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1、1,第四章 预应力混凝土工程,第一节 概 述,一、预应力混凝土的特点： 预应力混凝土结构的特点：截面小、刚度大、抗裂性、耐久性好。 预应力的原理：在结构或构件承受使用荷载前，对受拉区的混凝土预先施加压应力, 以抵消或减少使用荷载作用下产生的拉应力。 施加预应力的目的： 提高结构或构件的抗裂度； 提高结构或构件的刚度； 充分发挥高强钢材的作用； 把散件拼成整体。,2,二、预应力钢筋的种类,为了获得较大的预应力，预应力筋常用高强度钢材，目前较常见的有以下六种： （1）冷拔低碳钢丝 冷拔低碳钢丝是由直径610mm的I级钢筋在常温下通过拔丝模冷拔而成，一般拔至直径35mm。冷拔钢丝强度比原材料屈服强度
2、显著提高，但塑性降低，是适用于小型构件的预应力筋。,（2） 冷拉钢筋,冷拉钢筋是将级热轧钢筋在常温下通过张拉到超过屈服点某一应力，使其产生一定的塑佳变形后卸荷，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，可直接用做预应力筋。,3,（3）碳素钢丝,碳素钢丝是由高碳钢盘条经淬火、酸洗、拉拔制成。为了消除钢丝拉拔中产生的内应力，还需经过矫直回火处理。钢丝直径一般为38mm，最大为12 mm，其中34 mm直径钢丝主要用于先张法，58 mm直径钢丝用于后张法。钢丝强度高，表面光滑，用作先张法预应力筋时，为了保证高强钢丝与混凝土具有可靠的粘结，钢丝的表面需经过刻痕处理，如
3、图所示。,4,（4）钢绞线,钢绞线一般是由6根碳素钢丝围绕一根中心钢丝在绞丝机上绞成螺旋状，再经低温回火制成。图4-2为预应力钢绞线截面图。钢绞线的直径较大，一般为915 mm，比较柔软，施工方便，但价格比钢丝贵。钢绞线的强度较高，目前已有标准抗拉强度接近2000 N/mm2的高强、低松弛的钢绞线应用于工程中。,5,（5）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 610 mm。成品钢筋为直径 2 m的弹性盘卷，开盘后自行伸直，每盘长度为 l00120 m。 热处理钢筋的螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种，如图4-3所示。,
4、6,（6）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，如图 4-4 所示。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品种有25和32，其屈服点为750 MPa和900 MPa两种。,7,三、对混凝土的要求,在预应力混凝土结构中，一般要求混凝土的强度等级不低于C30。当采用碳素钢丝、钢绞线、级钢筋（热处理）作预应力钢筋时，混凝土的强度等级不低于C40。目前，在一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用C50C60的高强混凝土，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。 在预应力混凝土构件的施工中，不
5、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。,四、预应力的施加方法,预应力的施如方法，根据与构件制作相比较的先后顺序分为先张法、后张法两大类。按钢筋的张拉方法又分为机械张拉和电热张拉，后张法中因施工工艺的不同，又可分为一般后张法、后张自锚法、无粘结后张法、电热法等。,8,第二节 先张法,先张法：预制构件厂 生产 定型的 中小型构件，也常用于生产预应力桥跨结构等。例如，楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁,先张法,台座法：预应力筋的张拉、锚固、构件浇筑、养护和预应力 筋的放松等工序都在台座上进行， 预应力筋的张拉力由台座承受；,台模法：为机组流水、传送带生产方法， 预应力筋的张拉力
