第7章预应力工程课件

第第7 7章章 预应力工程预应力工程定义定义 预应力混凝土预应力混凝土在外荷载作用前，预先建立起有内应力的混凝土，在外荷载作用前，预先建立起有内应力的混凝土，其内应力的大小与分布应能抵消或减少给定外荷载所产生的应力。其内应力的大小与分布应能抵消或减少给定外荷载所产生的应力。（注：注：混凝土中的预应力一般通过张拉预应力筋来实现。）混凝土中的预应力一般通过张拉预应力筋来实现。）预应力钢结构预应力钢结构在设计、制造、安装、施工期间和使用过程中，采在设计、制造、安装、施工期间和使用过程中，采用人为方法引入预应力以提高结构承载力、刚度、稳定性的各类钢结构。用人为方法引入预应力以提高结构承载力、刚度、稳定性的各类钢结构。预应力混凝土分类预应力混凝土分类 按预应力度大小按预应力度大小全预应力混凝土和部分预应力混凝土。全预应力混凝土和部分预应力混凝土。按施加预应力方式按施加预应力方式先张法、后张法和自应力。先张法、后张法和自应力。按预应力筋粘结状态按预应力筋粘结状态有粘结、无粘结和缓粘结。有粘结、无粘结和缓粘结。按施工方法按施工方法预制、现浇和叠合。预制、现浇和叠合。优点优点 利用高强钢材和混凝土，提高抗裂度和刚度，减少构件截面，节省材利用高强钢材和混凝土，提高抗裂度和刚度，减少构件截面，节省材料，耐久性好，适用于大跨度结构等。料，耐久性好，适用于大跨度结构等。内容内容 包含：预应力钢材、锚（夹）具、张拉设备、预应力施工工艺等。包含：预应力钢材、锚（夹）具、张拉设备、预应力施工工艺等。油泵油泵千斤顶千斤顶油压表油压表预应力筋预应力筋预应力混预应力混凝土构件凝土构件2 2）锚（夹）具）锚（夹）具 预应力筋用预应力筋用锚具锚具预应力结构或构件中为保持预应力筋的拉力并将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其传递到结构或构件上所用的永久性永久性锚固装置。锚固装置。预应力筋用预应力筋用夹具夹具预应力结构或构件施工时为保持预应力筋拉力并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）上的将其固定在张拉台座（设备）上的临时临时锚固装置。锚固装置。按锚固原理分类：按锚固原理分类：支承式支承式螺母锚具，镦头锚具；螺母锚具，镦头锚具；楔紧式楔紧式锥销锚具，夹片式锚具等。锥销锚具，夹片式锚具等。基本要求：基本要求：可靠的锚固能力，并不超过预期的滑移值；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；构造简单、加工方便、体形小、价格低、全部零件互换性好；夹具和工具锚应具有多次重复使用的性能。夹具和工具锚应具有多次重复使用的性能。u7.1 7.1 预应力钢材和锚（夹）具预应力钢材和锚（夹）具1 1）预应力筋）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。预应力筋是使结构或构件产生预压应力的受力材料。钢筋钢筋精轧螺纹钢筋；精轧螺纹钢筋；钢丝钢丝高强低合金钢丝、碳素钢丝高强低合金钢丝、碳素钢丝;钢绞线钢绞线要求：高强、低松弛、耐腐蚀。要求：高强、低松弛、耐腐蚀。精轧螺纹钢筋外形为无纵肋而横精轧螺纹钢筋外形为无纵肋而横肋不相连的螺扣，螺母与连接器肋不相连的螺扣，螺母与连接器的内螺纹应与之匹配，防止钢筋的内螺纹应与之匹配，防止钢筋从中拉脱。从中拉脱。螺母分为平面和锥形两种。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；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开缝的作用是增强螺母对预应力筋的夹持作用。筋的夹持作用。螺母材料采用螺母材料采用4545号钢，调质热处号钢，调质热处理。理。垫板也相应分为平面垫板和锥形垫板也相应分为平面垫板和锥形垫板。垫板。l7.1.1 7.1.1 精轧螺纹钢筋体系精轧螺纹钢筋体系包括：精轧螺纹钢筋、锚具（螺母）和连接器。