第第7章章 预应力工程预应力工程 •预应力混凝土，与普通钢筋混凝土比较，具有构件截面小、自重轻、刚度大、抗裂度高、耐久性好、材料省等优点•用于大开间、大跨度与重荷载的结构中•分为先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土 7.1 预应力钢材与锚预应力钢材与锚(夹夹)具具•一、 预应力筋：钢丝、钢绞线、钢筋预应力筋的发展趋势为高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀•（一）预应力钢丝（一）预应力钢丝•1．冷拔低碳钢丝 •2．碳素钢丝•3．刻痕钢丝 •（二）预应力钢绞线（二）预应力钢绞线 •1．标准型钢绞线•2．刻痕钢绞线•3．模拔钢绞线•（三）预应力钢筋（三）预应力钢筋 •1．冷拉钢筋•2．热处理钢筋•3．精轧螺纹钢筋 二、锚二、锚(夹夹)具具•锚具——后张法时保持预应力，并将其传递到砼上的永久性锚固装置•夹具——先张法时，保持拉力，并将其固定在控制台座（设备）上的临时锚固装置•预应力筋用锚、夹具，可分为夹片式(单孔与多孔夹片锚具)、支承式(镦头锚具、螺母锚具等)、锥塞式(钢质锥形锚具等)和握裹式(挤压锚具、压花锚具等)四类 （一）粗钢筋体系的锚（夹具）•1、螺杆锚具（后张结为主，也可以说是先张结夹具•2、帮条锚具（后张法）•3、高强螺纹钢筋（精轧螺丝纹钢筋）用锚具与连接器(后张法)•4、钢棒用锚具（后张法） •（二）钢丝锚固体系•1、镦头锚固体系、镦头锚固体系 • 2、、 钢质锥形锚具钢质锥形锚具 •3、单根锥销夹具•4、冷（热）铸锚：用于拉索锚固 •（三）钢绞线体系（三）钢绞线体系•1、单孔夹片锚固体系、单孔夹片锚固体系 图5—4 单孔夹片锚固体系1一钢绞线；2一单孔夹片锚具； 3一承压钢板；4一螺旋筋 •2、、 多孔夹片锚固体系多孔夹片锚固体系图5—5 多孔夹片锚固体系1一钢绞线；2一夹片；3一锚板；4一锚垫板(铸铁喇叭管)；5一螺旋筋；6一金属波纹管；7一灌浆孔 •3、扁型夹片锚固体系、扁型夹片锚固体系图5－6 扁锚结构示意图 •4、挤压锚具、挤压锚具 •三、预应力筋-锚具组装件的锚固性能检•（一）锚固性能要求1、锚具效率系数ηa= Fapu/(ηp Fpm) Fapu——预应力筋-锚具组装件的实测极限拉力Fpm——试验用预应力钢材的极限抗拉力平均值2、预应力筋的总应变——也须满足一定的要求目的:保证坏时具有足够的延性.3、尚须满足循环次数为200万次的疲劳试验; 在抗震结构中,应满足循环为50次的低周期载试验.（二）锚固性能试验 •7.2 张张 拉拉 设设 备备 •一、电动张拉机•二、液压张拉机-千斤顶、油泵、压力表 →千斤顶标定千斤顶标定 7.3 后张法预应力施工后张法预应力施工•后张法是先制作构件或结构，待混凝土达到一定强度后，在构件，或结构上张拉预应力筋的方法。
