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1、2019/1/6,混凝土结构工程,1,4.4 预应力混凝土,一、预应力混凝土基本概念 二、特点 三、分类,2019/1/6,混凝土结构工程,2,预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用，即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，使混凝土结构在作用状态下充分发挥钢筋抗拉强度高和混凝土抗压能力强的特点，可以提高构件的承载能力。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，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。这种利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土，叫做
2、预应力混凝土。,2019/1/6,混凝土结构工程,3,预加应力的方法，可以分为先张法和后张法两类。先张法是先张拉钢筋，后浇筑混凝土，预应力靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土。后张法是先浇筑混凝土并预留孔道，待混凝土达到一定强度后张拉钢筋，预应力靠锚具传递给混凝土。 为了达到较高的预应力值，宜优先采用高标号混凝土。当采用冷拉HRB335、HRB400钢筋和冷轧带肋钢筋作预应力钢筋时，其混凝土强度不宜低于C30；当采用消除应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。,2019/1/6,混凝土结构工程,4,2019/1/6,混凝土结构工程,5,2019/1/6,混凝
3、土结构工程,6,先张法：在浇筑混凝土构件之前将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具将其临时固定在台座或钢模上，进行绑扎钢筋，安装铁件，支设模板，然后浇筑混凝土；待混凝土达到规定的强度，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，放松预应力筋，借助于它们之间的粘结力，在预应力筋弹性回缩时，使混凝土构件受拉区的混凝土获得预压应力。 先张法生产示意图,4.4.1 先张法,2019/1/6,混凝土结构工程,7,2019/1/6,混凝土结构工程,8,先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件，如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等。 先张法生产时，可采用台座法和机组流水法。 采用台座法时，预应力筋的张拉、锚固，混凝土
4、的浇筑、养护及预应力筋放松等均在台座上进行；预应力筋放松前，其拉力由台座承受。 采用机组流水法时，构件连同钢模通过固定的机组，按流水方式完成（张拉、锚固、混凝土浇筑和养护）每一生产过程；预应力筋放松前，其拉力由钢模承受。,2019/1/6,混凝土结构工程,9,2019/1/6,混凝土结构工程,10,2019/1/6,混凝土结构工程,11,2019/1/6,混凝土结构工程,12,一、 先张法施工准备,台座由台面、横梁和承力结构等组成，是先张法生产的主要设备。预应力筋张拉、锚固，混凝土浇筑、振捣和养护及预应力筋放张等全部施工过程都在台座上完成；预应力筋放松前，台座承受全部预应力筋的拉力。因此，台座
5、应有足够的强度、刚度和稳定性。 （1） 墩式台座 墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。台墩和台面共同承受拉力。墩式台座用以生产各种形式的中小型构件。,1.台座,2019/1/6,混凝土结构工程,13, 台墩 台墩是承力结构，由钢筋混凝土浇筑而成。 承力台墩设计时，应进行稳定性和强度验算。稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗滑移验算。抗倾覆系数不得小于1.5，抗滑移系数不得小于1.3。 抗倾覆验算的计算简图如下图，按下式计算： 式中 K0台座的抗倾覆安全系数； M由张拉力产生的倾覆力矩，kNm； M=Te e 张拉合力T的作用点到倾覆转动点o的力臂，m； M抗倾覆力矩，kNm。,2019/1/6,混凝
