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1、项目四 混凝结构工程施工 单元4.4：预应力混凝土工程施工,郑州建工集团 有限公司,单元4.4：预应力混凝土工程施工,一、能力要求 1、能识读预应力混凝土施工方案 2、能根据方案组织施工及验收 二、知识要求 1、了解预应力混凝土材料及锚具、夹具和张拉设备 2、熟悉钢绞线下料计算 3、熟悉预应力混凝土施工方法、工艺、操作要点,相关支撑知识,一、预应力混凝土的概述 二、预应力混凝土工程施工 三、无粘结预应力混凝土,增强结构抗裂性和抗渗性。 改善结构的耐久性。 提高了结构与构件的刚度，减小结构变形。 提高结构的抗疲劳承载能力。 有效地减轻构件的自重（减小截面、节省材料）和增加结构的稳定性。适用于大跨
2、度结构等。 合理利用高强度材料（高强钢材和混凝土）。 提高工程质量。 预应力可从作为预制结构的一种拼装手段和结构加固的手段。,二、预应力混凝土的特点,三、预应力原理,在正常使用条件下，普通钢筋混凝土结构的受拉区一般均已出现裂缝，这将导致构件刚度降低，变形增大。为了限制构件的裂缝宽度和结构的变形，往往需要增大构件截面尺寸和用钢量，这是不经济的，尤其是对于跨度大、荷载重的结构和对裂缝宽度限制较严的结构，构件将很笨重，既费钢材，又不利于施工。 当采用高强混凝土和高强钢筋时，可以有效地减轻结构自重、节省钢材和降低造价，但是，在普通钢筋混凝土结构中采用高强钢筋，在使用荷载下钢筋应力更高，裂缝宽度也将更大
3、，往往难以满足使用要求。,预应力混凝土结构的基本原理是:在结构承载时将发生拉应力的部位，预先用某种方法对混凝土施加一定的压应力，这样，当结构承载而产生拉应力时，必须先抵消混凝土的预压应力，然后才能随着荷载的增加使混凝土受拉，进而出现裂缝。这就可以改善混凝土的受拉性能，延缓受拉混凝土的开裂或裂缝开展，使结构在使用荷载下不出现裂缝或不产生过大裂缝。,四、预应力混凝土分类 按预应力度大小全预应力混凝土和部分预应力混凝土。 按施加预应力方式先张法、后张法和自应力。 按预应力筋粘结状态有粘结、无粘结和缓粘结。 按施工方法预制、现浇和叠合。 在预应力混凝土结构中所采用的混凝土应具有高强、轻质和高耐久性的性
4、质。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C50C60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510MPa，现已出现抗压强度高达200MPa的混凝土。 五、内容 包含：预应力钢材、锚（夹）具、张拉设备、预应力施工工艺等,锚（夹）具 预应力筋用锚具预应力结构或构件中为保持预应力筋的拉力并将其传递到结构或构件上所用的永久性锚固装置。 预应力筋用夹具预应力结构或构件施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在张拉台座（设备）上的临时锚固装置。 按锚固原理分类： 支承式螺母锚具，
5、镦头锚具； 楔紧式锥销锚具，夹片式锚具等。 基本要求： 可靠的锚固能力，并不超过预期的滑移值； 构造简单、加工方便、体形小、价格低、全部零件互换性好。,预应力筋 预应力筋是使结构或构件产生预压应力的受力材料。 钢筋精轧螺纹钢筋； 钢丝高强低合金钢丝、碳素钢丝; 钢绞线 要求：高强、低松弛、耐腐蚀。,先张法 先张法是先张拉预应力筋，后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。这种方法需要专用的生产台座和夹具，以便张拉和临时锚固预应力筋，待混凝土达到设计强度后，放松预应力筋。先张法适用于预制厂生产中小型预应力混凝土构件。预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的。 后张法 后张法是先浇筑混凝土后