•后张法预应力施工，不需要台座设备，灵活性大，广泛用于施工现场生产大型预制预应力混凝土构件和就地浇筑预应力混凝土结构•后张法预应力施工，又可分为有粘结预应力施工和无粘结预应力施工两类 安装底模绑轧钢筋骨架埋管制孔安装侧模焊钢筋支托浇 筑 砼养护、拆侧模制作砼试块穿预应力筋清理张拉端、装锚具张拉预应力筋、锚固张拉设备标定制作预应力筋压砼试块孔道灌浆、封锚灌浆设备准备制作水泥浆试块起吊运输或拆底模压水泥浆试块 •一、预留孔道•（一）预应力孔道的布置（一）预应力孔道的布置•1．孔道直径和间距 •2．钢绞线束端锚头排列 •3. 钢丝束端锚头排列 •（二）预埋金属螺旋管留孔（二）预埋金属螺旋管留孔 •（三）预埋塑料波纹管留孔（三）预埋塑料波纹管留孔• 1．塑料波纹管规格与优点 •(1)提高预应力筋的防腐保护，可防止氯离子侵入而产生的电腐蚀；•(2)不导电，可防止杂散电流腐蚀；•(3)密封性好，预应力筋不生锈； •(4)强度高，刚度大，不怕踩压，不易被振动棒凿破；•(5)减小张拉过程中的孔道摩擦损失；•(6)提高了预应力筋的耐疲劳能力 •2．塑料波纹管安装与连接•塑料波纹管的钢筋支托间距不大于0.8～1.0mm。
•塑料波纹管接长：采用熔焊法或高密度聚乙烯塑料套管•（四）抽拔芯管留孔（四）抽拔芯管留孔•1．钢管抽芯法 •2．胶管抽芯法 •(五五) 灌浆孔、排气孔和泌水管灌浆孔、排气孔和泌水管•图图5-29 用木塞留灌浆孔用木塞留灌浆孔 图图5-30 螺旋管上留灌浆孔螺旋管上留灌浆孔 •（六）预留孔道质量要求（六）预留孔道质量要求•1．预留孔道的规格、数量、位置和形状应符合设计要求； •2．预留孔道的定位应牢固，浇筑混凝土时不应出现移位和变形；•3．孔道应平顺，端部的预埋锚垫板应垂直于孔道中心线；•4．成孔用管道应密封良好，接头应严密且不得漏浆；•5．在曲线孔道的波峰部位应设置泌水管，灌浆孔与泌水管的孔径应能保证浆液畅通排气孔不得遗漏或堵塞；•6．曲线孔道控制点的竖向位置偏差应符合表5-2的规定 •曲线孔道控制点的竖向位置允许偏差(mm) 表5-2截面高(厚)度允许偏差±5±10±15 •二、预应力筋张拉方式•1．一端张拉方式•2．两端张拉方式 •3．分批张拉方式 •4. 分段张拉方式 •5．分阶段张拉方式 •6．补偿张拉方式 •三、张拉操作程序•(1)采用低松弛钢丝和钢绞线时，张拉操作程序为锚固•(2)采用普通松弛预应力筋时，按下列超张拉程序进行操作： •对镦头锚具等可卸载锚具 • 锚固 •对夹片锚具等不可卸载锚具• 锚固 •四、张拉安全注意事项•1.在预应力作业中，必须特别注意安全。
在任何情况下作业人员不得站在预应力筋的两端 •2.操作千斤顶和测量伸长值的人员，应站在千斤顶侧面操作 ,油泵开动过程中，不得擅自离开岗位 •3.张拉时应认真做到孔道、锚环与千斤顶三对中，以便张拉工作顺利进行，并不致增加孔道摩擦损失 •4．采用锥锚式千斤顶张拉钢丝束时，先使千斤顶张拉缸进油，至压力表略有起动时暂停，检查每根钢丝的松紧并进行调整，然后再打紧楔块 •5．钢丝束镦头锚固体系在张拉过程中应随时拧上螺母，以策安全；锚固时如遇钢丝束偏长或偏短，应增加螺母或用连接器解决 •6．工具锚夹片，应注意保持清洁和良好的润滑状态新的工具锚夹片第一次使用前，应在夹片背面涂上润滑脂 •7．多根钢绞线束夹片锚固体系如遇到个别钢绞线滑移，可更换夹片，用小型千斤顶单根张拉 •五、张拉质量要求 •1. 张拉顺序应使构件或结构的受力均匀；•2．张拉工艺应使同一束中各根预应力筋的应力比较均匀；•3．预应力筋张拉伸长实测值与计算值的偏差应不大于±6％；•4．预应力筋张拉时，发生断裂或滑脱的数量严禁超过同一截面预应力筋总根数的3％，且每束钢丝不得超过一根；对多跨双向连续板，其同一截面应按每跨计算；•5.锚固时张拉端预应力筋的内缩量，应符合设计要求；如设计无要求，应符合表4-4的规定。