包括：精轧螺纹钢筋、锚具（螺母）和连接器。精轧螺纹钢筋锚具与连接器图精轧螺纹钢筋锚具与连接器图(a)(a)精轧螺纹钢筋外形；精轧螺纹钢筋外形；(b)(b)连接器；连接器；(c)(c)锥形螺母与垫板锥形螺母与垫板 精轧螺纹钢筋体系精轧螺纹钢筋体系螺母螺母精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋1 1）碳素钢丝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。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。主要品种有：矫直回火钢丝和低松弛钢丝。常用直径为常用直径为5mm5mm，最大达，最大达7mm7mm。5mm5mm钢丝的力学性能指标为：钢丝的力学性能指标为：抗拉强度常为抗拉强度常为16701670、17701770和和1860N/mm1860N/mm2 2；伸长率不小于；伸长率不小于4%4%；反复弯曲次数不小于反复弯曲次数不小于4 4次。其比例极限不小于抗拉强度的次。其比例极限不小于抗拉强度的75%75%，屈服强度不小于抗拉强度的，屈服强度不小于抗拉强度的85%85%。低松弛钢丝是冷拉钢丝在张力状态下（抗拉强度的低松弛钢丝是冷拉钢丝在张力状态下（抗拉强度的30%30%50%50%）经回火处理而成。）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。的握裹力，高强度钢丝的表面加工成螺旋肋。l7.1.3 7.1.3 钢丝体系钢丝体系钢丝的锚（夹）具：单根锥销夹具、钢质锥形锚具和镦头锚具。钢丝的锚（夹）具：单根锥销夹具、钢质锥形锚具和镦头锚具。2 2）单根锥销夹具单根锥销夹具用于先张法预应力混凝土用于先张法预应力混凝土单根锥销夹具由套筒与锥销组成。单根锥销夹具由套筒与锥销组成。套筒采用套筒采用4545号钢，调质热处理。号钢，调质热处理。适用于夹持直径为适用于夹持直径为3 35mm5mm的各类钢丝。的各类钢丝。单根锥销夹具图单根锥销夹具图1 1一定位板；一定位板；2 2一套筒；一套筒；3 3一锥销；一锥销；4 4一钢丝一钢丝3 3）钢质锥形锚具钢质锥形锚具由锚环和锚塞组成。由锚环和锚塞组成。锚环和锚塞采用锚环和锚塞采用4545号钢，调质热处理，锚塞表面有细齿。号钢，调质热处理，锚塞表面有细齿。钢质锥形锚具图钢质锥形锚具图(a)(a)组装图；组装图；(b)(b)锚环；锚环；(c)(c)锚塞锚塞1 1一锚环；一锚环；2 2一锚塞；一锚塞；3 3一钢丝束一钢丝束为防止钢丝在锚具内卡伤或卡断，为防止钢丝在锚具内卡伤或卡断，锚环两端出口处必须有倒角，锚塞锚环两端出口处必须有倒角，锚塞小头还应有小头还应有5mm5mm无齿段。无齿段。适用于锚固适用于锚固1212245245钢丝束。钢丝束。使用时应保证锚环孔中心、预留使用时应保证锚环孔中心、预留孔道中心和千斤顶轴线三者同心，孔道中心和千斤顶轴线三者同心，以防压伤钢丝或断丝。以防压伤钢丝或断丝。锚塞的预压力宜为张拉力的锚塞的预压力宜为张拉力的50506060。自锁和自锚自锁和自锚自锁自锁就是使锚塞在顶压后不致弹回脱出。就是使锚塞在顶压后不致弹回脱出。自锁条件：自锁条件：NsinNsin1 1NcosNcos，即，即tgtg1 1。钢质锥形锚具受力分析图钢质锥形锚具受力分析图(a)(a)锚具自锁；锚具自锁；(b)(b)锚具自锚锚具自锚 P P一钢丝拉力；一钢丝拉力；N N一正压力；一正压力；一锥角；一锥角；11一锚塞与钢丝间的摩擦系数；一锚塞与钢丝间的摩擦系数；22一钢丝与锚环间的摩擦系数一钢丝与锚环间的摩擦系数自锚自锚就是使钢丝在拉力作用下带着锚塞楔紧而又不发生滑移。就是使钢丝在拉力作用下带着锚塞楔紧而又不发生滑移。注：注：当当、2 2值减小，值减小，1 1值越大时，则值越大时，则K K值越大，自锚性能越好。值越大，自锚性能越好。但但值也不宜过小，否则锚环承受的环向张力过大，易导致锚具失效。值也不宜过小，否则锚环承受的环向张力过大，易导致锚具失效。