预应力混凝土.ppt

第五章 预应力混凝土,本章要求 1.了解预应力混凝土工程的特点和工作原理。2.掌握先张法、后张法施工工艺及预应力值的建立传递的原理，张拉力的计算和校验，了解建立张拉程序的依据及放张要求。3.了解预应力筋张拉的台座、锚（夹）具、张拉机具的构造及使用方法，正确计算预应力筋的下料长度。4.粗讲电张法设备、电热伸长值的计算。,本章重点 先张法和后张法的施工工艺过程，质量控制与技术措施，施工过程中可能产生的应力损失及弥补的方法。本章难点 锚（夹）具、张拉机具的构造及使用方法；施工过程中可能产生的应力损失及弥补的方法，质量控制与技术措施。,5.1 预应力混凝土分类和材料,预应力混凝土分类 先张法和后张法预应力混凝土 有粘结和无粘结预应力混凝土 全预应力混凝土 预制、现浇、组合预应力混凝土,预应力混凝土材料 钢材。钢绞线是用冷拔钢丝绞扭而成，其方法是在绞线机上以一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝则围绕其进行螺旋状绞合，再经低温回火处理即可。高强钢丝，常用的高强钢丝分为冷拉和矫直回火两种，按外形分为光面、刻痕和螺旋肋三种。常用的高强钢丝的直径（mm）有：4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0等几种。,预应力钢绞线的截面,D 钢绞线直径；d 0 中心钢丝直径；d 外层钢丝直径,预应力混凝土 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。,5.2 预应力夹具和锚具,夹具 夹具 的静载性能，应由预应力筋-夹具组装件静载试验测定的夹具效率系数（）确定。夹具效率系数按下式计算：式中 预应力筋-夹具组装件的实测极限拉力。试验结果应满足夹具效率系数（）等于或大于 0.92 的要求。当预应力筋夹具组装件达到实测极限拉力时，应由预应力筋的断裂，而不应由夹具的破坏导致试验终结。,锚具 在预应力筋强度等级已确定的条件下，预应力筋-锚具组装件的静载锚固性能试验结果，应同时满足锚具效率系数（）等于或大于0.95和预应力筋总应变（）等于或大于2.0%两项要求。锚具的静载锚固性能，应由预应力筋-锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数（）和达到实测极限拉力时组装件受力长度的总应变（）确定。锚具效率系数（）应按下式计算：,式中 预应力筋-锚具组装件的实测极限拉力；预应力筋的实际平均极限抗拉力。由预应力 钢材试件实测破断荷载平均值计算得出；预应力筋的效率系数，它指考虑预应力筋根数 等因素影响的预应力筋应力不均匀的系数。应按下列规定取用：预应力筋-锚具组装件中预应力钢材为 1至5根时，=1；6至12根时，=0.99；13至19根时，=0.98；20根以上时，=0.97。当预应力筋-锚具（或连接器）组装件达到实测极限拉力（）时，应由预应力筋的断裂，而不应由锚具（或连接器）的破坏导致试验的终结。预应力筋拉应力未超过0.8fptk时，锚具主要受力零件应在弹性阶段工作，脆性零件不得断裂。,用于承受静、动荷载的预应力混凝土结构，其预应力筋-锚具组装件，除应满足静载锚固性能要求外，尚应满足循环次数为200万次的疲劳性能试验要求。在抗震结构中，预应力筋-锚具组装件还应满足循环次数为50次的周期荷载试验。锚具尚应满足分级张拉、补张拉和放松拉力等张拉工艺的要求。锚固多根预应力筋的锚具，除应具有整束张拉的性能外，尚宜具有单根张拉的可能性。,5.3 预应力张拉机械,电动螺杆张拉机 在先张法台座上生产构件进行单根钢筋张拉，一般用小型电动螺杆张拉机，以弹簧、杠杆等设备测力。用弹簧测力时宜设置行程开关，以便张拉到规定的拉力时能自行停车。