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1、建筑施工技术 第五章预应力混凝土工程 与鉴别 与鉴别 1 知识点 先张法施工设备 施工工艺 后张法预应力筋 锚具 张拉机具 施工工艺 无粘结预应力筋制作 锚具 施工工艺 重点 后张法施工工艺 现浇结构无粘结预应力施工技术 难点 后张法施工工艺及张拉力计算 无粘结预应力施工工艺 2 5 1概述 5 2预应力钢筋 5 3预应力施工工艺 本章作业 本章内容 本章小结 3 5 1 1预应力混凝土的概念预应力混凝土是在外荷载作用于构件之前 利用钢筋张拉后的弹性回缩 对构件受拉区的混凝土预先施加压力 产生预压应力 当构件在荷载作用下产生拉应力时 首先抵消预应力 然后随着荷载不断增加 受拉区混凝土才受拉开裂
2、 从而延迟了构件裂缝的出现和限制了裂缝的开展 提高了构件的抗裂度和刚度 5 1概述 4 5 5 1 2预应力混凝土的特点 构件截面小 自重轻 质量好 材料省 可节约钢材40 50 混凝土20 40 在跨度较大的结构中 其综合经济效益较好 并能扩大预制装配化程度 预应力混凝土施工 需要专门的机械设备 工艺比较复杂 操作要求较高 预应力混凝土的应用范围也愈来愈广 预应力混凝土的使用范围和数量 已成为一个国家建筑技术水平的重要标志之一 一般要求混凝土的强度等级不低于C30 目前 我国在一些重要的预应力混凝土结构中 已开始采用C50 C60的高强混凝土 最高混凝土强度等级已达到C80 并逐步向更高强度
3、等级的混凝土发展 国外混凝土的平均抗压强度每10年提高5 10MPa 现已出现抗压强度高达200MPa的混凝土 6 5 1 3预应力混凝土的分类 预应力混凝土按预应力度大小分 全预应力混凝土和部分预应力混凝土 预应力混凝土按施工方式分 预制预应力混凝土 现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土等 按预加应力的方法分 先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土 7 5 2预应力筋 5 2 1预应力的种类常用的预应力筋 钢丝冷拔低碳钢丝 直径 3 5 碳素钢丝 直径 3 8 钢绞线 由7根碳素钢丝缠绕而成 热处理钢筋 直径 6 10 精轧螺纹钢筋 直径 25 32 8 5 2 2预应力筋的特性 预应力筋的特
4、性 应力 应变曲线和应力松弛 一 应力 应变曲线二 应力松弛1 概念 钢筋受到一定的张拉力后 在长度保持不变的条件下 钢筋的应力随着时间的增长而降低的现象 起压力激昂的值就是应力松弛损失 2 应力松弛的特点 初期发展快 钢丝和钢绞线的应力松弛率大于热处理钢筋和精轧螺纹钢筋 初应力大 松弛损失也大 松弛损失率随温度的升高急剧增加 9 5 2 3预应力筋的检验 一 钢丝的检验1 外观检查2 力学性能试验二 钢绞线的检验1 成批验收2 屈服强度和松弛试验3 外观检查和力学性能检验三 热处理钢筋的检验1 外观检查2 拉伸试验 10 5 3预应力施工工艺 5 3 1先张法施工 11 二 先张法施工设备
5、1 台座组成 台面 横梁 承力结构 分类 墩式台座 槽式台座 桩式台座等 1 墩式台座适用于生产中 小型构件 设计墩式台座时 应进行台座的稳定性验算 12 墩式台座的验算 稳定性验算 抗倾覆验算 抗滑移能力验算 M T eM G1 l1 G2 l2 13 强度验算 支承横梁的牛腿 按柱子的牛腿计算配筋 墩式台座与台面接触的外伸部分 按偏心受压构件计算 台面按轴心受压构件计算 横梁按承受均布荷载的简支梁计算 14 2 槽式台座 组成 端柱 传力柱 横梁和台面 适用于张拉吨位较高的大型构件 如屋架 吊车梁等 槽式台座设计需进行强度和稳定性计算 15 2 夹具与张拉设备 1 钢丝的夹具和张拉机具钢丝