6、土结构工程,14,2019/1/6,混凝土结构工程,15,如忽略土压力，则 M=G1.l1+G2.l2 抗滑移能力按下式验算： 式中 Ke 抗滑移安全系数； T张拉力合力，kN； T1 抗滑移的力，kN；对于独立的台墩，由侧壁上压力和底部摩阻力等产生；对与台面共同工作的台墩，其水平推力几乎全部传给台面，不存在滑移问题，可不作抗滑移计算，此时应验算台面的强度。,2019/1/6,混凝土结构工程,16, 台面 台面是预应力构件成型的胎模，要求地基坚实平整，它是在厚150mm夯实碎石垫层上，浇筑6080mm厚C20混凝土面层，原浆压实抹光而成。台面要求坚硬、平整、光滑，沿其纵向有3%的排水坡度。 横
7、梁 横梁以墩座牛腿为支承点安装其上，是锚固夹具临时固定预应力筋的支承点，也是张拉机械张拉预应力筋的支座。横梁常采用型钢或钢筋混凝土制作。,2019/1/6,混凝土结构工程,17,（2） 槽式台座 槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成。 槽式台座既可承受拉力，又可作蒸汽养护槽，适用于张拉吨位较高的大型构件，如屋架、吊车梁等。 槽式台座构造如图所示。 槽式台座需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算。槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力矩及部分张拉力矩组成。,2019/1/6,混凝土结构工程,18,2019/1/6,混凝土结构工程,19,夹具是先张法构件施工
8、时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座（或设备）上的临时性锚固装置。 按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉夹具。 （1） 钢丝锚固夹具 圆锥齿板式夹具（锥销夹具） 锥销夹具可分为圆锥齿板式夹具和圆锥槽式夹具，如图所示。 镦头夹具 采用镦头夹具时，将预应力筋端部热镦或冷镦，通过承力分孔板锚固，如图所示。,2.夹具,2019/1/6,混凝土结构工程,20,2019/1/6,混凝土结构工程,21,2019/1/6,混凝土结构工程,22,(2) 钢筋锚固夹具 钢筋锚固常用圆套筒三片式夹具，由套筒和夹片组成。 其型号有YJ12、YJ14，适用于先张法；用YC-18型千斤顶张拉时，适用于锚固直径为12mm
9、、14mm的单根冷拉HRB335、HRB400、RRB400级钢筋。,2019/1/6,混凝土结构工程,23,2019/1/6,混凝土结构工程,24,(3) 张拉夹具 张拉夹具是夹持住预应力筋后，与张拉机械连接起来进行预应力筋张拉的机具。 常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具、楔形夹具等，如图所示，适用于张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。,2019/1/6,混凝土结构工程,25,2019/1/6,混凝土结构工程,26,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不小于预应力筋伸长值的1.11.3倍。 (1) 钢丝张拉设备 钢丝张拉分单根张拉和成组张拉。 用钢模以机组流
10、水法或传送带法生产构件时，常采用成组钢丝张拉。 在台座上生产构件一般采用单根钢丝张拉，可采用电动卷扬机、电动螺杆张拉机进行张拉。,3.张拉设备,2019/1/6,混凝土结构工程,27,(2) 钢筋张拉设备 穿心式千斤顶用于直径1220mm的单根钢筋、钢绞线或钢丝束的张拉。 用YC20型穿心式千斤顶张拉时，高压油泵启动，从后油嘴进油，前油嘴回油，被偏心夹具夹紧的钢筋随液压缸的伸出而被拉伸。 YC20型穿心式千斤顶的最大张拉力为20kN，最大行程为200mm。适用于用圆套筒三片式夹具张拉锚固1220mm单根冷拉HRB335、HRB400和RRB400钢筋。,2019/1/6,混凝土结构工程,28,
11、2019/1/6,混凝土结构工程,29,二、先张法施工工艺,张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按设计规定采用。 控制应力的数值直接影响预应力的效果。施工中采用超张拉工艺，使超张拉应力比控制应力提高3%5%。 预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求。施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高3%5%，但其最大张拉控制应力不得超过下表的规定。,1.张拉控制应力和张拉程序,2019/1/6,混凝土结构工程,30,张拉控制应力限值,2019/1/6,混凝土结构工程,31,张拉程序可按下列之一进行： 或 其中con为预应力筋的张拉控制应力 为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用 的张