,电动螺杆张拉,1电动机；2手柄；3前限位开关；4后限位开关；5减速箱；6夹具；7测力器；8计量标尺；9螺杆,拉杆式千斤顶,拉杆式千斤顶张拉原理,1一主油缸；2主缸活塞；3一进油孔；4一回油缸；5一回油活塞；6回油孔；7连接器；8传力架；9拉杆；10螺母；11一预应力筋；12一混凝土构件；13预埋铁板；14螺丝端杆,锥锚式千斤顶,锥锚式千斤顶,1张拉油缸；2顶压油缸（张拉活塞）；3顶压活塞；4-弹簧；5预应力筋；6楔块；7对中套；8锚塞；9锚环；10构件,穿心式千斤顶,YC-60型千斤顶具和JM型锚的安装,1工作锚；2YC-60型千斤顶；3工具锚；4预应力筋束,第一节 先张法施工,一、台座 用台座法生产预应力混凝土构件时，预应力筋锚固在台座横梁上，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。台座由台面、横梁和承力结构等组成。根据承力结构的不同，台座分为墩式台座、槽式台座、桩式台座等。,墩式台座 以混凝土墩作承力结构的台座称墩式台座，一般用以生产中小型构件。台座长度较长，张拉一次可。生产中型构件或多层叠浇构件可用图4-33所示墩式台座。,墩式台座,l混凝土墩；2钢横梁；3局部加厚的台面；4预应力筋,墩式台座的受力特点及稳定验算（1）台墩的抗倾覆验算：为了保证台座正常工作，墩式台座设计时需考虑张拉力引起的倾覆、滑移以及台墩各部分的强度和刚度。其中抗倾覆与抗滑移是设计的关键。台墩的抗倾覆按下式验算。（2）台墩的抗滑移验算：,槽形台座：槽形台座由钢筋混凝土压杆及横梁组成。它可以承受较大的张拉力和张拉力矩，故一般用以生产张拉力较大的构件（如吊车梁及屋架等）。在施工现场可利用预制钢筋混凝土柱或砌块组成的临时性槽形台座生产吊车梁等构件。槽形台座的材料用量不仅与受力大小有关，还随台座长度的增加而增加，同时考虑到钢筋搬运、安装方便等因素，故台座长度不宜过长，一般为4547m（可生产610根6m长吊车梁）。为便于混凝土运输及蒸汽养护，台座以低于地面为好，但考虑到地下水位及排水等因素。为便于拆移，钢筋混凝土压杆可分段制作，每段长56m。如钢筋混凝土压杆按偏心受压构件计算，其断面高度宜略取大些，以减小细长比及偏心矩。端部压杆还应进行抗倾覆验算。,钢模台座 钢模台座是将制作构件的模板作为预应力钢筋的锚固支座的一种台座。,钢模台座,l侧模；2底模；3活动铰；4预应力筋锚固孔,5.4.2施工工艺 先张法的主要施工工序为：在台座上张拉预应力筋至预定长度后，将预应力筋固定在台座的传力架上；然后在张拉好的预应力筋周围浇筑混凝土；待混凝土达到一定的强度后（约为混凝土设计强度的70%左右）切断预应力筋。由于预应力筋的弹性回缩，使得与预应力筋粘结在一起的混凝土受到预压作用。因此，先张法是靠预应力筋与混凝土之间粘结力来传递预应力的。,先张法施工工艺流程,1预应力筋；2混凝土构件；3台座；4夹具,预应力筋张拉 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,张拉程序 超张拉：是指张拉应力超过规范规定的控制应力值，张拉程序是 如果在设计中钢筋的应力松弛损失按一次张拉取值，则张拉程序是,预应力筋伸长验算 如实际伸长值比计算伸长值达或小6%，应暂停张拉，查明原因并采用措施予以调整后方可继续张拉。预应力筋的计算伸长值 计算可参考下式-预应力筋的平均张拉力，KN。直线筋取张拉端的拉力，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。-预应力筋的长度,mm.-预应力筋的截面积，mm2-预应力筋的弹性模量，KN/mm2,预应力筋张拉计算 预应力筋张拉力 的计算公式：-超张拉系数，取1.03或1.05。-预应力筋张拉控制应力，N/mm2-预应力筋截面面积，mm2,混凝土施工 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。预应力筋张拉完成后，钢筋绑扎、模板拼装和混凝土浇筑等工作应尽快跟上。混凝土应振捣密实。混凝土浇筑时，振动器不得碰撞预应力筋。混凝土未达到强度前，也不允许碰撞或踩动预应力筋。,混凝土可采用自然养护或湿热养护。但必须注意，当预应力混凝土构件在台座上进行湿热养护时，由于预应力筋张拉后锚固在台座上，温度升高预应力筋膨胀伸长，使预应力筋的应力减小。