数之间的关系，制成表格或绘制成P与N的关系曲线，供施工中直接查用。千斤顶校验时，高压油泵与压力表一定要配套校验，压力表的精度不宜低于1.5级，校验用的试验机或测力计精度不得低于2%。 张拉设备的校验期一般不超过半年，如在使用过程中张拉设备出现反常现象，或在千斤顶经过检修后开始使用时，应重新校验。,后张法施工工艺
15、,孔道留设 预应力筋孔道形状：直线、曲线和折线。 预应力筋孔道成型可采用： 钢管抽芯只适用于直线孔道 胶管抽芯适用于直线孔道或一般的折线与曲线孔道 预埋波纹管法金属波纹管和塑料波纹管 孔道内径应比预应力筋外径或需穿过孔道的锚具外径大1015mm(粗钢筋)或8l2mm(钢丝束或钢绞线束)；且孔道面积应大于预应力筋面积的2倍。此外，在孔道的端部或中部应设置灌浆孔，其孔距不宜大于12m(抽芯成形)或30m(波纹管成形)。 孔道成型的基本要求： 孔道的尺寸与位置应正确，孔道的线形应平顺，接头不漏浆等。孔道端 部的预埋钢板应垂直于孔道中心线。,预埋管法预埋管法可采用薄钢管、镀锌钢管和金属螺旋管、塑料波纹
16、管，埋入后不再抽出，可用于各类形状的孔道，是目前大力推广的孔道留设方法。,波纹管要求：在1KN径向力作用下不变形，使用前进行灌水试验，检查有无渗漏，防止水泥浆流入管内堵塞孔道；安装就位过程中避免反复弯曲，以防管壁开裂。,塑料波纹管 金属螺旋管,构件中固定：波纹管安装前，应按设计图中预应力筋的曲线坐标在侧模板上弹线，以波纹管底为准，定出波纹管曲线位置，用钢筋井字架,间距不大于0.81.0m;螺旋管固定后，必须用铅丝与钢筋扎牢，防止浇筑砼时螺旋管上浮而造成严重事故。,曲线孔道的固定,螺旋管的连接，采用大一号同型螺旋管。接头管的长度在管径为4065时取200mm；7085时取250 mm； 90100时取3