•6．预应力筋锚固时，夹片缝隙均匀，外露一致(一般为2～3mm) •六、孔道灌浆•预应力筋张拉后，利用灌浆泵将水泥浆压灌到预应力筋孔道中去，其作用有二：一是保护预应力筋，以免锈蚀；二是使预应力筋与构件混凝土有效的粘结，以控制超载时裂缝的间距与宽度并减轻梁端锚具的负荷状况 •（一）灌浆材料（一）灌浆材料•1.孔道灌浆应采用强度等级不低于32.5的普通硅酸盐水泥配制的水泥浆 •2．灌浆用水泥浆的水灰比不应大于0.45；搅拌后3h泌水率不宜大于2%，且不应大于3％泌水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收 •3．水泥浆应有足够的流动度 •（二）灌浆工艺（二）灌浆工艺•1．灌浆前应全面检查构件孔道及灌浆孔、泌水孔、排气孔是否畅通对抽拔管成孔，可采用压力水冲洗孔道对预埋管成孔，必要时可采用压缩空气清孔 •2．灌浆前应对锚具夹片空隙和其他可能产生的漏浆处需采用高强度水泥浆或结构胶等方法封堵封堵材料的抗压强度大于10MPa时方可灌浆•3．灌浆顺序宜先灌下层孔道，后浇上层孔道•4．灌浆工作应缓慢均匀地进行，不得中断，并应排气通顺，在孔道两端冒出浓浆并封闭排气孔后，宜再继续加压至0.5～0.7，稳压2min，再封闭灌浆孔。
•5．当孔道直径较大且水泥浆不掺微膨胀剂或减水剂进行灌浆时，可采取下列措施：• (1)二次压浆法，但二次压浆的间隙时间宜为30～45min；• (2)重力补浆法，在孔道最高处连续不断地补充水泥浆•6．如遇灌浆不畅通，更换灌浆孔，应将第一次灌人的水泥浆排出，以免两次灌浆之间有空气存在•7．室外温度低于+5℃时，孔道灌浆应采取抗冻保温措施，防止浆体冻胀使混凝土沿孔道产生裂缝 •(三三) 灌浆质量要求灌浆质量要求 •1.灌浆用水泥浆的配合比应通过试验确定，施工中不得任意更改 •2．灌浆试块采用7.07cm3的试模制作，其标养28d的抗压强度不应低于30MPa移动构件或拆除底模时，水泥浆试块强度不应低于15MPa •3．孔道灌浆后，应检查孔道上凸部位灌浆密实性；如有空隙，应采取人工补浆措施 •4，对孔道阻塞或孔道灌浆密实情况有疑问时，可局部凿开或钻孔检查；但以不损坏结构为前提，否则应采取加固措施 •5．灌浆后的孔道泌水孔、灌浆孔、排气孔等均应切平，并用砂浆填实补平•6. 锚具封闭后与周边混凝土之间不得有裂纹 7.4 先张法预应力施工先张法预应力施工 •先张法是在台座或钢模上先张拉预应力筋并用夹具临时固定，再浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，放张并切断构件外预应力筋的方法。
该法适用于生产预制预应力混凝土构件 清理台座支底模或涂隔离剂、安放钢筋骨架及预应力钢筋预应力筋制作张拉预应力筋张拉机具标定调整初应力支模、安设预埋件、网片浇 筑 砼制作试块养 护拆 模放张及切断预应力钢筋出 槽堆 放压 试 块 •一、台座•台座是先张法生产的主要设备之一，它承受预应力筋的全部张拉力因此，台座应有足够的强度、刚度和稳定性•（一）（一） 墩式台座墩式台座•墩式台座是由台墩、台面与横梁组成，目前，常用的是台墩与台面共同受力的墩式台座 •（一）台墩（一）台墩 • 承力台墩，一般由现浇钢筋混凝土作成台墩应有合适的外伸部分, 