第4章 预应力混凝土工程

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1、第4章预应力混凝土工程 土木工程施工 之 实际问题 某地中央直属储备粮库由4座平房仓 30m 84m 及附属机修车间 器材库 机械棚等组成 结构形式为钢筋混凝土预应力屋架排架结构 其跨度分别为30m 30m跨度屋架44榀 每仓11榀 混凝土强度为C60 这样大型屋架的制作该如何完成呢 其施工工艺流程该怎样确定 其预应力筋张拉施工过程中应注意哪些问题才能避免预应力值损失 这些都是大型预应力混凝土构件施工中要着力解决的问题 预应力混凝土 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

2、 充分发挥高强钢材的作用 把散件拼成整体 优缺点 优点 有效利用高强度钢材 提高结构的抗裂度和刚度 减小构件的截面尺寸 节省材料 提高结构的耐久性 缺点 施工难度加大 需专用的施工设备和机具 操作要求严格 技术水平高 分类 1 按施工方法分先张法后张法2 按施加预应力的手段分机械张拉电热张拉3 按预应力筋与砼的粘结状态分有粘结预应力砼无粘结预应力砼4 按施加预应力大小程度分全预应力砼部分预应力砼 所用材料 1 钢材冷拉钢筋 冷拔低碳钢丝 热处理钢筋 碳素钢丝 刻痕钢丝 钢绞线等高强钢筋 2 砼强度不低于C30 当采用钢绞线 碳素钢丝 热处理钢筋时 不得低于C40 否则不利于发挥高强钢材的强度

3、应用 预应力圆孔板工业厂房中的屋面梁 屋架 屋面板等大型构件 桥梁等大跨度结构 贮气灌 贮油灌 压力水管等结构抗裂性能和抗腐性能要求高的结构 电视塔 核电站安全壳等特殊结构 概念 先张拉预应力筋 后浇筑砼的预应力砼生产方法 施工方法 台座法 机组流水法适于 预制厂生产中小型预应力砼构件 楼板 屋面板 吊车梁 薄腹梁 5 1先张法 5 1 1台座 墩式台座台墩 受力结构横梁 临时固定预应力筋的支座 台面 构件成型的胎模 长度100 150m 适于中 小型构件 台座承受预应力筋的全部张拉力 需有足够的强度 刚度和稳定性 槽式台座组成 压杆 传力柱 上下横梁 砖墙长度一般为45 76m 适用于张拉力

4、较高的大型构件 吊车梁 屋架等 夹具是预应力筋张拉和临时固定的工具 按工作特点分 张拉夹具 张拉时夹持预应力筋的工具 锚固夹具 将预应力筋临时固定在台座上的工具 5 1 2夹具 代号J 圆锥齿板式夹具 圆套筒三片式夹具 电动螺杆张拉机 拉力30 60t 行程800mm 用于 钢筋 钢丝 5 1 3张拉设备 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 电动螺杆张拉机构造图 油压千斤顶 如 YC 20型 最大拉力20t 行程200mm 适于12 20单根钢筋 卷扬机 适用于长线台座 5 1

5、 4先张法施工工艺 1 预应力筋的张拉1 张拉控制应力张拉控制应力 con不宜超过张拉控制应力允许值 若需要超张拉 张拉应力可再提高5 但 张拉控制应力允许值 最大张拉控制应力允许值 2 张拉程序0 1 05 con 持荷2分钟 con0 1 03 con超张拉 张拉应力超过规范规定的控制应力值 第一种张拉程序 目的是为了在高应力状态下加速预应力松弛早期发展 以减少应力松弛引起的预应力损失 第二种张拉程序 目的是为了弥补预应力筋的松弛损失 应力松弛 钢材在常温 高应力状态下 由于塑性变化而使应力随时间的延续而降低的现象 张拉力不超过钢筋的屈服强度 使预应力筋处于弹性工作状态 以便对砼建立有效的

