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1、建筑工程技术专业,第五章 预应力混凝土工程,建筑工程技术专业,第五章 预应力混凝土工程,教学目的：掌握预应力砼的概念、先张法的原理、 台座、夹具。重点难点：重点先张法的原理、施工工艺。 难点是先张法夹具。教具挂图：课件配备。,建筑工程技术专业,预应力基本概念,1什么叫预应力预应力是预加应力的简称。请找出日常生活中预应力应用的一些例子。,建筑工程技术专业,预应力原理在木桶上的应用,建筑工程技术专业,预应力原理在木锯上的应用,建筑工程技术专业,预应力原理在自行车车轮上的应用,建筑工程技术专业,搬运书籍（块体拼装式预应力梁示意图）,建筑工程技术专业,混凝土为什么要加钢筋,混凝土抗压强度高而抗拉强度低
2、。抗拉强度不仅很低，只有抗压强度的1/101/15，而且很不可靠。它的抗拉变形能力也很小，如同玻璃一样是脆性的，破坏前没有明显预兆。因此素混凝土只能用于柱墩、重力式挡土墙、地坪、路面等以受压为主的场合，而不能用于梁、板等受弯结构。 为弥补混凝土抗拉强度太低的缺点，人们首先想到的是对混凝土预期出现拉应力的部位用钢筋来加强，即用钢筋来代替混凝土承担拉应力。,建筑工程技术专业,混凝土为什么加预应力,用混凝土受压、用钢筋受拉的钢筋混凝土用途很广、优点很多，但也存在着一个难以克服的本质上的缺陷开裂。所有钢筋混凝土受弯、受拉构件，不管配筋少还是配筋多，在使用状态下几乎无不开裂，以致影响它的应用范围与发展前
3、途。 普通钢筋砼构件的抗拉极限应变只有0.10.15/。构件砼受拉开裂时，受拉钢筋的应力仅达1/41/3，钢筋的抗拉强度未能充分发挥。,建筑工程技术专业,预应力混凝土工作原理,预应力混凝土是根据需要，人为地引入某一数值与分布的内应力，用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。 实际上预应力筋对结构所起的作用，既可以理解为产生与使用荷载应力方向相反的预加应力，也可以理解为产生与使用荷载方向相反的预加反向荷载或反向力。如果我们从荷载的概念出发，预应力混凝土可以定义为：“预应力混凝土是根据需要，人为地引入某一数值的反向荷载，用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土”。,建筑工程技术专业,图解预
4、应力混凝土（以梁为例）,普通梁的受力简图,素混凝土梁受力开裂,建筑工程技术专业,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,建筑工程技术专业,预应力混凝土优缺点优点,预应力混凝土与普通钢筋混凝土相比，具有如下优点： 提高了混凝土的抗裂度和刚度。 增加构件的耐久性。 节约材料。 减轻构件自重。 扩大了高、大、重型结构的预制装配化程度。 抗疲劳性能优于钢筋混凝土。,建筑工程技术专业,预应力混凝土优缺点问题与不足,尽管预应力混凝土有上述优点，但也带来了另一方面的问题，就是制作构件时增加了张拉工序、灌浆机具以及锚固装置等专用设备，同时制作技术也比钢
5、筋混凝土复杂得多。所以跨度较小的梁和板，不承受拉力的拱与柱子等就不适宜采用预应力结构。 因此，不是在任何场合都可以用预应力混凝土来代替普通钢筋混凝土的，而是两者各有合理应用范围。,建筑工程技术专业,第一节 先张法,先张法是在浇筑混凝土之前，在台座或模板上先张拉预应力钢筋，用夹具临时固定，然后浇筑混凝土。 待混凝土达到规定强度（一般不低于混凝土设计强度标准值的75%），保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，放张或切断预应力筋，借助于混凝土与预应力筋之间的粘结，对混凝土产生预压应力，如图所示。,建筑工程技术专业,先张法台座示意图,建筑工程技术专业,一、台座,用台座法生产预应力混凝土构件时，预应力筋