在这种情况下混凝土逐渐硬结，而预应力筋由于预应力筋膨胀伸长引起的的应力损失不能恢复。因此，应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。一般可采用两次升温的措施：初次升温应在混凝土尚未结硬、未与预应力筋粘结时进行，初次升温的温差一般控制在20以内；第二次升温在混凝土构件具备一定强度（7.510MPa），即混凝土与预应力筋的粘结力足以抵抗温差变形后，再将温度升到养护温度进行养护，此时，预应力筋将和混凝土一起变形，预应力筋不再引起应力损失.,预应力筋放张 混凝土强度达到设计规定的数值（一般不小于混凝土标准强度的75%）后，才可放松预应力筋。这是因为放松过早会由于预应力筋回缩而引起较大的预应力损失。预应力筋放松应根据配筋情况和数量，选用正确的方法和顺序，否则易引起构件翘曲、开裂和断筋等现象。当预应力筋采用钢丝时，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放松。配筋多的钢筋混凝土构件，钢丝应同时放松，如逐根放松，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。长线台座上放松后预应力筋的切断顺序，一般由放松端开始，逐次切向另一端。,预应力筋的放张顺序：轴心受压构件(如拉杆、杆等)，所有预应力筋应同时放张；偏心受压构件(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；板类构件应按对称原则从两边同时向中间放松，以防止放松过程中构件发生翘曲、裂缝；采用剪丝钳剪断预应力筋时，两手用力要均匀，不得采用扭折的办法；对用胎膜生产的构件，放松预应力钢丝时应采取防止构件端部产生裂缝的有效措施，并使构件能自由滑动；对有多根预应力钢丝密集的构件，宜采用螺杆松张器等缓慢放松后再逐根剪断。,预应力筋为钢筋时，对热处理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，也应同时放松。多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶、砂箱、楔块等。采用湿热养护的预应力混凝土构件，宜热态放松预应力筋，而不宜降温后再放松。,第二节 后张法施工,后张法施工由于直接在混凝土构件上进行张拉，故不需要固定的台座设备，不受地点限制，适用于在施工现场生产大型预应力混凝土构件，特别是大跨度构件。一、锚具预应力锚具是确保预应力结构能保持持久正常工作状态的关键部件，它是随着预应力主材(高强度钢筋、钢丝或钢绞线)生产技术的发展而研制开发的。对锚具的要求形状要准确、工作可靠、构造简单、施工方便；有足够的强度和刚度，受力后变形小，锚固可靠，不产生预应力筋的滑移和断裂现象。,（一）单根粗钢筋锚具单根粗钢筋锚具主要有：螺丝端杆锚具、镦头锚具和帮条锚具。1、螺丝端杆锚具：当采用高强精轧钢筋作为预应力钢筋时，可采用螺丝端杆锚具。它具有受力明确，锚固可靠，构造简单，施工方便等特点。螺丝端杆锚具长度一般为320mm，适用于直径不大于36mm的钢筋，它由螺丝端杆、螺母和垫板组成。,2、帮条锚具：帮条锚具由衬板和帮条组成，一般采用三根帮条，按1200均匀布置，并应与垫板相接触的截面在同一个垂直面上，以免受力时发生扭曲，如图5-23所示。帮条应采用与预应力筋级别相同的钢筋，并在预应力筋冷拉前焊接。,3、镦头锚具：镦头锚具由镦头和垫板组成，用于单根粗钢筋的镦头锚具一般直接在预应力筋端部热镦、冷镦或锻打成型，如图5-22所示。镦头锚具，操作简便迅速，施工较方便，应用灵活。但对钢筋下料长度的精度要求较高。,（二）钢筋束、钢绞线锚具预应力钢筋束、钢绞线常用的锚具有KT-Z型和JM12型。固定端也可采用镦头锚具。1、KT-Z型锚具：KT-Z型锚具由锚环和锚塞两部分组成，如图5-24所示。该锚具为半埋式，使用时先将锚环小头嵌入承压钢板中，并用断续焊缝焊牢，然后埋设在构件端部。