以增大力臂而减少台墩自重台墩应具有足够的强度、刚度和稳定性稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗滑移验算 • K——抗倾覆安全系数，一般不小于1.50；• M——倾覆力矩，由预应力筋的张拉力产生；• N——预应力筋的张拉力；•e 1 ——张拉力合力作用点至倾覆点的力臂；•M1 ——抗倾覆力矩，由台座自重力和土压力等产生；•G ——台墩的自重力；•L ——台墩重心至倾覆点的力臂；•Ep ——台墩后面的被动土压力合力，当台墩埋•置深度较浅时，可忽略不计；• e 2 ——被动土压力合力至倾覆点的力臂。
• 台墩的抗滑移验算，可按下式进行：•KC ——抗滑移安全系数，一般不小于1.30 •N1 ——抗滑移的力，对独立的台墩，由侧壁土压力和底部摩阻力等产生 •(二二) 槽式台座槽式台座 •二、预应力筋铺设•预应力钢丝和钢绞线下料，应采用砂轮切割机，不得采用电弧切割 •预应力钢丝采用镦头夹具时，应采用相应的镦头工艺 •长线台座台面(或胎模)在铺设钢丝前应涂隔离剂隔离剂不应沾污钢丝，以免影响钢丝与混凝土的粘结 •如果钢丝需要接长，可借助于钢丝拼接器用20～22号铁丝密排绑扎(图5-19) •预应力筋与工具式螺杆连接时，可采用套筒式连接器(图5-20) •图5-19 钢丝拼接器 图5-20 套筒式连接器 •三、预应力筋张拉•（一）预应力钢丝张拉（一）预应力钢丝张拉•1.单根张拉• 冷拔钢丝可在两横梁式长线台座上采用10kN电动螺杆张拉机或电动卷扬张拉机单根张拉，弹簧测力计测力，锥销式夹具锚固•刻痕钢丝可采用20～30kN电动卷扬张拉机单根张拉，优质锥销式夹具锚固 •2．整体张拉 •图5-21 镦头梳筋板夹具 图5-22 张拉千斤顶与张拉钩 •3．钢丝张拉程序•预应力钢丝由于张拉工作量大，宜采用一次张拉程序 锚固（二）预应力钢绞线张拉（二）预应力钢绞线张拉 1.单根张拉单根张拉 2．整体张拉．整体张拉 3．钢绞线张拉程序．钢绞线张拉程序 采用低松弛钢绞线时，可采取一次张拉程序采用低松弛钢绞线时，可采取一次张拉程序 对单根张拉，对单根张拉， 锚固锚固 对整体张拉，对整体张拉， 初应力调整初应力调整 锚固锚固～ •（三）（三） 张拉注意事项张拉注意事项• 1．张拉时，张拉机具与预应力筋应在一条直线上；同时在台面上每隔一定距离放一根圆钢筋头或相当于保护层厚度的其他垫块，以防预应力筋因自重而下垂，破坏隔离剂，污染预应力筋。
• 2．顶紧锚塞时，用力不要过猛，以防钢丝折断；在拧紧螺母时，应注意压力表读数始终保持所需的张拉力• 3．预应力筋张拉完毕后，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%• 4．在张拉过程中发生断丝或滑脱钢丝时，应予以更换• 5．台座两端应有防护设施张拉时沿台座长度方向每隔4～5m放一个防护架，两端严禁站人，也不准进入台座 •四、预应力筋放张• 预应力筋放张时，混凝土的强度应符合设计要求；如设计无规定，不应低于设计的混凝土强度标准值的75% •（一）放张顺序（一）放张顺序• 预应力筋的放张顺序，如设计无规定，可按下列要求进行：• (1)轴心受预压的构件(如拉杆、桩等)，所有预应力筋应同时放张； • (2)偏心受预压的构件(如梁等)，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； • (3)如不能满足1、2两项要求时，应分阶段、对称、交错地放张，以防止在放张过程中构件产生弯曲、裂纹和预应力筋断裂； •（二）放张方法（二）放张方法• 预应力筋的放张工作，应缓慢进行，防止冲击 •1.