[教育]預(yù)應(yīng)力混凝土工程

1、預(yù)應(yīng)力混凝土工程,4.1 概述,4.1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，較普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)改善了受拉區(qū)混凝土的受力性能，充分發(fā)揮了高強(qiáng)鋼材的受拉性能，從而提高了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度、抗裂度和耐久性，減輕了結(jié)構(gòu)自重；但要增加預(yù)應(yīng)力工序與增添專用設(shè)備，技術(shù)含量高，操作要求嚴(yán)，相應(yīng)的費用高。將預(yù)應(yīng)力作為一種拼裝手段，縱橫方向張拉預(yù)應(yīng)力筋，將拼裝好的預(yù)制構(gòu)件形成裝配整體的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)等。預(yù)應(yīng)力混凝土在大柱網(wǎng)和大跨度結(jié)構(gòu)中具有較

2、大的發(fā)展前景與推廣價值。,4.1.2 材料和機(jī)具要求根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力鋼筋有以下幾種（圖4-1）：1. 熱處理鋼筋 熱處理鋼筋是由特定強(qiáng)度的熱軋鋼筋通過加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理的鋼筋。熱處理后，鋼筋強(qiáng)度能得到較大幅度提高，而塑性降低并不多。,圖 4-1,2. 高強(qiáng)度鋼絲 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)常用的高強(qiáng)鋼絲按交貨狀態(tài)分為冷拉和矯直回火兩種，按外形分為光面并經(jīng)消除應(yīng)力的高強(qiáng)度圓形

3、鋼絲、刻痕鋼絲和螺旋肋鋼絲等。3.鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線用冷拔鋼絲制造而成，方法是在絞線機(jī)上以一種稍粗的直鋼絲為中心，其余鋼絲圍繞其進(jìn)行螺旋狀絞合，再經(jīng)低溫回火處理即可。鋼絞線規(guī)格有2股、3股、7股、19股等，常用的是3股、7股鋼絞線。,混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40。 不能摻用對鋼筋有侵蝕作用的氯鹽、氯化鈉等， 采用機(jī)械方法進(jìn)行張拉的先張法與后張法，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉和固定均需用夾具或錨具。 通常把永久錨固在構(gòu)件鋼筋端部的稱作

4、錨具，主要用于后張法；將用于臨時夾持預(yù)應(yīng)力筋，在澆筑混凝土達(dá)到強(qiáng)度后可以取下的稱為夾具。有些錨具與夾具可以互換使用。,4.2 先張法,先張法是在澆筑混凝土前張拉預(yù)應(yīng)力筋，然后澆筑混凝土，待混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到不低于混凝土設(shè)計強(qiáng)度值的75％，放松預(yù)應(yīng)力筋，借助于混凝土與預(yù)應(yīng)力筋的粘結(jié)，對混凝土施加預(yù)應(yīng)力的施工工藝，如圖4-2所示。,圖 4-2,4.2.1 施工設(shè)備 1．臺座（1）墩式臺座。墩式臺座是由傳力墩、臺面和橫梁組成的（圖4-3）。

5、,圖 4-3,（2）槽式臺座。槽式臺座由鋼筋混凝土傳力柱、下橫梁、臺面和磚墻組成（圖5-4）。傳力柱是臺座的主要承力結(jié)構(gòu)，抵抗張拉和傾覆力矩能力大。磚墻起擋土作用，并作為蒸汽養(yǎng)護(hù)時的側(cè)壁，與傳力柱、臺面共同組成養(yǎng)護(hù)坑槽。,圖 4-4,2．夾具（1）錐形夾具。錐形夾具是用于預(yù)應(yīng)力鋼絲的錨具，由錐形孔套筒和刻齒錐形板（或銷）組成。它又分為圓錐齒板式夾具和圓錐三槽式夾具（圖4-5）。,圖 4-5,（2）鐓頭錨具。它是利用預(yù)應(yīng)力鋼筋末端