6、张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法。这种方法需要预留孔道和专用的锚具，张拉锚固的预应力筋要求进行孔道灌浆。后张法适用于施工现场生产大型预应力混凝土构件与结构。预应力是通过锚具传递给混凝土的。,有粘结 所谓有粘结预应力混凝土是指预应力筋沿全长均与周围混凝土相粘结。先张法的预应力 筋直接浇筑在混凝土内，预应力筋和混凝土是有粘结的；后张法的预应力筋通过孔道灌浆与混凝土形成粘结力，这种方法生产的预应力混凝土也是有粘结的。 无粘结 无粘结预应力混凝土的预应力筋沿全长与周围混凝土能发生相对滑动，为防止预应力筋腐蚀和与周围混凝土粘结，采用涂油脂和缠绕塑料薄膜等措施。,精轧螺纹钢筋外形为无纵肋而横肋不相连的螺
7、扣，螺母与连接器的内螺纹应与之匹配，防止钢筋从中拉脱。 螺母分为平面和锥形两种。 锥形螺母可通过锥体与锥孔的配合，保证预应力筋的正确对中；开缝的作用是增强螺母对预应力筋的夹持作用。 螺母材料采用45号钢，调质热处理。 垫板也相应分为平面垫板和锥形垫板。,（一）预应力筋 1、精轧螺纹钢筋体系 包括：精轧螺纹钢筋、锚具（螺母）和连接器。,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纵肋的螺纹外形。钢筋的接长用连接螺纹套筒，端头锚固用螺母。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直径有25mm和 32mm，其屈服点为750MPa和900MPa两种
8、。,（1） 碳素钢丝 碳素钢丝又称高强钢丝，采用优质高碳钢盘条制成。 主要品种有：矫直回火钢丝和低松弛钢丝。 常用直径为5mm，最大达7mm。5mm钢丝的力学性能指标为：抗拉强度常为1670、1770和1860N/mm2；伸长率不小于4%；反复弯曲次数不小于4次。其比例极限不小于抗拉强度的75%，屈服强度不小于抗拉强度的85%。 低松弛钢丝是冷拉钢丝在张力状态下（抗拉强度的30%50%）经回火处理而成。 在先张法预应力混凝土构件中，为了增强钢丝与混凝土的握裹力，高强度钢丝的表面加工成螺旋肋。 （2）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3
9、5mm。冷拔钢丝强度比原材料屈服强度显著提高，但塑性降低。,2、 钢丝体系,预应力钢绞线图 (a)17钢绞线；(b)12钢绞线； (c)l3钢绞线；d一钢绞线公称直径,钢绞线 钢绞线是用多根冷拔钢丝在绞线机上成螺旋形绞合，并经回火处理而成，捻距为钢绞线公称直径的1216倍。 按构造不同分为：17、13与l2钢绞线。 按直径不同分为：12.7mm、15.2mm和15.7mm。 13与12钢绞线仅用于先张法预应力混凝土构件。 17钢绞线是由6根外层钢丝围绕一根中心钢丝(直径加大2.5)绞成。 17S15.2钢绞线的截面积为140mm2，线重1.101kg/m。 常用钢绞线抗拉强度级别为1860MP
10、a。,3、 钢绞线体系,4、其他类型 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，使其产生一定的塑性变形后卸荷，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。 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610mm。 热处理钢筋的螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种。,(a)带纵肋 (b)无纵肋,（二）锚、夹具 夹具 在先张法预应力混凝土构件施工时，为保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置；在后张法预应力混凝土结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备
11、上夹持预应力筋的临时性锚固装置。 夹具必须工作可靠，构造简单，使用方便，能多次重复使用。夹具根据工作特点分为张拉夹具和锚固夹具。 张拉夹具将预应力筋和张拉机械相连，进行预应力筋张拉； 锚固夹具是将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。 锚具Anchorage 在后张法预应力混凝土结构或构件中，为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。 连接器Coupler 用于连接预应力筋的装置。,（三）预应力张拉设备 张拉设备： 电动张拉机先张法单根钢丝张拉 液压张拉机先张法和后张法各类预应力筋张拉,1、电动张拉机 按传动方式可分为：电动螺杆张拉机和电动卷筒张拉机。,电动螺杆张拉机图,2、