千斤顶放张 •2.砂箱放张 •3．楔块放张 • 图5-23 砂箱 图5-24 楔块放张 •4．预热熔割•5．钢丝钳或氧炔焰切割•(三三) 放张注意事项放张注意事项 •1.为了检查构件放张时钢丝与混凝土的粘结是否可靠，切断钢丝时应测定钢丝往混凝土内的回缩情况。
•2.放张前，应拆除侧模，使放张时构件能自由压缩，否则将损坏模板或使构件开裂 •3.用氧炔焰切割时，应采取隔热措施，防止烧伤构件端部混凝土 7.5 无粘结预应力施工无粘结预应力施工•一、无粘结预应力筋铺设•（一）混凝土保护层（一）混凝土保护层•（二）铺设顺序（二）铺设顺序•在单向板中，无粘结预应力筋的铺设比较简单，与非预应力筋铺设基本相同•在双向板中，无粘结预应力筋需要配置成两个方向的悬垂曲线•必须事先编出无粘结筋的铺设顺序无粘结预应力筋的铺设，通常是在底部钢筋铺设后进行支座处负弯矩钢筋通常是在最后铺设 •（三）就位固定（三）就位固定 •无粘结预应力筋应严格按设计要求的曲线形状就位并固定牢靠 •（四）张拉端固定（四）张拉端固定•图图5-31 无粘结筋张拉端凹口作法无粘结筋张拉端凹口作法(a)泡沫穴模；泡沫穴模；(b)塑料穴模塑料穴模1-无粘结筋；无粘结筋；2-螺旋筋；螺旋筋；3-承压钢板；承压钢板；4-泡沫穴模；泡沫穴模；5-锚环；锚环；6-带杯口的塑料套管；带杯口的塑料套管；7-塑料穴模；塑料穴模；8-模板模板 •（五）无粘结预应力筋张拉（五）无粘结预应力筋张拉 •无粘结预应力混凝土楼盖结构的张拉顺序，宜先张拉楼板，后张拉楼面梁。
板中的无粘结筋，可依次张拉梁中的无粘结筋宜对称张拉 •无粘结曲线预应力筋的长度超过35m时，宜采取两端张拉 •当筋长超过70m时，宜采取分段张拉 •无粘结预应力筋张拉伸长值校核与有粘结预应力筋相同 •（六）锚固区防腐蚀处理（六）锚固区防腐蚀处理•无粘结预应力筋的锚固区，必须有严格的密封防护措施，严防水汽进入，锈蚀预应力筋•无粘结预应力筋锚固后的外露长度不小于30mm,多余部分宜用手提砂轮锯切割 •在锚具与锚垫板表面涂以防水涂料在锚具端头涂防腐润滑油脂后，罩上封端塑料盖帽 •对凹入式锚固区，锚具表面经上述处理后，再用微胀混凝土或低收缩防水砂浆密封对凸出式锚固区，可采用外包钢筋混凝土圈梁封闭 •锚固区混凝土或砂浆净保护层最小厚度：梁为25mm，板为20mm •（七）施工质量要求（七）施工质量要求•1．无粘结预应力筋的护套应完整，局部破损处应采用防水胶带缠绕紧密•2．无粘结预应力筋铺设应顺直，其曲线坐标高度偏差应不超过规定值•3．无粘结预应力筋的固定应牢靠，浇筑混凝土时不应出现移位和变形•4．张拉端预埋锚垫板应垂直于预应力筋•5．内埋式固定端垫板不应重叠，锚具与垫板应贴紧•6．无粘结预应力筋成束布置时，应能保证混凝土密实并能裹住预应力筋。