6、繳粗加以固定的，墩頭卡在錨固墊板上。這種鐓頭錨具用于預(yù)應(yīng)力筋的固定端。如圖4-6所示。,圖 4-6,（3）圓套筒三片式夾具。由圓錐孔形套筒和三個夾片組成（圖4-7）。套筒和夾片均由45號鋼制作。它是利用擠壓摩擦阻力自鎖固定的。,圖 4-7,3．張拉機(jī)械（1）YC－20型穿心式千斤頂。該機(jī)由偏心式夾具。油缸和彈性頂壓頭三部分組成（圖4-8）。其最大張拉力為200kN，張拉行程為200mm，可用來張拉12～20mm直徑的預(yù)應(yīng)力鋼筋。,

7、圖 4-8,（2）電動螺桿張拉機(jī)。電動螺桿張拉機(jī)由電動機(jī)、變速箱、測力裝置、張拉螺桿、承力架和夾具組成（圖4-9）。,圖 4-9,4.2.2 施工工藝1．預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉預(yù)應(yīng)力筋的就位，在固定在臺座橫梁上時，鋼筋的定位板必須安裝準(zhǔn)確，定位板的撓度不應(yīng)大于lmm，橫梁撓度不大于2mm，以免影響預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)力。預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)按設(shè)計要求進(jìn)行。（1）張拉控制應(yīng)力的確定。預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力，應(yīng)按設(shè)計規(guī)定數(shù)值選用。施工時為克服應(yīng)力損

8、失需要超張拉時，鋼絲、鋼絞線及熱處理鋼筋最大張拉應(yīng)力為其抗拉強(qiáng)度的75％。,（2）張拉程序的確定。0→1.05σcon（持荷2分鐘）→σcon或 0→1.03σcon,表4-1 張拉控制應(yīng)力限值,（3）預(yù)應(yīng)力筋的檢查。應(yīng)嚴(yán)格控制多根鋼筋之間內(nèi)應(yīng)力的一致性，避免產(chǎn)生因內(nèi)力大小不均而導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象。 多根鋼絲同時進(jìn)行張拉完畢后，應(yīng)抽查鋼絲的內(nèi)應(yīng)力值，一根鋼絲的預(yù)應(yīng)力值的偏差，不得大于或小于按一個構(gòu)件全部鋼絲預(yù)應(yīng)力總值的5

9、％，避免各鋼絲受力的不均衡性。預(yù)應(yīng)力筋張拉后，對設(shè)計位置的偏差不得超過5mm，同時也不得大于構(gòu)件截面最短邊尺寸的4%。否則，將會影響設(shè)計的受力狀況。應(yīng)合理確定截面內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序，原則上應(yīng)盡量避免使臺座承受過大的偏心壓力，故宜先張拉靠近臺座截面重心處的預(yù)應(yīng)力筋，防止臺座產(chǎn)生彎曲變形。,2．混凝土的澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土澆筑，應(yīng)一次連續(xù)澆筑完成，不允許留設(shè)施工縫。盡可能采用低水灰比，控制水泥用量，選用級配優(yōu)良的骨料。澆

10、筑時應(yīng)充分搗實，尤其要注意靠近端部混凝土的密實度。這些都是為了減少混凝土在預(yù)加應(yīng)力作用下的收縮和徐變值，從而減小應(yīng)力損失。,3．預(yù)應(yīng)力筋的放張放張時混凝土的強(qiáng)度不得低于設(shè)計強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75％。具體放張時間要通過同條件養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊試壓結(jié)果決定。 按照以下原則進(jìn)行放張：1）對于軸心受壓構(gòu)件，所有預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)同時放張，避免產(chǎn)生偏心受壓現(xiàn)象；2）對于偏心受壓構(gòu)件，應(yīng)先同時放張預(yù)壓力較小區(qū)域內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋，然后再同時放張壓力較大區(qū)域內(nèi)的