6、夹具钢丝锚固夹具 锥形 楔形 16 钢丝张拉夹具 偏心式 钳式 楔形 钢丝墩头锚具 采用冷墩形成 17 钢丝张拉设备 要求 简易可靠 准确控制钢丝的拉力 稳速增大拉力 种类 卷扬机张拉 弹簧测力 杠杆测力 电动螺杆张拉机张拉 构造简单 体积小 重量轻 操作灵活 移动方便 18 2 钢筋的夹具和张拉机具 钢筋夹具锚固夹具 工具式螺杆 螺丝端杆锚具 穿心式夹具 自锚 墩头锚固 d22mm加热锻打张拉夹具 压销式 穿心式 钢筋张拉机具油压千斤顶 拉伸机 穿心式千斤顶 电动螺杆张拉机 19 三 先张法的施工工艺 预应力筋的铺设预应力筋的张拉混凝土浇筑何养护预应力筋的放张 20 1 预应力筋的铺设 21
7、 2 预应力筋的张拉 预应力筋的张拉是预应力混凝土施工中的关键工序 在张拉中要严格控制张拉应力 张拉程序 计算张拉力和进行预应力值校核 先张法预应力筋的张拉有单根张拉和多根成组张拉 一般预制厂选用多根成组张拉 施工现场常用单根张拉 22 1 张拉控制力 张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力 按设计规定采用 2 张拉程序 预应力钢丝的张拉程序 0 103 105 con预应力钢筋的张拉程序 23 3 混凝土的浇筑与养护 1 浇筑要求 同一生产线的构件应一次浇筑完毕 构件应避开温度缝 振捣时不应碰撞钢丝 叠层生产时 下层混凝土强度达5MPa 方可浇筑上层构件 混凝土的水灰比应严格控制
8、振捣应密实 2 养护方法 自然养护 湿热养护 24 4 预应力筋放张 1 放张要求混凝土强度应大于75 设计强度 重叠生产指最上层构件 放张过程中 应使预应力构件自由伸缩 避免过大的冲击与偏心 同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小 保证预应力筋与混凝土之间的粘结 25 2 放张顺序 预应力筋放张顺序应符合设计要求 当设计未规定时 可按下列要求进行 承受轴心预应力构件的所有预应力筋应同时放张 承受偏心预压力构件 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 不能按上述规定放张时 应分阶段 对称 相互交错地放张 26 3 放张方法 对于中小型预应力混凝土构件 预应力
9、丝的放张宜从生产线中间处开始 对于构件应从外向内对称 交错逐根放张 放张单根预应力筋 一般采用千斤顶放张 如图5 14 a 所示 构件预应力筋较多时 整批同时放张可采用砂箱 楔块等放松装置 砂箱装置如图5 14 b 所示 楔块放张装置如图5 14 c 所示 27 5 3 2后张法施工工艺 一 后张法的概念先制作留有孔道的混凝土构件 混凝土达到设计规定强度后 穿筋 借助锚具把预应力筋锚固在构件端部 并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值 最后孔道灌浆 张拉力由锚具传给混凝土构件 并使之产生预应力 特点 混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响 锚具不能重复使用 成本高 工艺比较复杂 构件制作 留
10、孔 穿筋 张拉 灌浆 可拼装预制构件 现场拼装 28 29 二 后张法张拉设备 1 常见预应力筋类型 单根钢筋 直径大于12毫米 钢筋束与钢绞线束 钢丝束 2 后张法的张拉设备 锚具张拉千金顶 30 1 锚具 分类 单根钢筋锚具钢筋束锚具预应力钢丝束锚具对锚具的要求 尺寸准确 不致产生预应力筋的滑移 有足够刚度和强度 31 单根钢筋锚具张拉端 螺丝端杆锚具 特点 螺丝端杆外露在孔道外的长度为120 150mm 固定端 帮条锚具或墩头锚具 帮条 镦头视锚具尺寸而定 32 33 钢筋束锚具 钢筋束采用的锚具有XM型 QM型 BS型和固定端镦头锚具 XM型 可锚固钢绞线束 钢丝束 单根预应力筋 多根
11、预应力筋 QM型锚具 可锚固钢绞线束 BS型 可锚固钢绞线束 34 35 36 预应力钢丝束锚具 固定端采用钢丝束镦头锚具 张拉端锚具可采用钢质锥形锚具 锥形螺杆锚具 XM型锚具 锥形螺杆锚具 用于锚固14 16 20 24或28根直径为5mm的碳素钢丝 钢丝束镦头锚具 适用于12 54根直径为5mm的碳素钢丝 钢质锥形锚具 用于锚固以锥锚式双作用千斤顶张拉的钢丝束 适用于锚固6 12 18或24根直径5mm的钢丝束 37 38 39 40 2 张拉千斤顶 与先张法相同 根据预应力的种类及张拉锚固工艺 选择适合的张拉设备 预应力的张拉力不得大于设备的额定张拉力 预应力筋的一次张拉伸长值 不得超