6、由钢台模承受。,9,夹具,横梁,台面,10,张拉机具和夹具,夹具 本身须具备自锁和自锚能力。 自锁 即锥销、齿板或锲块打入后不会反弹而脱出的能力； 自锚 即预应力筋张拉中能可靠地锚固而不被从夹具中拉出的能力。,11,以锥销式夹具为例，锥销在顶压力Q作用下打入套筒，如图：,Q的作用下，产生： 正压力N， 摩擦力 N1,锥销的受力平衡 Q n N1 cos n N sin 0 式中 n 锚固的预应力筋根数， 1 预应力筋与锥销间的摩擦系数。,因为 1 = tan1 (1为预应力筋与锥销间的摩擦角），代入上式得 Q n tan1 N cos + n N sin,12,锚固后，由于预应力筋内缩，正应力
7、变为 N， 由于锥销有回弹趋势，故摩阻力N1 反向以阻止回弹。 为使锥销自锁，则需满足下式： 即， n N1 cos n N sin,以1 = tan1 代入上式得： n tan1 N cos n N sin tan1 tan,故 夹具的自锁条件： 1 锥销式夹具能够自锁，角 锥销与预应力筋间的摩擦角1 。,13,张拉中预应力筋在F力作用下有向孔道内滑动的趋势：,其中 F = 2 N cos+ N sin 夹具自锚 条件：阻止预应力筋滑动的摩阻力预应力筋的拉力F，即,1N,因此 、2愈小，1愈大，则夹具的自锚性能愈好。 这就要求： 锥销的硬度（HRC4045）大于预应力筋的硬度， 预应力筋的硬
8、度要大于套筒的硬度。 角一般为46：过大时自锁和自锚性能差；过小则套筒承受的环向张力过大。,14,钢筋的张拉机具,钢筋的张拉，分单根张拉和多根成组张拉。 较小直径钢筋：在长线台座上可用卷扬机张拉； 直径12-20 mm的单根钢筋、钢绞线或钢丝束：可用YC-20型穿心式千斤顶张拉。,15,第三节 后张法,后张法的工艺流程： 混凝土结构或构件浇筑及留孔 养护拆模 孔道穿筋 预应力张拉（混凝土达75 %强度后） 固定及端部处 理 孔道灌浆 孔道养护（达15 N/mm2、混凝土达100%后） 预制构件的移动、吊装。 适于：大型构件的制作、或结构的现场施工， 亦可作为一种预制构件的拼装手段。 特点：直接
9、在构件上张拉预应力筋、不需台座； 工序多、工艺复杂， 锚具是预应力构件的一个组成部分，锚具不能重复利用。,16,17,一、锚具和预应力筋制作,（一） 锚具 1. 锚固性能要求：锚具须具有可靠的锚固能力。,锚具分为两类： 按锚固性能,锚具性能 类 类 锚具效率系数 a 0.95 a 0.9 锚具的总应变 u 2.0% u 1.7%,I 类锚具：适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构。,类锚具：仅适用于有粘结预应力混凝土结构， 且锚具处于预应力筋应力变化不大的部位。,18,2. 锚具的种类,锚具的种类很多，不同类型的预应力筋所配用的锚具不同， 常用的锚具有以下几种： （1）螺丝端杆锚具适用于直径1
10、836mm的，级预应力钢筋 由螺丝端杆、螺母和垫板三部分组成。 锚具长度一般为320mm，当为一端张拉或预应力筋的长度较长时，螺杆的长度应增加3050mm。,19,螺丝端杆与预应力筋用对焊连接，并在预应力筋冷拉之前进行。 螺丝端杆锚具设于张拉端，与其配套的张拉设备有YL-60型拉杆式千斤顶或YC60型、YC-20型及YC-18型穿心式千斤顶。,型号有LMl8LM36，如图：,20,（2）帮条锚具适用于粗钢筋作预应力筋,帮条锚具由帮条和衬板组成。 帮条采用与预应力筋同级别的钢筋，衬板采用普通低碳钢的钢板。 帮条锚具的三根帮条应成120o均匀布置，并垂直于衬板与预应力筋焊接牢固。 帮条焊接亦宜在钢
