预应力混凝土.docx
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预应力混凝土
预应力混凝土
第五章预应力混凝土
概述
1、混凝土发展过程：
素混凝土→钢筋混凝土→预应力混凝土
2、预应力的优点：
①截面小，重量轻，刚度大；
②抗裂性、耐久性好；
③节约钢材；
④在较大跨度结构中，综合经济效益好。
3、预应力筋的种类
①冷拔低碳钢丝，直径：
3~5mm；
②冷拉钢筋；
③碳素钢丝，直径：
3~8mm；
④钢绞线，由6根碳素钢丝缠绕而成；
⑤热处理钢筋，直径：
6~10mm；
⑥精轧螺纹钢筋，直径：
25，32mm；
4、对混凝土的要求
混凝土强度等级一般不低于C30；
当采用碳素钢丝、钢绞线、V级钢筋（热处理）作预应力时，混凝土强度等级不宜低于C40。
5、预应力的施加方法
（1）根据与构件制作相比较的先后顺序，分为
①先张法
②后张法——按工艺分为：
一般后张法；
后张自锚法；
无粘结后张法；
电热法。
（2）按钢筋的张拉方法分为：
①机械张拉
②电热张拉
第一节先张法
一、先张法施工设备
（一）台座
组成：
台面、横梁、承力结构。
分为：
墩式台座、槽式台座、桩式台座等。
1、墩式台座：
以混凝土墩作为承力结构的台座称为墩式台座。
一般用于生产中小型构件。
（1）墩式台座分类：
简易墩式台座
重力墩式台座
构架式台座
（2）墩式台座计算要点：
①稳定性验算：
（抗倾覆、抗滑移的能力）
A、抗倾覆验算：
≥K1
M－抗倾覆力矩
M'－倾覆力矩
K1－抗倾覆系数
B、抗滑移验算：
≥K2
T－抗滑移能力
P－张拉力合力
K2－抗倾覆系数
2、②强度验算：
支承横梁的牛腿，按柱子的牛腿计算配筋；
墩式台座与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算；
台面按轴心受压构件计算；
横梁按承受均布荷载的简支梁计算。
2、糟式台座
用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产。
（二）张拉机具和夹具
1、钢丝的夹具和张拉机具
（1）钢丝夹具
①锚固夹具：
锥形、锲形。
②张拉夹具：
偏心式、钳式、锲形。
③墩头锚具：
采用冷墩形成。
（2）张拉机具
①要求：
简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。
②种类：
A、卷扬机张拉：
弹簧测力、杠杆测力。
B、电动螺杆张拉机张拉：
构造简单，体积小，重量轻，操作灵活，移动方便。
2、钢筋的夹具和张拉机具
（1）夹具
①锚固夹具：
工具式螺杆—螺丝端杆锚具；
穿心式夹具—自锚；
墩头锚固：
d＜12mm冷墩
d＜22mm热墩
d＞22mm加热锻打
②张拉夹具：
压销式、穿心式。
（2）钢筋张拉机具
①要求：
油压千斤顶、拉伸机、穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机。
（一）张拉
1、张拉控制应力（规范规定）。
消除应力钢丝、钢绞线≤0.75fptk且不应小于0.4fptk
热处理钢筋≤0.75fptk且不应小于0.4fptk
当符合下列情况之一时，张拉控制应力限值可提高0.05fptk：
（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钢筋；
（2）要求部分抵消由于应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。
2、张拉程序
3、张拉顺序
（1）多根同时张拉；
（2）单根张拉。
（二）混凝土的浇筑与养护
1、浇筑要求：
①同一生产线的构件应一次浇筑完毕；
②构件应避开温度缝；
③振捣时不应碰撞钢丝；
④叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa，方可浇筑上层构件；
⑤混凝土的水灰比应严格控制，振捣应实心密实。
2、养护
①自然养护
②湿热养护。
（三）预应力筋放张
1、放张要求
①混凝土强度应大于75%C设；（重叠生产指最上层构件）
②放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，避免过大的冲击与。
同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小；
③保证预应力与混凝土之间的粘结。
2、放张方法
①钢丝：
数量少，逐根放张；数量多，同时放张。
②粗钢筋：
数量少，逐根加热熔断；数量多，同时放张。
3、放张顺序
①轴心受压构件：
同时放张。
②偏心构件：
先同时放张预应力较小区域内的预应力筋；
再同时放张预应力较大区域内的预应力筋。
③如不能满足上述要求，应分阶段、对称、相互交错进行放张。
注意：
放张时，应拆除侧模。
第二节后张法
1、定义
制备留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规定强度后，穿筋并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值，借助锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后，孔道灌浆，这种预加应力的方法称为后张法。