12、过设备的最大张拉行程 一次张拉不足 可分级重复张拉 锚具与夹具应满足重复张拉的要求 41 三 后张法的施工工艺 42 一 孔道留设 1 孔道留设的基本要求 1 孔道尺寸 位置应正确 孔道要平顺 接头不漏浆 2 端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线 3 孔道直径取决于预应力筋和锚具 保证预应力筋穿入 2 孔道留设方法 1 钢管抽芯法 2 胶管抽芯法 3 预埋管法 43 1 钢管抽芯法 适用于留设直线孔道 钢管长度不宜超过15m 施工方法 在需留设孔道处预埋钢管 在混凝土浇筑 养护中定期慢转钢管 以防粘结 待混凝土初凝后 终凝前抽出钢管 形成孔道 施工注意事项 钢管预埋前应除锈 刷油 保证平直 光滑
13、位置正确 每根长度小于15米 以便于旋转 抽管 恰当掌握抽管时间 早 坍孔 晚 抽管难 抽不出来 一般在初凝后终凝前 手指按压混凝土不粘浆又无明显印痕时 则可抽管 常温下 一般3 6小时即可抽管 抽管顺序和方法 先上后下 边抽边转 速度均匀 与孔道保持在同一直线 44 2 胶管抽芯法 用于直线 曲线或折线孔道成型 施工方法 在孔道留设处 安放胶管 内充气或水 钢丝网胶管 浇筑混凝土 养护 初凝后 通过放气 水 或直接拉 形成孔道 施工注意事项 长度20 30米以内整根管 一端抽出 较长时在中间接长 接头处应防漏气 漏水 抽管顺序 先上后下 先曲后直 45 3 预埋波纹管法 适用于预应力筋密集或
14、曲线预应力筋的孔道埋设 施工方法 波纹管直接埋设在需留设孔道处 不再抽出 施工注意事项 使用前应作灌水试验 检查有无渗漏 连接用大一号波纹管 接长时 固定 用钢筋卡子 并用铁丝绑牢 避免反复弯曲 46 二 预应力筋制作 预应力钢筋制作 包括配料 对焊 冷拉等工艺过程 下料长度计算锚具特点 螺丝端杆外露在孔道外的长度为120 150mm 帮条 镦头视锚具尺寸而定 对焊接头 每个对焊接头的压缩量约等于钢筋直径 钢筋冷拉率 实际测定作为下料依据 弹性回缩率 冷拉后的回缩值与冷拉完成时的长度的比值 一般为0 3 左右 47 三 预应力筋制作 1 单根粗钢筋下料长度 1 预应力筋两端采用罗纹端杆锚具预应
15、力筋的成品长度 预应力筋钢筋部分的成品长度 l 构件的孔道长度l1 螺丝端杆的长度 一般为320mm l2 螺丝端杆伸出构件外的长度 48 预应力筋钢筋部分冷拉前的下料长度L 式中 冷拉率r 弹性回缩率 0 焊接接头损耗量 取一个钢筋直径 49 2 预应力筋一端用罗纹端杆 一端帮条 或镦头 锚具时 如图5 30所示 L1 2 3L0 L1 1L L0 1 r n 0式中 冷拉率r 弹性回缩率l3 镦头或帮条锚具长度 0 焊接接头损耗量 取一个钢筋直径 50 2 预应力钢丝束下料长度 1 采用钢质锥形锚具 以锥锚式千斤顶张拉 钢丝的下料长度L为 两端张拉 L 1 2 l4 l5 80 一端张拉
16、L 1 2 l4 l5 80 51 2 采用镦头锚具 以拉杆式或穿心式千斤顶在构件上张拉钢丝的下料长度为 两端张拉 L l 2a 2b H H1 L c一端张拉 L l 2a 2b 0 5 H H1 L c 52 3 采用锥形螺杆锚具 以拉杆式千斤顶在构件上张拉 钢丝的下料长度为 L l 2l2 2l1 2 l6 a 53 3 钢筋束或钢绞线束的下料长度 1 采用夹片式锚具 以穿心式千斤顶在构件上张拉 钢筋束钢绞线束的下料长度为 两端张拉 L 1 2 l7 l8 l9 100 一端张拉 L 1 2 l7 100 l8 l9 54 例5 1 21m预应力屋架的孔道长为20 80m 预应力筋为冷拉HRB400钢筋 直径为22mm 每根长度为8m 实测冷拉率r 4 弹性回缩率 0 4 张拉应力为0 85fpyk 螺丝端杆长为320mm 帮条长为50mm 垫板厚为15mm 计算 1 两端用螺丝端杆锚具锚固时预应力筋的下料长度 2 一端用螺丝端杆 另一端为帮条锚具时预应力筋的下料长度 3 预应力筋的张拉力为多少 55 解 1 螺丝端杆锚具 两端同时张拉 螺母厚度取36mm 垫板厚度取16mm 则