11、預(yù)應(yīng)力筋，否則，容易產(chǎn)生彎曲或裂縫。3）如果按上述二原則放張有困難時，則應(yīng)分階段、對稱、相互交錯地進(jìn)行放張，這樣可以防止在放張過程中構(gòu)件翹曲或裂縫。,對預(yù)應(yīng)力筋配置較多的構(gòu)件，不允許采用剪斷或割斷等方式突然放張，應(yīng)采用千斤頂或在臺座與橫梁之間設(shè)置砂箱（圖4-11）或楔塊（圖4-12）進(jìn)行緩慢放張。,圖 4-11,圖 4-12,表5-1 張拉控制應(yīng)力限值,4.3 后張法,4.3.1錨具和預(yù)應(yīng)力筋制作1.常用錨具(1)螺紋端桿錨具

12、。螺紋端桿錨具它由螺紋端桿、螺母和墊板組成，如圖4-13所示，是單根預(yù)應(yīng)力粗鋼筋張拉端常用的錨具。,圖 4-13,(2)幫條錨具。幫條錨具（圖4-14）由幫條和襯板組成。幫條筋采用與預(yù)應(yīng)力筋同級鋼筋，而襯板則可用普通低碳鋼鋼板，焊條應(yīng)選用E5003。焊接幫條時，三根幫條與襯板相接觸面應(yīng)在同一垂直平面上，防止受力后產(chǎn)生扭曲。,圖4-14,（3）鋼質(zhì)錐形錨具。鋼質(zhì)錐形錨具（圖4-15）由錨塞和錨環(huán)組成。一般適用于錨固碳素鋼絲束，可錨固12

13、～24根鋼絲。錨塞和錨環(huán)均用45號鋼制作。錨塞和錨環(huán)的錐度應(yīng)嚴(yán)格保持一致，保證對鋼絲的擠壓力均勻，不致影響摩擦阻力。,圖 4-15,（4）鐓頭錨具。鐓頭錨具由錨環(huán)、錨板和螺母組成（圖4-16）。鐓頭錨具適用錨固12～24根碳素鋼絲。,圖 4-16,（5）錐形螺桿錨具。錐形螺桿錨具是由錐形螺桿、套筒、螺母和墊板組成（圖4-17）。該錨具適用于14～28根碳素鋼絲的錨固。,圖 4-17,（6）JM－12型錨具。JM－12錨具由錨環(huán)和夾

14、片組成（圖4-18）。多用于鋼絞線束的錨固。JM－12錨具有良好的錨固性能，預(yù)應(yīng)力筋滑移量比較小，施工方便，但是加工量大且成本高。,圖 4-18,（7）多孔夾片錨具。它也稱群錨，由多孔的錨板與夾片組成（圖4-19）。在每個錐形孔內(nèi)裝一副夾片，夾持一根鋼絞線。這種錨具的優(yōu)點是每束鋼絞線的根數(shù)不受限制；任何一根鋼絞線錨固失效，都不會引起整束錨固失效。,圖 4-19,4.3.2 張拉機(jī)械（1）拉桿式千斤頂。 拉桿式千斤頂由主缸、主缸活塞

15、、副缸、副缸活塞、拉桿、連接器和傳力架等組成（圖4-25）。拉桿式千斤頂主要用于張拉螺紋端桿錨具的粗鋼筋、帶螺桿式錨具或鐓頭式錨具的鋼絲束。,圖 4-25,（2） YC－60型穿心式千斤頂。YC－60型穿心式千斤頂廣泛地用于預(yù)應(yīng)力筋的張拉。它適用于張拉各種形式的預(yù)應(yīng)力筋。它主要由張拉油缸、頂壓油缸、頂壓活塞和彈簧組成（圖4-26）。,圖 4-26,（3）錐錨式雙作用千斤頂。錐錨式雙作用千斤頂用于張拉錐形錨具錨固的預(yù)應(yīng)力鋼絲束。它是