2、特点：
①混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响；
②锚具不能重复使用，成本高；
③工艺比较复杂（构件制作、留孔、穿筋、张拉、灌浆）；
④可拼装预制构件（现场拼装）。
3、适用范围
现场制作大型构件，避免大型构件运输的麻烦。
4、生产过程
（1）构件生产阶段；
（2）预加应力阶段
（包括锚具、预应力筋制作、张拉、灌浆等）
一、锚具与预应力筋的制作
常见预应力筋类型：
①单根钢筋，直径大于12毫米；
②钢筋束与钢绞线束；
③钢丝束。
对锚具的要求：
①尺寸准确；
②不致产生预应力筋的滑移；
③有足够刚度和强度。
（一）单根预应力筋的锚具及制作
1、锚具
张拉端：
螺丝端杆锚具。
固定端：
帮条锚具或墩头锚具。
（1）螺丝端杆锚具
组成：
螺丝端杆、螺母、垫板。
（2）帮条锚具
组成：
帮条、衬板。
（3）墩头锚具
直接在钢筋端部用热墩、冷墩、锻打成型。
（4）IV级精轧螺旋钢筋直径有25和32两种。
2、预应力筋的制作
（1）制作：
包括配料、对焊、冷拉等工序。
（2）下料长度计算
①锚具特点：
螺丝端杆外露在孔道外的长度为120~150mm，帮条、墩头视锚具尺寸而定。
②对焊接头：
每个对焊接头的压缩量约等于钢筋直径。
③钢筋冷拉率：
实际测定作为下料依据。
④弹性回缩率：
冷拉后的回缩值与冷拉完成时的长度的比值，一般为0.3%左右。
1）两端用螺丝端杆锚具时
预应力筋的成品长度L1（冷拉后的全长）为：
L1＝l+2l2
预应力筋中钢筋冷拉完成后的长度为L0：
L0＝L1－2l1
预应力筋中钢筋冷拉前的下料长度L为：
L＝
+nl0
式中：
l－构件的孔道长度。
l2－螺丝端杆伸出构件外的长度。
l1－螺丝端杆的长度，一般为320mm。
－预应力筋的冷拉率。
－预应力筋的冷拉弹性回缩率。
n－对焊接头数量。
l0－每个对焊接头的压缩量。
2）一端用螺丝端杆，另一端用帮条锚具时
预应力筋的成品长度：
L1＝l+l2+l3
预应力筋中的钢筋冷拉完成后的长度为
L0：
＝L1－l1
预应力筋中的钢筋下料长度：
L＝
+nl0
式中：
L3－帮条或镦头锚具长度（包括垫板厚度）。
（二）钢筋束、钢绞线束预应力筋的锚具及制作
钢筋束采用：
Φ12，3~6根
钢筋线束采用：
3~6根7Ø5
1、锚具
（1）JM12型锚具
楔块原理
可锚具多根预应力筋
既可作张拉锚具，又可作固定端锚具
（2）KT-Z型锚具（可锻铸铁锥形锚具）
用于螺纹钢筋束和钢绞线束。
（3）XM型锚具
可锚固：
钢绞线束
钢丝束
单根预应力筋
多根预应力筋
2、预应力筋制作
（1）制作工序：
开盘——下料——编束
（2）下料长度计算（与张拉设备和选用的锚具有关）
（三）钢丝束预应力筋的锚具及制作
1、锚具
（1）钢制锥形锚具
适用于6、12、18、24根直径5mm碳素钢丝
（2）钢丝束镦头锚具
用于锚具12~54根直径5mm碳素钢丝的钢丝束。
（3）锥形螺杆锚具
适用于14、16、20、24、28根直径5mm的钢筋束。
2、钢丝束的制作
（1）制作程序：
调直——下料——编束——安装锚具
（2）下料长度计算：
①用钢质锥形锚具锚固的钢丝束，下料长度计算同钢筋束。
②用墩头锚具锚固的钢丝束，下料长度与A型、B型锚具以及一端张拉或两端张拉有关。
③用锥形螺杆锚固的钢丝束，应在非应力状态下料。
二、后张法施工工艺
（一）孔道留设
1、要求
（1）孔道尺寸、位置应正确，孔道要平顺；
（2）端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线；
（3）孔道直径取决于预应力筋和锚具、保证预应力筋穿入。
2、施工方法
（1）钢管抽芯法——适宜于留设直线孔道
①方法：
在需留设孔道处预埋钢管，在混凝土浇筑、养护中定期慢转钢管，以防粘结，待混凝土初凝后，终凝前抽出钢管，形成孔道。
②施工时应注意的问题
钢管应平直，光滑，埋前应出锈，刷油，位置正确；
每根长度小于15米，以便于旋转、抽管；
恰当掌握抽管时间早：
坍孔
晚：
抽管难，抽不出来。
一般在初凝后终凝前，手指按压混凝土不粘浆又无明显印痕时，则可抽管。
常温下，一般3~6小时即可抽管。
抽管顺序和方法
先上后下，边抽边转，速度均匀，与孔道保持在同一直线。
（2）胶管抽芯法
——适用于留设直线孔道、曲线孔道、折线孔道等
①方法：
在孔道留设处，安放胶管（内充气或水、钢丝网胶管），浇筑混凝土，养护，初凝后，通过放气（水）或直接拉，形成孔道。
②施工时应注意的问题：
长度20~30米以内整根管，一端抽出。
较长时在中间接长，接头处应防漏气、漏水。
抽管顺序：
先上后下，先曲后直。
（2）预埋波纹管法
——适用于曲线孔道。
①方法：
波纹管直接埋设在需留设孔道处，不再抽出。
②施工时应注意的问题：
使用前应作灌水试验，检查有无渗漏；
连接用大一号波纹管（接长时）；
固定：
用钢筋卡子，并用铁丝绑牢；
避免反复弯曲。
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