第五章 預應力混凝土

1、主要內容：主要內容：預應力混凝土工程的先張法、后張法的施工工藝， 機具設備和施工方法。無粘結預應力混凝土施工原理、特點 及應用。 學習要求：學習要求： 了解：了解：預應力混凝土的概念，及其在工程應用中的優(yōu)點,預 應力混凝土的材料品種、規(guī)格及要求,無粘結預應力混凝土施 工原理及應用； 熟悉：熟悉：先張法、后張法的施工工藝； 掌握：掌握：先張法、預應力筋的控制應力、張拉程序和放張順 序的確定和注意事項,后張法孔道留設、錨具選擇、預應力筋 的張拉順序、孔道灌漿等施工方法及注意要點。 5 5 預應力混凝土工程預應力混凝土工程 (Prestressed Concrete Engineering) 預應力

2、混凝土原理：預應力混凝土原理： 充分發(fā)揮高強度鋼材的作用，即在外荷載作用于構件 之前，利用鋼筋張拉后的彈性回縮，對構件受拉區(qū)的 混凝土預先施加壓力，產生預壓應力，使混凝土結構 在作用狀態(tài)下充分發(fā)揮鋼筋抗拉強度高和混凝土抗壓 能力強的特點，可以提高構件的承載能力。當構件在 荷載作用下產生拉應力時，首先抵消預應力，然后隨 著荷載不斷增加，受拉區(qū)混凝土才受拉開裂，從而延 遲了構件裂縫的出現(xiàn)和限制了裂縫的開展，提高了構 件的抗裂度和剛度。 1 先張法和后張法預應力混凝土 先張法、后張法 5.1.1 5.1.1 預應力砼分類預應力砼分類 2 有粘結和無粘結預應力混凝土 有粘結、無粘結 5.1 5.1 預

3、應力混凝土分類和材料預應力混凝土分類和材料 3 全預應力和部分預應力混凝土 全預應力、部分預應力 4 預制、現(xiàn)澆、組合預應力混凝土 預制預應力混凝土、現(xiàn)澆預應力混凝土、組合預 應力混凝土 1 1 預應力混凝土鋼材預應力混凝土鋼材 冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲 由HPB235鋼筋冷拔而成，3mm、4mm、 5mm 適用于小型構件。 冷拉鋼筋冷拉鋼筋 由HRB335、HRB400、RRB400鋼筋常溫冷拉而成。 5.1.2 5.1.2 預應力混凝土材料預應力混凝土材料 鋼鉸線鋼鉸線 多根鋼絲圍繞著一根芯絲順 一個方向扭結而成。7股鋼絞線應用最多。 高強鋼絲高強鋼絲 由優(yōu)質碳素鋼盤條經冷 拔制成的，直徑

4、38mm， 有光面、刻痕、螺旋肋三種。 熱處理鋼筋熱處理鋼筋 由普通熱軋中碳合金鋼經淬火制成，直徑610mm， 有帶縱肋和無肋兩種。 2 2 預應力混凝土預應力混凝土 預應力混凝土強度不宜低于強度不宜低于C30；當采用消除應力 鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土 強度等級不宜低于C40。 優(yōu)先采用高標號混凝土的原因：優(yōu)先采用高標號混凝土的原因： 可減小構件的截面尺寸和自重，減小應力損失，推可減小構件的截面尺寸和自重，減小應力損失，推 遲正截面和斜截面裂縫的出現(xiàn)。遲正截面和斜截面裂縫的出現(xiàn)。 涂層預應力筋涂層預應力筋 環(huán)氧涂層鋼絞線、緩粘結鋼絞線、 無粘結鋼絞線等。 5.5.2 2

5、預應力張拉錨固體系預應力張拉錨固體系 一、夾具（代號一、夾具（代號J） 1 預應力筋夾具預應力筋夾具 先張法預應力混凝土構件施工時，為保持預應力筋的先張法預應力混凝土構件施工時，為保持預應力筋的 拉力并將其固定在生產臺座（或設備）上的臨時性固拉力并將其固定在生產臺座（或設備）上的臨時性固 定裝置。定裝置。 2 特點特點 工作可靠，構造簡單，使用方便，能夠多次使用。多次使用。 3 常見夾具常見夾具 夾片夾具 螺母夾具 錐銷夾具 墩頭夾具 4 4 進場驗收與試驗進場驗收與試驗 抽樣進行外觀檢查和力學試驗 預制構件（先張法）預制構件（先張法） 二、錨具（代號二、錨具（代號M） 1 預應力錨具預應力錨