,2、JM12型锚具：JM12型锚具是由带有锥形内孔的锚环和一组合成锥形的夹片组成，夹片的数量与被锚固的钢筋数量相等。锚环分甲型1和乙型2两种。甲型锚环为一个具有锥形内孔的圆锥体，使用时直接放在构件端部垫板5上。乙型锚环在圆锥体外部增添正方形肋板，使用时直接预埋在构件端部而不需另外放置垫板。,3.固定端用镦头锚具：固定端用镦头锚具是由锚固板和带镦头的预应力筋组成。为了降低成本，在张拉预应力钢筋束时，固定端可用镦头锚具代替KT-Z锚具或JM12型锚具。,(三)钢丝束锚具：预应力钢丝束常用锚具有锥形锚具、锥形螺杆锚具和镦头锚具。1.锥形锚具：锥形锚具是由一 个环形锚圈和一个锥形锚塞组成。锥形锚具适用于锚固1224根直径为5mm的碳素钢丝组成的钢丝束，亦可锚固直径为4mm的钢丝。采用这种形式锚具钢丝束的制备较容易，但接长和重复张拉较困难，滑丝的可能性相对较大。,2.锥形螺杆锚具：锥形螺杆锚具由锥形螺杆、套筒和螺母三部分组成。使用时，先将钢丝束均匀整齐地紧贴在螺杆锥体部分，然后套上套筒，用拉杆式千斤顶使端杆锥体通过钢丝挤压套筒，从而锚紧钢丝。,3.镦头锚具：镦头锚具是用特制的镦头机将钢材的端部冷镦成一个铆钉头形的端头，然后把它们成束地串扣在锚杯或锚板上。这种锚具适用于锚固1254根直径为5mm的高强钢丝束，锚固性能良好，安全可靠，预应力损失小，操作方便。但对钢丝的下料长度要求较严，相对误差应控制在1/80001/3000之间，且应有专门的冷镦设备。,1工艺流程 有粘结后张法预应力的主要施工工序为：浇筑好混凝土构件，并在构件中预留孔道，待混凝土达到预期强度后（一般不低于混凝土设计强度的75%），将预应力钢筋穿人孔道；利用构件本身作为受力台座进行张拉（一端锚固一端张拉或两端同时张拉），在张拉预应力钢筋的同时，使混凝土受到预压。张拉完成后，在张拉端用锚具将预应力筋锚住；最后在孔道内灌浆使预应力钢筋和混凝土构成一个整体，形成有粘结后张法预应力结构。,有粘结后张法工艺流程,l混凝土构件；2预留孔道；3预应力筋；4张拉千斤顶；5锚具,构件的孔道留设 孔道留设是有粘结预应力后张法构件制作中的关键工作。孔道留设方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋波纹管法。预埋波纹管法只用于曲线形孔道。在留设孔道的同时还要在设计规定位置留设灌浆孔。一般在构件两端和中间每隔12 m留一个直径20 mm的灌浆孔，并在构件两端各设一个排气孔。预应力张拉 张拉预应力筋时，构件混凝土的强度应按设计规定，如设计无规定则不宜低于混凝土标准强度的75%。,孔道灌浆 预应力筋张拉后，应随即进行孔道灌浆，尤其是钢丝束，张拉后应尽快进行灌浆，以防锈蚀与增加结构的抗裂性和耐久性。在浇注混凝土之前需设置灌浆孔、排气孔、排水孔与泌水管。灌浆前，用压力水冲洗和润湿孔道。灌浆过程 中，可用电动或手动灰浆泵进行灌浆，水泥浆应均匀缓慢地注入，不得中断。灌满孔道并封闭气孔后，宜再继续加注至 0.50.6 MPa，并稳定一段时间，以确保孔道灌浆的密实性。对不掺外加剂的水泥浆，可采用两次灌浆法来提高灌浆的密实性。灌浆顺序应先下后上。曲线孔道灌浆宜由最低点注入水泥浆，至最高点排气孔排尽空气并溢出浓浆为止。,预应力筋张拉1.一般规定预应力张拉时，构件混凝土强度应符合设计要求，当设计无具体要求时，不应低于混凝土设计强度标准值的75%。构件如分段制作，则在张拉前应进行拼装，拼装的预应力构件立缝处混凝土或砂浆的强度如设计无具体要求时，不应低于混凝土设计强度标准值的40%，也不得低于15MPa。安装张拉设备时，对直线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线重合。对曲线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线重合。,2.张拉控制应力张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。