6、锚固在台座横梁上，台座承受全部预应力的拉力，故台座应有足够的强度、刚度和稳定性，以避免台座变形、倾覆和滑移。台座按构造形式分为：墩式台座和槽式台座。,建筑工程技术专业,1.墩式台座,墩式台座由承力台墩、台面和横梁组成。 墩式台座一般用于生产小型构件。墩式台座的长度常为100150米，这样既可利用钢丝长的特点，张拉一次可生产多根（块）构件，减少张拉及临时固定工作，又可减少钢丝滑动或台座横梁变形引起的应力损失。,建筑工程技术专业,墩式台座示意图,建筑工程技术专业,墩式台座,台面,台座,墩式长线台座,建筑工程技术专业,墩式台座的几种形式,建筑工程技术专业,墩式台座示意图,建筑工程技术专业,2.槽式台
7、座,浇筑中小型吊车梁时，由于张拉力矩和倾复力矩都很大，一般多采用槽式台座，它由钢筋混凝土立柱、上下横梁及台面组成。,1-传力柱 2-砖墙 3-下横梁 4-上横梁,建筑工程技术专业,二、夹具,夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具，要求夹具工作可靠，构造简单，施工方便，成本低。根据夹具的工作特点分为锚固夹具和张拉夹具。 夹具应具有良好的自锚与松锚性能。,建筑工程技术专业,1、锚固夹具钢丝锚固夹具,建筑工程技术专业,1、锚固夹具钢筋锚固夹具,圆套筒三片式夹具是由夹片与套筒组成，如下图所示。套筒的内孔成圆锥形，三个夹片互成120，钢筋平持在三夹片中心，夹片内槽上有齿纹，以保证钢筋的锚固。这种夹具适用
8、于夹持直径为12mm、14mm的单根冷拉、级钢筋。,建筑工程技术专业,2.张拉夹具,常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具和楔形夹具等，如图所示。单根粗钢筋之间的连接或粗钢筋与螺杆的连接可采用钢筋连接器，如下图所示，是套筒双拼式连接器。 楔形夹具是由锚板和楔块组成的。,建筑工程技术专业,套筒双拼式连接器,建筑工程技术专业,三、张拉设备,张拉设备要求简易可靠，控制应力准确，能以稳定的速率增大拉力。近年来由于预应力混凝土施工工艺的完善，创造了多种简易机具，如手动螺杆张拉器、电动螺杆张拉机、卷杨机（包括电动和手动）和液压千斤顶等张拉机具。在测力方面有弹簧测力计、杠杆测力器、荷重控制及油压表等不同方法
9、。 钢丝张拉分单根张拉和多根张拉。用钢模以机组流水法或传送带法生产构件多用多根张拉，此时钢丝以镦头锚固在锚固板上，用油压千斤顶进行张拉；在台座上生产构件多为单根进行张拉，可采用电动卷扬机、电动螺杆张拉机等进行张拉。,建筑工程技术专业,1.卷扬机张拉、杠杆测力的张拉装置,张拉机由电动卷扬机、杠杆测力装置及张拉夹具等组成，装在窄轨小车上，如图所示。使用时根据钢丝的拉力，先挂好砝码，用张拉夹具夹紧钢丝后，开动卷扬机，即可张拉。,建筑工程技术专业,2.电动螺杆张拉机,由螺杆、顶杆、张拉夹具、弹簧测力计等组成。使用时，先用张拉夹具夹紧钢丝，然后开动电动机，通过皮带、齿轮，使齿轮和螺母（外有齿、内有螺纹）
10、转动，由于齿轮螺母只能旋转，不能移动，故迫使螺杆作直线运动而张拉钢丝。,建筑工程技术专业,3.穿心式千斤顶,张拉直径1220mm的单根钢筋、钢绞线或小型钢丝束，可用YC20型穿心式千斤顶。张拉时，前油嘴回油、后油嘴进油，被偏心夹具夹紧的钢筋随着液压缸的伸出而被拉伸。,建筑工程技术专业,张拉机具选择的要求,选择张拉机具时，为了保证设备、人身安全和张拉力准确，张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程应不小于预应力筋张拉伸长值的1.11.3倍。,建筑工程技术专业,四、先张法施工工艺,建筑工程技术专业,1.预应力筋的铺设,预应力钢丝宜用牵引车铺设。如遇钢丝需要接长，可借助于
11、钢丝拼接器用2022号铁丝密排绑扎，如图所示。绑扎长度；对冷拔低碳钢丝不得小于40倍钢丝直径；对高强刻痕钢丝不得小于80倍钢丝直径。,建筑工程技术专业,2.预应力筋的张拉,张拉控制应力的数值直接影响预应力的效果，控制应力越高，建立的预应力值则越大。但控制应力过高，预应力筋处于高应力状态，使构件出现裂缝时的荷载与破坏荷载接近，破坏前无明显的预兆，这是不允许的。 因此预应力筋的张拉控制应力（con）应符合设计规定；为了部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差因素产生的预应力损失，施工中预应力筋需超张拉时，可比设计要求提高5%，但其最大张拉控制应力不得超过下表的规定。