6、具 后張法預應力混凝土構件生產中，為保持預應力筋的后張法預應力混凝土構件生產中，為保持預應力筋的 拉力并將其傳遞到混凝土上所用的永久性錨固裝置。拉力并將其傳遞到混凝土上所用的永久性錨固裝置。 夾片錨具墩頭錨具 擠壓錨具 3 3 常見錨具常見錨具 2 2 特點特點 可靠的錨固性能，足夠的 承載力，和剛度儲備。 螺母錨具壓花錨具冷鑄錨具 4 4 進場驗收與試驗進場驗收與試驗 抽樣進行外觀檢查和力學試驗 三、連結器（代號三、連結器（代號M） 用于連接預應力筋的裝置。 僅限于先張法單根預應力筋的張拉。 一、電動機械一、電動機械 5.5.3 3 預應力張拉機械預應力張拉機械 1 1 電動螺桿張拉機電動螺

7、桿張拉機 2 2 電動卷揚張拉機電動卷揚張拉機 主要用于構件廠在長線臺座 上張拉鋼絲。 二、液壓張拉機二、液壓張拉機 由液壓千斤頂、壓力表和油泵組成。 1 1 拉桿式千斤頂拉桿式千斤頂 適用張拉以螺栓端桿為 錨具的預應力鋼筋。 2 2 穿心式千斤頂穿心式千斤頂 適用于張拉以夾片式錨具為張拉工具的預應力鋼絞適用于張拉以夾片式錨具為張拉工具的預應力鋼絞 線束線束，有的也可以張拉以螺栓端桿為錨具單根鋼筋。 動畫 動畫 3 3 錐錨式千斤頂錐錨式千斤頂 錐錨式千斤頂是張拉、頂壓、 退楔三作用千斤頂。專門適用 于張拉以錐塞式錨具為張拉錨 具的預應力鋼絞線束。 4 4 高壓油泵高壓油泵 預應力液壓機具的動

8、力源。 動畫 5 5 高壓注漿機高壓注漿機 向孔道內注入高壓水泥漿設備。 高壓油泵 先張法原理：先張法原理：在澆筑混凝土構件之前將預應力筋張拉 到設計控制應力，用夾具將其臨時固定在臺座或鋼模 上，綁扎鋼筋，支模板，然后澆筑混凝土；待混凝土 達到規(guī)定的強度，保證預應力筋與混凝土有足夠的粘 結力時，放松預應力筋，借助粘結力，在預應力筋彈借助粘結力，在預應力筋彈 性回縮時，使構件受拉區(qū)的混凝土獲得預壓應力。性回縮時，使構件受拉區(qū)的混凝土獲得預壓應力。 5.5.4 4 先張法先張法 (Pretensioned Prestressing) 一、生產方法一、生產方法 可采用臺座法和機組流水法。 1 1 臺

9、座法臺座法 采用臺座法時，預應力筋的張拉、 錨固，混凝土的澆筑、養(yǎng)護及預應 力筋放松等均在臺座上進行；預應預應 力筋放松前，其拉力由臺座承受。力筋放松前，其拉力由臺座承受。 2 2 機組流水法機組流水法 采用機組流水法時，構件連同 鋼模通過固定的機組，按流水方 式完成（張拉、錨固、混凝土澆 筑和養(yǎng)護）每一生產過程；預應預應 力筋放松前，其拉力由鋼模承受。力筋放松前，其拉力由鋼模承受。 二、臺座二、臺座 預應力筋張拉、錨固，混凝土澆筑、振搗和養(yǎng)護及預 應力筋放張等施工過程都在臺座上完成；預應力筋放 松前，臺座承受全部預應力筋的拉力。 臺座應有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。臺座應有足夠的強度、剛度和穩(wěn)