11、筋冷拉前进行，焊接时需防止烧伤预应力筋。,21,（3）镦头锚具适用于锚固任意根数s5与s 7钢丝束。,常用的镦头锚具分A型与B型： A型由锚环与螺母组成，可用于张拉端； B型为锚板，用于固定端。 镦头锚具的滑移值不应大于1mm。 镦头锚具的镦头强度，不得低于钢丝规定抗拉强度的98。,22,（4）锥形螺杆锚具适用于锚固1428根直径 5 mm 的钢丝束。,由锥形螺杆、套筒、螺母等组成。 锥形螺杆锚具与YL-60，YL-90拉杆式千斤顶配套使用，YC-60，YC-90穿心式千斤顶亦可应用。,23,（5）钢质锥形锚具适用于锥锚式双作用千斤顶张拉的钢丝束。,由锚环和锚塞，锚塞上刻有细齿槽，夹紧钢丝防止
12、滑动。,24,（6）JMl2型锚具适用于 锚固 36根IV级直径为12mm的光圆钢筋、 36根级直径为12mm的螺纹钢筋、 56束直径为12mm 的钢绞线。,25,JMl2型锚具性能好：锚固时钢筋束或钢绞线束被单根夹紧，不受直径误差的影响，且预应力筋是在呈直线状态下被张拉和锚固，受力性能好。 JMl2型锚具是楔块原理的锚具，既可是张拉端的锚具，亦可是固定端的锚具或作为重复使用的工具锚。 JM12型锚具宜选用相应的YC-60型穿心式千斤顶来张拉预应力筋。,JM l2 型锚具，由锚环和夹片组成。 规格有：光 JM 12 3 至 JM 12 - 6、 螺 JM l2 3 至 JM 12 - 6、 绞
13、 JM l2 5 至 JM l2 6 ，等十种。,26,（7） KT-Z型锚具适用于 锚固36根直径为12mm的级钢筋和直径为12mm的级钢筋束， 锚固36根j12(74)钢绞线束。,KT-Z型锚具，是一种可锻铸铁锥形锚具，由锚塞和锚环组成。 锚具为半埋式，使用时先将锚环小头嵌入承压钢板中，并用断续焊缝焊牢，然后共同预埋在构件端部。 KT-Z型锚具，用于螺纹钢筋束时，宜用锥锚式双作用千斤顶张拉； 用于钢绞线束，则宜用YC-60型双作用千斤顶张拉。,27,（8）多孔夹片锚具,锚固方式：在一块多孔的锚板上，利用每个锥形孔装一副夹片夹持一根钢绞线的一种锲紧式锚具。 优点：任何一根钢绞线锚固失效，都不
14、会引起整束锚固失效，并且每束钢绞线的根数不受限制，但构件端部需要扩孔。 被广泛应用于现代预应力混凝土工程。 主要的产品有： XM型锚具、,28,1）XM型锚具 由锚板与三片夹片组成。 是一种新型锚具，具有通用性强、性能可靠、施工方便、便于高空作业的特点。,适用于：钢绞线束、钢丝束，单根、多根预应力筋， 337j15钢绞线束或312根s5钢丝束。 锚固多根预应力筋时：既可单根张拉、逐根锚固， 又可成组张拉，成组锚固。 可用作工作锚具，又可用作工具锚具。,29,2）QM 型锚具由锚板与夹片组成。 QM型锚固体系配有专门的工具锚，以保证每次张拉后退锲方便，并减少安装工具锚所花费的时间。,适用于锚固431j12.7钢绞线或319根j15钢绞线。,30,3）BS型锚具,适用于锚固355j15钢绞线，锚下采用钢垫板、焊接喇叭管与螺旋筋。 灌浆孔设置在喇叭管上，由塑料管引出。,31,（二） 预应力筋的制作,1单根粗钢筋 （1）张拉位置：由 构件的长度、张拉工艺要求，可一端张拉、或两端张拉。 张拉端：螺丝端杆锚具； 固定端：螺丝端杆锚具、帮条锚具、或镦头锚具。,（2）制作工序：下料、对焊、冷拉等。 （3）下料长度计算,下料长度计算依据,对焊接头或镦粗头的压缩量(每个接头2030mm),张拉伸长值,