6、预压应力 3 预应力筋伸长值的验算规范规定 实际伸长值与理论伸长值的相对允许偏差为 6 理论伸长值 L Fpl ApEs实际伸长值 初应力约为10 时开始量测的伸长值 加上初应力以下的推算伸长值 4 预应力筋的张拉力FP m conApm 超张拉系数 2 混凝土浇筑与养护浇筑 一次性完成 不留施工缝 振捣密实 特别是构件端部 避免碰击预应力筋 采用低水灰比 0 5 良好颗粒级配 减少砼收缩和徐变引起的预应力损失 养护 自然养护蒸汽养护二次升温法 开始温差 20 达10MPa后按正常速度升温 3 预应力筋放张1 放张要求符合设计要求 若设计无要求时 不得低于设计的砼立方体抗压强度标准值的75 2

7、 放张顺序轴心受压构件 压杆 桩等 同时放 偏心受压构件 梁等 先同时放预压应力小的区域的 再同时放大的区域的 其它构件 应分阶段 对称 相互交错放张 3 放张方法钢丝放张配筋不多时 剪切 割断 熔断 自中间向两侧逐根进行 配筋较多时 同时放张 钢筋放张配筋不多时 逐根熔断 配筋较多时 同时放张 如 千斤顶放张 楔块放张 砂箱放张 概念 先制作砼构件 再在构件上张拉预应力筋的施工方法 工艺过程 特点 不需台座 但工序多 工艺复杂 锚具不能重复利用 适于 大构件及结构的现场施工 预制拼装 结构张拉 5 2后张法 锚具是预应力筋张拉和永久固定在预应力砼构件上的传递应力的工具 锚具的种类 按构造形式

8、分 螺杆锚具 夹片锚具 锥销式锚具 镦头锚具 按工作特点分 张拉端锚具 固定端锚具 按锚固的钢材分 单根钢筋锚具 钢筋束 钢绞线束锚具 钢丝束锚具 5 2 1锚具 代号M 1 单根粗钢筋1 螺丝端杆锚具 螺栓端杆 螺母 垫板组成 适用于锚固 36mm的冷拉HRB335与HRB400级钢筋 2 帮条锚具 帮条与衬板组成 作为冷拉HRB335级与HRB400级钢筋及冷拉5号钢筋固定端锚具用 3 镦头锚具 镦头与垫板组成 2 钢筋束 钢绞线束 锚具张拉端 JM12型 锚固3 6根 l12mm钢筋束和4 6根12mm的钢绞线束 KT Z型锚具 3 6根直径12mm的冷拉螺纹钢筋和钢绞线束 单孔夹片式锚

9、具 二片式 三夹片 直 斜开缝 多孔夹片式锚具 XM型 QM型 OV型 BS型 非张拉端 钢筋可用镦头锚具 固定板 钢绞线可用挤压锚具 JM12型锚具 QM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 XM型锚具 固定端用镦头锚具1 预应力筋 2 镦粗头 3 锚固板 3 钢丝束锚具张拉端 锥形螺杆锚具 由锥形螺杆 套筒 螺母组成 锚14 16 20 24 28根 b5钢丝束等 钢质锥形锚具 由锚环 锚塞组成 锚18根以下 5钢丝 镦头锚具 DM5A 锚12 54根 5钢丝 非张拉端 用镦头锚具 锚板 DM5B 锥形螺杆锚具 钢质

10、锥形锚具 镦头锚具 1 拉杆式千斤顶 YL60 用于螺丝端杆锚具为张拉锚具的粗钢筋和以锥形螺杆锚具为张拉锚具的钢丝束 2 穿心式千斤顶 YC60 YC120 用于KT Z及JM 12 JM 15锚具3 锥锚式千斤顶 YZ60 YZ85 用于KT Z及钢制锥形锚具 5 2 2张拉机械 YL 60拉杆式千斤顶 配装撑脚和拉杆后的外貌图 锥锚式千斤顶构造简图 1 单根钢筋的制作工序 配料 对焊 冷拉计算时考虑锚具特点 对焊接头的压缩量 钢筋冷拉率和弹性回缩 构件长度等因素 1 预应力筋两端采用螺丝端杆锚具的下料长度 5 2 3预应力筋制作 l1 螺丝端杆长度 取320 l2 螺丝端杆外伸长度 一般为