12、液压张拉机 液压张拉机包括：液压千斤顶、油泵与压力表等。 液压千斤顶常用的有：穿心式和锥锚式千斤顶二类。,（注：选用千斤顶型号与吨位时，应根据预应力筋的张拉力和所用的锚具形式确定。）,（1）双作用穿心式千斤顶,双作用：张拉和顶压。 由张拉油缸、顶压油缸(即张拉活塞)、顶压活塞回程弹簧等组成， 常用型号YC一60，公称张拉力为600kN，张拉行程为150mm，顶压力为300kN，顶压行程为50mm。 适用于张拉带夹片锚具的JM型、XM型、QM型的预应力钢丝束、钢筋束或钢绞线束；配上撑脚、拉杆等也可作为拉杆式千斤顶使用。,预应力锚固体系是指维持预加应力的构造体系。 对于采用先张法工艺的预应力混凝土
13、，预加应力材料(预应力筋、钢管、钢梁)的锚固，主要利用预加应力材料与混凝土之间的粘结力及相关的加强和传力构造； 对于采用后张法工艺的预应力混凝土，预加应力材料(预应力筋、钢管)的锚固，主要采用机械构造物锚具局部支承于混凝土。完善的机械锚固体系通常包括：锚具、夹具、连接器及锚下支承系统等。 常见的预应力施工方法有： 根据与构件制作相比较的先后顺序分为先张法和后张法两种； 按钢筋的张拉方法又分为机械张拉和电热张拉； 后张法因施工工艺的不同，又可分为一般后张法、后张自锚法、无粘结后张法等。,二、预应力混凝土施工,一、先张法施工,施工过程： 首先张拉预应力筋并临时锚固在台座或钢模上； 然后浇筑构件的混
14、凝土； 待混凝土达到一定强度后 放松预应力筋，借助混凝 土与预应力筋的粘结，使 混凝土产生预压应力。 广泛适用于中小型预制预 应力混凝土构件生产。,先张法 是在构件浇筑混凝土之前，在台座或钢模上张拉预应力筋的方法。,1、先张法工艺流程,2、张拉台座,先张法墩式台座结构应符合下列规定： 1 、承力台座须具有足够的强度和刚度，其抗倾覆安全系数应不小于 1.5，抗滑移系数应不小于1.30。 2 、横梁须有足够的刚度，受力后挠度应不大于2mm。 3 、在台座上铺放预应力筋时，应采取措施防止沾污预应力筋。 4、张拉前，应对台座、横梁及各项张拉设备进行详细检查，符合要求 后方可进行操作。,墩式台座,3、预
15、应力筋张拉 张拉控制应力。混凝土结构设计规定，预应力筋的张拉控制 力不宜超过下表的数值,4、张拉制度 超张拉制度 0 105% con con 一次张拉制度 0 103% con 采用超张拉工艺的目的是为了减少预应力筋的松弛应力损失。所谓“松弛”即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的特性，松弛的数值与张拉控制应力和延续时间有关。控制应力高，松弛也大，所以钢丝、钢绞线的松弛损失比冷拉热轧钢筋大；松弛损失还随着时间的延续而增加，但在第一分钟内可完成损失总值的50，24h内则可完成80。所以采用超张拉工艺，先超张拉5再持荷2min，则可减少50以上的松弛应力损失。 采用一次张拉锚固工艺，因
16、松弛损失大，故张拉力应比原设计控制应力提高3。这种张拉程序施工简便，一般多用。,持荷2分钟,1）同时张拉多根预应力筋时，应预先调整其初应力，使相互之间的应力一致；张拉过程中，应使活动横梁与固定横梁始终保持平行，并应抽查力筋的预应力值，其偏差的绝对值不得超过按一个构件全部力筋预应力总值的5。 2）预应力筋张拉完毕后，与设计位置的偏差不得大于5mm，同时不得大于构件最短边长的4。 3 ）预应力筋的张拉应符合设计要求，设计无规定时，其张拉程序可按下表的规定进行。 4）张拉时，预应力筋的断丝数量不得超过1%。 5）张拉后尽快绑扎钢筋和浇筑混凝土。减少预应力损失。,5、张拉注意事项,6、混凝土的浇筑与养护 确定预应力混凝土的配合比时，应尽量减少混凝土的收缩和徐变，以减少预应力损失。收缩和徐变都与水泥品种和用量、水灰比、骨料孔隙率、振动成型等有关。应采用低水灰比的配合比、控制水泥用量、良好的级配。 预应力筋