7.6 预预 应应 力力 施施 工工 计计 算算•一、预应力筋下料长度•预应力筋的下料长度应由计算确定计算时，应考虑下列因素：构件孔道长度或台座长度、锚(夹)具厚度、千斤顶工作长度(算至夹挂预应力筋部位)、镦头预留量、预应力筋外露长度等 •一、预应力筋下料长度（一）钢丝束下料长度（一）钢丝束下料长度1、、采用钢质锥形锚具2．采用镦头锚具．采用镦头锚具 图5-12 采用钢质锥形锚具时 图5-13 采用镦头锚具时钢丝 钢丝下料长度计算简图 下料长度计算简图 1-混凝土构件; 2-孔道; 3-钢丝束； 1-混凝土构件; 2-孔道; 3-钢丝束;4-钢质锥形锚具; 5-锥锚式千斤顶 4-锚杯; 5-螺母; 6-锚板 (1)两端张拉 (2)一 端 张 拉 •(二二) 钢绞线下料长度钢绞线下料长度 •（（1）两端张拉）两端张拉 •（（2）一端张拉）一端张拉图5-14 钢绞线下料长度计算简图1-混凝土构件；2-孔道；3-钢绞线；4-夹片式工作锚；5-穿心式千斤顶；6-夹片式工具锚 •（三）粗钢筋下料长度L=L1+L2+L3+L4 •二、预应力筋张拉力•(一一) 预应力筋张拉力预应力筋张拉力•预预应应力力筋筋的的张张拉拉力力大大小小，，直直接接影影响响预预应应力力效效果果。
张张拉拉力力越越高高，，建建立立的的预预应应力力值值越越大大，，构构件件的的抗抗裂裂性性也也越越好好；；但但预预应应力力筋筋在在使使用用过过程程中中经经常常处处于于过过高高应应力力状状态态下下，，构构件件出出现现裂裂缝缝的的荷荷载载与与破破坏坏荷荷载载接接近近，，往往往往在在破破坏坏前前没没有有明明显显的的警警告告，，这是危险的这是危险的 式中 ——预应力筋的张拉控制应力； ——预应力筋的截面面积 • 预应力筋的张拉控制应力，不宜超过表4-1的数值 项次预应力筋种类张拉方法先张法后张法1 2 3消除应力钢丝、钢铰线 冷轧带肋钢筋 精轧螺纹钢筋0.750.70 0.850.75 •当符合下列情况之一时，表4-1中的张拉控制应力限值可提高0.05或0.05；• 1.要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；• 2.要求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等因素产生的预应力损失 •预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求施工时预应力筋如需超张拉，其最大张拉控制应力 ：对消除应力钢丝和钢绞线为0.8 ，对冷轧带肋钢筋 0.75 ，对精轧螺纹钢筋为 0.95 。
•（二）预应力筋有效预应力值（二）预应力筋有效预应力值• 预应力筋中建立的有效预应力值 ，可按下式计算：•对碳素钢丝与钢绞线，其有效预应力值 不宜大于0.6 ，也不宜小于0.4 如设计上仅提供有效预应力值，则需计算预应力损失值，两者叠加，即得所需的张拉力 式中 —— 第 项预应力损失值 •三、预应力损失•根据预应力筋应力损失发生的时间可分为：瞬间损失和长期损失张拉阶段瞬间损失包括孔道摩擦损失、锚固损失、弹性压缩损失等；张拉以后长期损失包括预应力筋应力松弛损失和混凝土收缩徐变损失等对先张法施工，有时还有热养护损失；对后张法施工，有时还有锚口摩擦损失、变角张拉损失等；对平卧重叠生产的构件，有时还有叠层摩阻损失•上述预应力损失的主要项目(孔道摩擦损失、锚固损失、应力松弛损失、收缩徐变损失等)，设计时都计算在内当施工条件变化时，应复算预应力损失值，调整张拉力。