16、由主缸、主缸活塞、副缸、副缸活塞、頂壓頭、卡環(huán)和銷片等主要部件所組成，其構(gòu)造和張拉工作過程如圖4-27所示。,圖 4-27,4.3.3 施工工藝1．孔道的預(yù)留（1）鋼管抽芯法（錄像）。在澆灌混凝土前，先將鋼管敷設(shè)在模板內(nèi)的孔道位置上并加以固定，鋼管每隔1m用鋼筋井字架子以固定。一般鋼管的長度不超過15m，以便于鋼管的轉(zhuǎn)動和抽出，長度較大的構(gòu)件可用兩根鋼管組合使用，中間用套管連接，混凝土澆筑后，每隔一定時間轉(zhuǎn)動一次鋼管，防止其與混凝

17、土粘結(jié)。待混凝土初凝以后，于終凝之前抽出鋼管，形成穩(wěn)定的孔道。選用的鋼管應(yīng)平直、表面光潔。,抽管的關(guān)鍵是抽管的時間：時間與混凝土的性質(zhì)、氣溫和養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)。常溫下可在澆筑混凝土后3～6h即可抽管。在同一構(gòu)件截面上的鋼管抽出順序宜先上后下、先曲后直。抽管時要平穩(wěn)、速度均勻和邊轉(zhuǎn)邊抽。嚴(yán)禁導(dǎo)致孔道邊緣的混凝土松動。,（2）膠管抽芯法。注意事項：1）使用前宜先在管內(nèi)充入壓強(qiáng)為0.6~0.8N/mm2的壓縮空氣或壓力水，套管直徑擴(kuò)大約

18、3～4mm。2）每隔500mm用井字形鋼筋支架將膠管固定在預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計位置上。然后澆筑混凝土。 (錄像）3）待混凝土硬化并具有一定的強(qiáng)度后，即可釋放管內(nèi)的壓縮空氣或壓力水，膠管回縮后抽出比較容易。,（3）預(yù)埋波紋管法。對波紋管的基本要求：一是在外荷載的作用下，有抵抗變形的能力；二是在澆筑混凝土過程中，水泥漿不得滲入管內(nèi)。波紋管的安裝，應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋的曲線坐標(biāo)在側(cè)模或鋼筋上劃線，以波紋管底為準(zhǔn)，波紋管的固定，可采用鋼筋托架，間距為

19、600mm。在混凝土澆筑過程中，為了防止波紋管偶爾漏漿引起孔道堵塞，應(yīng)采用通孔器通孔，通孔器由長60～80mm的圓鋼制成，其直徑小于孔10mm，用尼龍繩牽引。（錄像）,2．預(yù)應(yīng)力筋的張拉（錄像）后張法預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)在構(gòu)件混凝土達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)度后進(jìn)行。如果需要提前張拉時混凝土強(qiáng)度不得低于設(shè)計強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75％。對于塊體拼裝的混凝土構(gòu)件，除應(yīng)符合上述規(guī)定外，其拼接立縫混凝土或砂漿強(qiáng)度不應(yīng)低于塊體混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級的40％，并且不得低

20、于15N/mm2。上述規(guī)定的目的是為防止因混凝土強(qiáng)度不足在張拉時引起裂縫，以及因較大的壓縮變形引起過大的應(yīng)力損失，以確保預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的質(zhì)量。,配有多根預(yù)應(yīng)力筋的混凝土構(gòu)件，需要分批并按一定順序進(jìn)行張拉，避免構(gòu)件在張拉過程中承受過大的偏心壓力，引起構(gòu)件彎曲裂縫現(xiàn)象。通常是分批、分階段、對稱地進(jìn)行張拉。在分批張拉時，要考慮后批張拉的鋼筋對混凝土產(chǎn)生的彈性壓縮，導(dǎo)致前批已張拉的鋼筋內(nèi)應(yīng)力降低。因此，應(yīng)設(shè)法補(bǔ)足前批鋼筋的應(yīng)力損失，或預(yù)先計算