10、定性。 1 1 墩式臺座墩式臺座 墩式臺座由臺墩、臺面與 橫梁等組成。臺墩和臺面 共同承受拉力。墩式臺座 用以生產中小型構件。 2 2 槽式臺座槽式臺座 生產吊車梁、箱梁等構件時，因張拉力和傾覆力 較大，多采用槽式臺座。 槽式臺座由端柱、傳力柱、橫梁和臺面組成。 槽式臺座既可承受拉力， 又可作蒸汽養(yǎng)護槽，適用 于張拉噸位較高的大型構 件，如屋架、吊車梁等。 3 3 鋼模臺座鋼模臺座 將鋼模板作為預應力鋼筋的 錨固臺座。 三、夾具（見三、夾具（見5.25.2） 四、施工工藝四、施工工藝 動畫 1 1 預應力筋張拉預應力筋張拉 張拉控制應力張拉控制應力 張拉方法張拉方法 張拉控制應力是指在張拉預應

11、力筋 時所達到的規(guī)定應力，應按設計規(guī) 定采用。 鋼筋種類 張拉方法 先張法 后張法 消除應力鋼絲、鋼絞線 熱處理鋼筋 0.75fptk 0.70fptk 0.75fptk 0.65fptk 張拉控制應力限值張拉控制應力限值 施工中采用超張拉工藝，使超張拉應力比控制應力提 高3%5%。 單根張拉、多根成組張拉。單根張拉、多根成組張拉。 張拉程序一：張拉程序一： 2min concon 0105% 持荷 con 0103% 2min concon 0105% 持 荷 張拉程序張拉程序 其中 為預應力筋的張拉控制應力 con 采用采用 con 0103% 張拉程序二：張拉程序二： 其目的是為了彌補設

12、計中不可預見的預應力損失，其目的是為了彌補設計中不可預見的預應力損失， 常在預應力鋼絲張拉工作量大時使用。 預應力筋拉力計算及預應力筋伸長值驗算預應力筋拉力計算及預應力筋伸長值驗算 2 2 混凝土的澆筑和養(yǎng)護混凝土的澆筑和養(yǎng)護 減小混凝土徐變應力損失減小混凝土徐變應力損失 優(yōu)先選用干縮性小的水泥，采用低水灰比，控制水泥 用量，對骨料采取良好的級配等技術措施。 或或 為了減少應力松弛損失為了減少應力松弛損失 澆筑與養(yǎng)護特殊要求澆筑與養(yǎng)護特殊要求 （1 1）預應力鋼絲張拉、綁扎鋼筋、預埋鐵件安裝及）預應力鋼絲張拉、綁扎鋼筋、預埋鐵件安裝及 立模工作完成后，應立即澆筑混凝土，每條生產線應立模工作完成

13、后，應立即澆筑混凝土，每條生產線應 一次連續(xù)澆筑完成；一次連續(xù)澆筑完成； （2 2）自然養(yǎng)護不得少于）自然養(yǎng)護不得少于14d，干硬性混凝土澆筑完畢，干硬性混凝土澆筑完畢 后，應立即覆蓋進行養(yǎng)護；后，應立即覆蓋進行養(yǎng)護； （3 3）采用濕熱養(yǎng)護時，要盡 量減少由于溫度升高而引起 的預應力損失，在混凝土未 達到一定強度前，溫差不要 太大，一般不超過20C。 放張要求放張要求 （1 1）預應力筋放張時，砼強度必須符合設計要求。設）預應力筋放張時，砼強度必須符合設計要求。設 計無要求時，不低于設計的砼強度標準值的計無要求時，不低于設計的砼強度標準值的75%； （2 2）重疊構件，上一層構件的混凝土強度

14、不低于設計 強度標準值的75%時，方可放張預應力筋； （3 3）過早放張會引起較大的預應力損失或產生預應力 筋滑動。 3 3 預應力筋放張預應力筋放張 放張順序放張順序 （1 1）各根預應力筋應緩慢放松；）各根預應力筋應緩慢放松； （2 2）預應力筋放張順序應符合設計要求，當設計未）預應力筋放張順序應符合設計要求，當設計未 規(guī)定時，可按下列要求進行：規(guī)定時，可按下列要求進行： 1 1）承受軸心預應力構件的預應力筋應同時放張； 2 2）承受偏心預壓力構件，應先同時放張預壓力較小 區(qū)域的預應力筋，再同時放張預壓力較大區(qū)域的預應 力筋； 3 3）長線臺座生產的鋼筋混凝土構件，剪斷鋼絲宜從）長線臺座生