11、120 150或按公式计算 张拉端 2H h 5mm 锚固端 H h 10mm 冷拉率 冷拉回弹率 0 4 0 6 对焊接头压缩量可取一个钢筋直径 2 一端采用螺丝端杆锚具 另一端采用帮条锚具或镦头锚具的下料长度 l3 帮条锚具长度 取值70 80mm l4 镦头锚具长度 取值2 25被钢筋直径加15mm 垫板厚度 2 钢筋束 钢绞线束 的制作工序 开盘冷拉 下料 编束 下料长度l 两端张拉 l l0 2a一端张拉 l l0 a ba 张拉端留量 600 850mm 由机具定 b 非张拉端外露长度 80 100mm 1 混凝土构件 2 孔道 3 钢筋束 4 JM12型锚具 5 镦头锚具 一端张

12、拉 两端张拉 3 钢丝束的制作工序 下料 编束 安锚具 1 下料方法 采取应力下料 控制应力取300N mm2 2 编束 防止钢丝相互扭结 3 下料长度 L L0 l 2l5 2l6 2 l7 D 用锥形螺杆锚具时 用锚杯式镦头锚具一端张拉时 L l 2a 2 0 5 H H1 L C 主要工序 孔道留设预应力筋张拉孔道灌浆 5 2 4后张法施工工艺 1 孔道留设钢管抽芯法适用于直线孔道 胶管抽芯法和预埋管法适用于直线 曲线和折线孔道 1 钢管抽芯法钢管要平直 光滑 位置准确 井字架固定 1 2m每根钢管 15m 以便转动和抽管 抽管时间 初凝之后 终凝之前 常温浇后3 5h 每10 15mi

13、n转管 抽管顺序 先上后下 灌浆孔和排气孔 孔距 12m 孔径20mm 2 胶管抽芯法5 7层夹布胶管或钢丝网橡胶管 钢筋井字架固定 0 5m抽管时间 达到200h 抽管顺序 先上后下 先曲后直 3 预埋管法 1 金属波纹管 镀锌薄钢带经压波后卷成 质量轻 刚度好 弯折方便 连接易 粘结性能好 钢筋井字架固定 0 8m 2 塑料波纹管 高密度聚乙烯或聚丙烯塑料为原料 挤塑机定型而成 强度高 刚度大 摩擦小 不导电 防腐 金属波纹管 塑料波纹管 2 预应力筋的张拉1 对构件强度的要求张拉时砼的强度应符合设计规定 若设计无规定 不应低于设计强度标准值的75 2 张拉控制应力 con见书中表格 张拉

14、程序 伸长值验算 张拉力的计算同先张法 3 张拉方法对抽芯法 长度 24m直孔 一端张拉 多根筋时 张拉端设在结构两端 长度 24m直孔 曲线孔 两端张拉 一端锚固后 另一端补足再锚固 预埋波纹管法 长度 30m直孔 一端张拉 长度 30m直孔 曲线孔 两端张拉 4 张拉顺序分批 分阶段对称张拉 保证砼不产生过大偏心力 构件不扭转与侧弯 结构不变位 5 叠层构件的张拉重叠层数一般限制在3 4层 自上而下逐层加大张拉力 底层张拉力不宜比顶层大5 3 孔道灌浆目的 防锈 增加整体性和耐久性 灌浆材料要求 灌浆顺序 先下后上 做法 将无粘结预应力筋同普通钢筋一样铺设在模板上 然后浇筑砼 待砼达到设计

15、强度后 对无粘结预应力筋进行张拉和锚固 借助于构件两端锚具传递预压应力 特点 属于后张法施工 无需留孔 穿筋 灌浆 施工简便 摩擦损失小 易弯成多跨曲线形状 适用 现场整浇结构 梁板等 5 3无粘结预应力施工 5 3 1无粘结预应力筋的制作组成 无粘结筋 7 s4或7 s5钢绞线 涂料层 防腐油脂或防腐沥青 外包层 高压聚乙烯塑料带或塑料管 工艺 编束放盘 刷防腐润滑脂 覆裹塑料护套 冷却 调直 成型 无粘结预应力筋施工1 预应力筋铺设先铺下面的预应力筋 再铺上面的预应力筋 避免穿插 2 张拉当设计无要求时 砼强度应达到设计强度的75 程序 0 1 03 con顺序 先铺先张 后铺后张 方法 长度 25m 一端张拉 长度 25m 两端张拉 长度 50m 分段张拉 3 端部处理切去超长部分的预应力筋 用专用防腐油脂再加塑料封端罩 最后浇筑砼 锚头端部处理方法 实际问题解决方案 略 TheEnd