12、力程序。 预应力钢丝张拉工作量大时，宜采用一次张拉程序0103%con。,2019/1/6,混凝土结构工程,32,预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。 预应力筋理论伸长值L按下式计算： 式中 FP 预应力筋平均张拉力，kN；轴线张拉取张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值； 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。,2.预应力值的校核,2019/1/6,混凝土结构工程,33,（1） 钢筋的接长与冷拉 钢丝的接长 一般用钢丝拼接器用2022号铁丝密排绑扎。绑扎长度的规定：冷拔低碳钢丝不得小
13、于40倍钢丝直径；高强度钢丝不得小于80倍钢丝直径。,3.张拉前的准备,2019/1/6,混凝土结构工程,34,预应力钢筋的接长与冷拉 预应力钢筋一般采用冷拉HRB335、HRB400和RRB400热轧钢筋。预应力钢筋的接长及预应力钢筋与螺丝端杆的连接，宜采用对焊连接，且应先焊接后冷拉，以免焊接而降低冷拉后的强度。预应力钢筋的制作，一般有对焊和冷拉两道工序。 预应力钢筋铺设时，钢筋与钢筋、钢筋与螺丝端杆的连接可采用套筒双拼式连接。,2019/1/6,混凝土结构工程,35,(2) 钢筋（丝）的镦头 预应力筋（丝）固定端采用镦头夹具锚固时，钢筋（丝）端头要镦粗形成镦粗头。 镦头一般有热镦和冷镦两种
14、工艺。 热镦在手动电焊机上进行，钢筋（丝）端部在喇叭口紫铜模具内，进行多次脉冲式通电加热、加压形成镦粗头。,2019/1/6,混凝土结构工程,36,2019/1/6,混凝土结构工程,37,(3) 预应力筋的张拉力和伸长值的计算 控制张拉力：FP=conAPn 超张拉力：F=（103105）%conAPn 伸长值： 式中con预应力张拉控制应力，kN/mm2； AP 预应力筋截面面积，mm2； n 同时张拉预应力筋的根数； ES 预应力筋的弹性模量，kN/mm2； L预应力筋的长度，mm。,2019/1/6,混凝土结构工程,38,（4） 张拉机具设备及仪表定期维护和校验 张拉设备应配套校验，以确
15、定张拉力与仪表读数的关系曲线，保证张拉力的准确，每半年校验一次。设备出现反常现象或检修后应重新校验。张拉设备宜定岗负责，专人专用。 （5） 预应力筋（丝）的铺设 长线台座面（或胎模）在铺放钢丝前，应清扫并涂刷隔离剂。一般涂刷皂角水溶性隔离剂，易干燥，污染钢筋易清除。涂刷均匀不得漏涂，待其干燥后，铺设预应力筋，一端用夹具锚固在台座横梁的定位承力板上，另一端卡在台座张拉端的承力板上待张拉。在生产过程中，应防止雨水或养护水冲刷掉台面隔离剂。,2019/1/6,混凝土结构工程,39,（1） 张拉前的准备 检查预应力筋的品种、级别、规格、数量（排数、根数）是否符合设计要求。 预应力筋的外观质量应全数检查
16、，预应力筋应符合展开后平顺，没有弯折，表面无裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污等。 张拉设备是否完好，测力装置是否校核准确。 横梁、定位承力板是否贴合及严密稳固。,4.预应力筋的张拉,2019/1/6,混凝土结构工程,40,（2） 预应力筋张拉注意事项 为避免台座承受过大的偏心力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。 钢质锥形夹具锚固时，敲击锥塞或楔块应先轻后重，同时倒开张拉设备并放松预应力筋，两者应密切配合，既要减少钢丝滑移，又要防止锤击力过大导致钢丝在锚固夹具处断裂。 对重要结构构件（如吊车梁、屋架等）的预应力筋，用应力控制方法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。 同时张拉多根预应力钢丝时，应预先调整初应力（10%con），使其相互之间的应力一致。,2019/1/6,混凝土结构工程,41,预应力筋张拉后，对设计位置的偏差不得大于5mm，也不得大于构件截面最短边长的4%。 在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。 张拉、锚固预应力筋应专人操作，实行岗位责