21、出預(yù)應(yīng)力損失值，加在首批（或前批）鋼筋張拉控制應(yīng)力內(nèi)，以補(bǔ)足損失值。也可采用相同的張拉力值逐根復(fù)拉補(bǔ)足的辦法。,曲線預(yù)應(yīng)力筋或長度大于24m的直線預(yù)應(yīng)力筋的張拉，要考慮鋼筋與孔道壁之間的摩擦對張拉控制應(yīng)力的影響，應(yīng)在構(gòu)件的兩端進(jìn)行張拉，盡量減小摩擦阻力影響。對于長度等于或小于24m的直線預(yù)應(yīng)力筋，可在一端進(jìn)行張拉，但張拉端宜交替設(shè)置在構(gòu)件兩端。當(dāng)兩端同時張拉一根（束）預(yù)應(yīng)力筋時，為了減少預(yù)應(yīng)力損失，在最后錨固時，宜先錨固一端，另一端則

22、需在補(bǔ)足張拉力后再錨固。,平臥重疊澆筑的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)自上而下逐層進(jìn)行，以減少上層構(gòu)件重壓和粘結(jié)力對下層構(gòu)件張拉影響。為了減少上下層構(gòu)件之間因摩擦阻力引起的應(yīng)力損失，可自上而下逐層加大張拉力，但底層構(gòu)件的張拉力不宜比頂層構(gòu)件的張拉力大5％并且不得超過超張值的限制值。預(yù)應(yīng)力筋錨固后的外露長度不宜小于15mm，并應(yīng)采取可靠的防銹措施，嚴(yán)防錨固端鋼筋和錨具的銹蝕，以保證結(jié)構(gòu)的安全性。(錄像）,,張拉程序：同先張法

23、 張拉程序 0→1.05σcon（持荷2分鐘）→σcon 0→1.03σcon 超張拉——減少由于鋼筋松弛變形造 成的預(yù)應(yīng)力損失。,3．孔道灌漿預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，應(yīng)盡快進(jìn)行孔道灌漿，以防止預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，并能增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋與構(gòu)件混凝土之間的粘結(jié)力，這樣有利于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能和耐久性。因此，孔道灌漿應(yīng)符合強(qiáng)度和密實度的要求。,4.4 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工是將預(yù)先加工

24、好的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋一樣直接放置在模板內(nèi)，然后澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，進(jìn)行張拉錨固的一種施工工藝。這種施工工藝與普通后張法施工的區(qū)別在于不需要在放置預(yù)應(yīng)力筋的部位預(yù)留孔道和穿筋，預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，也不需進(jìn)行孔道灌漿。廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)的梁與連接梁、雙向連續(xù)平板和密肋板中。,,,1．無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施使用前，應(yīng)逐根進(jìn)行檢查外包層的完好程度。對有輕微破損者，可包塑料帶補(bǔ)好，對破損嚴(yán)重者應(yīng)予以報廢。鋪設(shè)

25、雙向配筋的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)先鋪設(shè)標(biāo)高較低的鋼絲束，再鋪設(shè)標(biāo)高較高的鋼絲束，以避免兩個方向的鋼絲束相互穿插。鋼絲束的曲率，可用鐵馬凳（或其他構(gòu)造設(shè)施）控制，鐵馬凳間隔不宜大于2m。鋼絲束就位后，標(biāo)高及水平位置經(jīng)調(diào)整、檢查無誤后，用鉛絲與非預(yù)應(yīng)力鋼筋綁扎牢固，防止鋼絲束在澆筑混凝土施工過程中位移。,,,2．無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉與后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絲束張拉相似。張拉程序一般采用0→103％σcon。由于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