15、產的鋼筋混凝土構件，剪斷鋼絲宜從 臺座中部開始，臺座中部開始，減少回彈量且有利于脫模減少回彈量且有利于脫模 ； 4 4）疊層生產的預應力構件，宜按自上而下的順序進 行放松； 5 5）板類構件放松時，從兩邊逐漸向中心進行。）板類構件放松時，從兩邊逐漸向中心進行。 （1 1）放張單根預應力筋，一般采）放張單根預應力筋，一般采 用千斤頂放張；用千斤頂放張； （2 2）構件預應力筋較多時，整）構件預應力筋較多時，整 批同時放張可采用砂箱、楔批同時放張可采用砂箱、楔 塊等放松裝置。塊等放松裝置。 放張方法放張方法 4 4 先張法適用先張法適用 一般用于預制構件廠生產定型的中一般用于預制構件廠生產定型的中

16、 小型構件，如樓板、屋面板、檁條小型構件，如樓板、屋面板、檁條 及吊車梁等。及吊車梁等。 重點與考點：重點與考點： 預應力混凝土使用的材料預應力混凝土使用的材料 夾具、錨具各適用于何種預應力混凝土夾具、錨具各適用于何種預應力混凝土 先張法的原理先張法的原理 現(xiàn)張法預應力混凝土的施工工藝現(xiàn)張法預應力混凝土的施工工藝 張拉程序張拉程序 放張要求和放張順序放張要求和放張順序 先張法適用構件先張法適用構件 后張法原理：后張法原理： 先制作混凝土構件，并在預應力筋的位置預留出先制作混凝土構件，并在預應力筋的位置預留出 相應孔道，待混凝土強度達到設計規(guī)定的數(shù)值后，穿相應孔道，待混凝土強度達到設計規(guī)定的數(shù)值

17、后，穿 入預應力筋進行張拉，并利用錨具把預應力筋錨固，入預應力筋進行張拉，并利用錨具把預應力筋錨固， 最后進行孔道灌漿。最后進行孔道灌漿。 5.5.5 5 后張法后張法(Post Stressed Concrete) 預應力混凝土后張法生產工藝如所示。 后張法施工特點后張法施工特點 直接在鋼筋混凝土構件上進行預應力筋張拉，不直接在鋼筋混凝土構件上進行預應力筋張拉，不 用固定臺座，不受地點限制；既適用于預制構件生產，用固定臺座，不受地點限制；既適用于預制構件生產， 也適用于現(xiàn)場施工大型預應力構件，同時又是預制構也適用于現(xiàn)場施工大型預應力構件，同時又是預制構 件拼裝的手段。件拼裝的手段。 后張法的

18、工藝流程后張法的工藝流程 動畫 5 5.5.1 .5.1 錨具（見錨具（見5.25.2） 單根鋼筋錨具單根鋼筋錨具 鋼筋束（鋼鉸線束）錨具鋼筋束（鋼鉸線束）錨具 鋼絲束錨具鋼絲束錨具 多孔式錨具多孔式錨具 5 5.5.2 .5.2 預應力筋下料計算預應力筋下料計算 1 1 單根預應力筋下料長單根預應力筋下料長 鋼筋長=孔道長螺栓端桿長外露長對焊壓縮量 2 2 鋼筋束下料長鋼筋束下料長 鋼筋長=孔道長張拉端留量固定端留量 3 3 鋼絞線束下料長鋼絞線束下料長 鋼絞線長=孔道長錨具厚度千斤頂長度100100 鋼絞線長=孔道長2（錨具厚度100）千斤頂長 5 5.5.3 .5.3 施工工藝施工工藝