12、,建筑工程技术专业,最大张拉控制应力允许值,注：fptk为预应力筋极限抗拉强度标准值,建筑工程技术专业,3.预应力筋的张拉程序,建筑工程技术专业,预应力筋的松弛与滑丝,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点。 松弛的数值与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%左右，24h内则可完成80%。上述张拉程序，如先超张拉5%con再持荷2min，则可减少50%以上的松弛损失。超张拉3%con，亦是为了弥补预应力钢筋的松弛等原因所造成的预应力损失。 多根钢丝同
13、时张拉时，断裂和滑脱的钢丝数量，不得超过结构同一截面钢材总根数的5%，且严禁相临两根预应力钢丝断裂和滑脱。构件在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力钢丝必须予以更换。,建筑工程技术专业,4.预应力筋张拉力的计算,P=（1+m)conAP式中m超张拉百分率（%）；con张拉控制应力；AP预应力筋截面面积。,建筑工程技术专业,5.预应力筋伸长值测定,预应力筋理论伸长值L按下式计算：式中：FP 预应力筋张拉力kN；l预应力筋的长度，mm； AP 预应力筋的截面面积，mm2； ES 预应力筋的弹性模量，kN/mm2。张拉时应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算值的偏差不得超过6%，否则应停拉。,建
14、筑工程技术专业,五、混凝土的浇筑与养护,确定预应力混凝土的配合比时（0.5），应尽量减少混凝土的收缩和徐变，以减少预应力损失。 预应力筋张拉、绑扎和立模工作完成之后，即应浇筑混凝土（C30），每条生产线应一次浇筑完毕。为保证钢丝与混凝土有良好的粘结，浇筑时振动器不应碰撞钢丝，混凝土未达到一定强度前也不允许碰撞或踩动钢丝。 预应力混凝土可采用自然养护或湿热养护。当预应力混凝土进行湿热养护时，应采取正确养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。,建筑工程技术专业,六、预应力筋放张,1.放张要求放张预应力筋时，混凝土强度必须符合设计要求。如设计无要求时，不得低于设计混凝土强度标准值的75%。放张过早会
15、由于预应力筋回缩而引起较大的预应力损失。,建筑工程技术专业,2.放张方法,配筋不多的中小型钢筋混凝土构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等方法放张。配筋多的钢筋混凝土构件，钢丝应同时放张，如逐根放张，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，易使构件端部开裂。放张后预应力筋的切断顺序，一般由放张端开始，逐次切向另一端。 预应力筋为热处理钢筋及冷拉级钢筋，不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。数量较多时，应同时放张，可用油压千斤顶、砂箱、楔块等装置。,建筑工程技术专业,预应力筋放张装置,建筑工程技术专业,2.放张顺序,对承受轴心预压力的构件（压杆、桩等），所有预应力筋应同时放张。对承受偏心预压力的构件（如梁），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。如不能满足上述要求时，应分阶段、对称、相互交错进行放张，以防止在放张过程中，构件产生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。,