自锚条件自锚条件：4 4）镦头锚具镦头锚具镦头锚具利用钢丝两端的镦粗头来锚固预应力钢丝。镦头锚具利用钢丝两端的镦粗头来锚固预应力钢丝。钢丝束镦头锚具图钢丝束镦头锚具图(a)(a)张拉端锚环与螺母；张拉端锚环与螺母；(b)(b)固定端锚板固定端锚板1 1一螺母；一螺母；2 2一锚杯；一锚杯；3 3一锚板；一锚板；4 4一排气孔；一排气孔；5 5一钢丝一钢丝常用镦头锚具：锚杯与螺母常用镦头锚具：锚杯与螺母(张拉端用张拉端用)、锚板、锚板(固定端用固定端用)。加工简单，锚具材料采用加工简单，锚具材料采用4545号钢，张拉方便，锚固可靠，成本较低，号钢，张拉方便，锚固可靠，成本较低，但但对钢丝束的等长要求较严。对钢丝束的等长要求较严。调质热处理。调质热处理。钢丝镦头，可采用液压冷镦器。钢丝镦头，可采用液压冷镦器。镦头要求：镦头尺寸要足，头型圆整，不偏歪，颈部母材不受损伤，镦头要求：镦头尺寸要足，头型圆整，不偏歪，颈部母材不受损伤，钢丝的镦头强度不得低于钢丝强度标准值的钢丝的镦头强度不得低于钢丝强度标准值的9898。钢丝镦头图钢丝镦头图(a)(a)液压冷镦器；液压冷镦器；(b)(b)头型头型1 1一冷镦器；一冷镦器；2 2一钢丝；一钢丝；3 3一镦头一镦头 LD-10LD-10（2020）型镦头器）型镦头器预应力钢绞线图预应力钢绞线图(a)17(a)17钢绞线；钢绞线；(b)12(b)12钢绞线；钢绞线；(c)l3(c)l3钢绞线；钢绞线；d d一钢绞线公称直径一钢绞线公称直径1 1）钢绞线钢绞线钢绞线是用多根冷拔钢丝在绞线机上成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，捻距为螺旋形绞合，并经回火处理而成，捻距为钢绞线公称直径的钢绞线公称直径的12121616倍。倍。按构造不同分为：按构造不同分为：1717、1313与与l2l2钢钢绞线。绞线。按直径不同分为：按直径不同分为：12.7mm12.7mm、15.2mm15.2mm和和15.7mm15.7mm。1313与与1212钢绞线仅用于先张法预应力钢绞线仅用于先张法预应力混凝土构件。混凝土构件。1717钢绞线是由钢绞线是由6 6根外层钢丝围绕一根根外层钢丝围绕一根中心钢丝中心钢丝(直径加大直径加大2.52.5)绞成。绞成。1717S S15.215.2钢绞线的截面积为钢绞线的截面积为140mm140mm2 2，线重线重1.101kg/m1.101kg/m。常用钢绞线抗拉强度级别为常用钢绞线抗拉强度级别为1860MPa1860MPa。l7.1.4 7.1.4 钢绞线体系钢绞线体系钢绞线锚（夹）具：单孔夹片锚钢绞线锚（夹）具：单孔夹片锚(夹夹)具、多孔夹片锚具和挤压锚具。具、多孔夹片锚具和挤压锚具。2 2）单孔夹片锚单孔夹片锚(夹夹)具具单孔夹片式锚具图单孔夹片式锚具图 (a)(a)组装图；组装图；(b)(b)三夹片；三夹片；(c)(c)二夹片二夹片1 1一钢绞线；一钢绞线；2 2一锚环；一锚环；3 3一夹片；一夹片；4 4一弹性槽一弹性槽 由锚环和夹片组成。锚环的锥角约为由锚环和夹片组成。锚环的锥角约为77，4545号钢，调质热处理。号钢，调质热处理。夹片有三片式与二片式两种。三片式夹片按夹片有三片式与二片式两种。三片式夹片按120120铣分，二片式夹片铣分，二片式夹片的背面上有一条弹性槽，以提高锚固性能。的背面上有一条弹性槽，以提高锚固性能。主要用于无粘结预应力混凝土结构（后张法），也可用作先张法钢主要用于无粘结预应力混凝土结构（后张法），也可用作先张法钢绞线夹具。绞线夹具。夹片式锚具应具有连续反复张拉的功能，利用行程不大的千斤顶经夹片式锚具应具有连续反复张拉的功能，利用行程不大的千斤顶经倒缸后可张拉任意长度的预应力筋。倒缸后可张拉任意长度的预应力筋。夹片式锚具用于先张法夹具时，应在夹片与锚环之间垫塑料薄膜或夹片式锚具用于先张法夹具时，应在夹片与锚环之间垫塑料薄膜或涂石墨、石腊等，张拉后容易松开锚具重复使用。涂石墨、石腊等，张拉后容易松开锚具重复使用。3 3）多多孔夹片锚具孔夹片锚具多孔夹