其值为张拉设备所指示的总张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。控制应力直接影响预应力的效果，控制应力越高，建立的预应力值就越大，构件的抗裂性也越好。但是，控制应力也不能过高，否则会使构件出现裂缝的荷载与破坏荷载很接近，在破坏前没有明显的预兆，使构件的延性较差。还会造成预拉区开裂，以及端部混凝土局部受压破坏。同时，超张拉应力过大使钢筋应力超过屈服点，产生塑性变形将影响预应力值的准确性和张拉工艺的安全性。如果张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋在经历各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。预应力筋张拉控制应力应符合设计要求且不宜超过表5-5所列数值,3.张拉程序预应力筋的张拉程序，主要根据构件类型、张锚体系、松弛损失取值等因素确定，可按表5-6进行。第一种张拉程序中，超张拉的目的，主要是为了减少钢筋松弛、混凝土弹性压缩、锚具变形和孔道摩擦等引起的应力损失。持荷2min的目的，主要是为了加速钢筋松弛的早期发展。重复张拉的目的，除可减少应力损失外，尤其是在成束张拉时还可使钢筋的应力随着松弛的发展而得到调整，使每根钢筋受力均匀。第二种张拉程序中，超张拉3%后即锚固，其目的是为了弥补设计和施工中预见不到的或考虑不够的某些因素所造成的应力损失。为了施工方便，一般多采用第二种张拉程序，即进行一次超张拉。超张拉的最大应力值应按表5-选取，并延长持荷时间至5min。,5.5.2无粘结预应力技术 工艺流程：无粘结预应力结构的主要施工工序为：将无粘结预应力筋准确定位，并与普通钢筋一 起绑扎形成钢筋骨架，然后浇筑混凝土；待混凝土达到预期强度后（一般不低于混凝土设计强度的75%）进行张拉（一端锚固一端张拉或两端同时张拉）。张拉完成后，在张拉端用锚具将预应力筋锚住，形成无粘结预应力结构。,无粘结后张法工艺流程,l混凝土构件；2无粘结预应力筋；3张拉千斤顶；4锚具,预应力筋铺设 无粘结预应力筋在平板结构中常常为双向曲线配置，因此其铺设顺序很重要。如钢丝束的铺设一般根据双向钢丝束交点的标高差，绘制钢丝束的铺设顺序图，钢丝束波峰低的底层钢丝束先行铺设，然后依次铺设波峰高的上层钢丝束，这样可以避免钢丝束之间的相互穿插。钢丝束铺设波峰的形成是用钢筋制成的“马凳”来架设。一般施工顺序是依次放置钢筋马凳，然后按顺序铺设钢丝束，钢丝束就位后，进行调整波峰高度及其水平位置，经检查无误后，用铅丝将无粘结预应力束与非预应力钢筋绑扎牢固，防止钢丝束在浇筑混凝土施工过程中位移。,预应力张拉 无粘结预应力筋的张拉与普通后张法带有螺母锚具的有粘结预应力钢丝束张拉方法相似。张拉程序一般采用0 l03%con进行锚固。由于无粘结预应力筋多为曲线配筋，故应采用两端同时张拉。无粘结预应力筋的张拉顺序，应根据其铺设顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。无粘结预应力筋一般长度大，有时又呈曲线形布置，如何减少其摩阻损失值是一个重要的问题。施工时，为降低摩阻损失值，宜采用多次重复张拉工艺。,锚头端部处理 无粘结预应力筋由于一般采用镦头锚具，锚头部位的外径比较大，因此，钢丝束两端应在构件上预留有一定长度的孔道，其直径略大于锚具的外径。钢丝束张拉锚固以后，其端部便留下孔道，并且该部分钢丝没有涂层，为此应加以处理保护预应力钢丝。无粘结预应力筋锚头端部处理，目前常采用两种方法：第一种方法系在孔道中注入油脂并加以封闭，。第二种方法系在两端留设的孔道内注入环氧树脂水泥砂浆，其抗压强度不低于35 MPa。灌浆时同时将锚头封闭，防止钢丝锈蚀，同时也起一定的锚固作用.,a）油脂封闭；,b）环氧树脂水泥砂浆封闭,锚头端部处理方法,1油枪；2锚具；3端部孔道；4有涂层的无粘结预应力筋；5无涂层的端部钢丝；6构件；7注入孔道的油脂；8混凝土封闭；9端部加固螺旋钢筋；10环氧树脂水泥砂浆,