19、后張法施工工藝分為孔道留設、預應力筋張拉和孔道后張法施工工藝分為孔道留設、預應力筋張拉和孔道 灌漿三部分。灌漿三部分。 一、孔道留設一、孔道留設 1 1 孔道形式孔道形式 直線、曲線、折線直線、曲線、折線 2 2 孔道留設方法孔道留設方法 鋼管抽芯法、膠管抽芯法、預埋管法鋼管抽芯法、膠管抽芯法、預埋管法 鋼管抽芯法鋼管抽芯法 先將鋼管埋設在模板內預應力筋 孔道位置上。在開始澆筑至澆筑 后拔管前，間隔一定時間要緩慢 勻速地轉動鋼管；待混凝土初凝 后至終凝之前，用卷揚機勻速拔 出鋼管即在構件中形成孔道。 只適用于留設直線孔道，鋼管長度不宜超過15m。 膠管抽芯法膠管抽芯法 膠管用于直線、曲線或折線

20、孔道成型。膠管一端密 封，另一端接上閥門，安放在孔道設計位置上，內 部注水或充氣；待混凝土初凝后、終凝前，將膠管 閥門打開放水（或放氣）降壓，膠管回縮與混凝土 自行脫落。 將黑鐵皮管、薄鋼管或金屬螺旋管固定在設計位置 上，在混凝土構件中埋管成型的一種施工方法。適 用于預應力筋密集或曲線預應力筋的孔道埋設。 預埋管法預埋管法 波紋管波紋管 二、預應力筋張拉二、預應力筋張拉 1 1 張拉條件張拉條件 張拉時，混凝土強度達到設計要求；設計無具體要求張拉時，混凝土強度達到設計要求；設計無具體要求 時，應不低于混凝土設計強度的時，應不低于混凝土設計強度的75% 。現(xiàn)澆結構施 加預應力時，板不宜小于5d，

21、梁不宜小于7d。 2 2 張拉控制應力張拉控制應力 同先張法。同先張法。 3 3 張拉程序張拉程序 現(xiàn)澆預應力混凝土樓面結構：現(xiàn)澆預應力混凝土樓面結構： 樓板樓板次梁次梁主梁主梁 疊層平臥預制的屋架： 從上至下逐榀張拉 構件設置多根預應力筋：分層、分批、對稱張拉構件設置多根預應力筋：分層、分批、對稱張拉 分批張拉要考慮前后批之間的應力損失。分批張拉要考慮前后批之間的應力損失。 4 4 張拉方法張拉方法 曲線預應力筋和長度大于曲線預應力筋和長度大于24m的直線預應力筋，應的直線預應力筋，應 采用兩端同時張拉的方法；采用兩端同時張拉的方法； 長度等于或小于長度等于或小于24m的直線預應力筋，可一端

22、張拉，的直線預應力筋，可一端張拉， 但張拉端宜分別設置在構件兩端；但張拉端宜分別設置在構件兩端； 對預埋波紋管孔道曲線預應力筋和長度大于對預埋波紋管孔道曲線預應力筋和長度大于30m的的 直線預應力筋宜在兩端張拉，長度等于或小于直線預應力筋宜在兩端張拉，長度等于或小于30m 的直線預應力筋可在一端張拉。的直線預應力筋可在一端張拉。 5 5 安全事項安全事項 在張拉構件的兩端應設置保護 裝置，防止螺帽滑脫、鋼筋斷裂 飛出傷人； 張拉操作中，預應力筋的兩端 嚴禁站人，操作人員應在側面工作。 三、孔道灌漿三、孔道灌漿 1 1 灌漿的作用灌漿的作用 防止銹蝕，保護預應力筋；使預應力筋與構件混凝土防止銹蝕，保護預應力筋；使預應力筋與構件混凝土 有效粘結，減輕端部錨具的負荷，控制超載時出現(xiàn)裂有效粘結，減輕端部錨具的負荷，控制超載時出現(xiàn)裂 縫的寬度和間距?？p的寬度和間距。 2 2 灌漿材料灌漿材料 普通硅酸鹽水泥（不低于普通硅酸鹽水泥（不低于32.5MPa），可摻入適量的），可摻入適量的 膨脹劑。膨脹劑。 3 3 灌漿工藝灌漿工藝 檢查孔道（穿筋孔、灌漿孔、排氣孔、泌水孔）； 連續(xù)灌漿，不得中斷，灌滿后，穩(wěn)壓12min； 直徑較大孔洞灌入不摻入膨脹劑水泥漿時，要進行 二次灌漿。 原理：無需預留管道與灌漿，而是將無粘結預應力筋原理：無需預留管道與灌漿，而是將無粘結預應力