第五章 預(yù)應(yīng)力混凝土工程

第五章預(yù)應(yīng)力混凝土工程了解預(yù)應(yīng)力混凝土的概念和分類；先張法施工臺(tái)座、夾具、張拉機(jī)械；后張法張拉機(jī)械。掌握先張法施工工藝；后張法施工錨具、施工工藝、預(yù)應(yīng)力筋的制作；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。一教學(xué)目標(biāo)1、預(yù)應(yīng)力混泥土及其分類2、預(yù)應(yīng)力夾具和錨具3、先張法施工4、后張法施工二教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土及其分類一、預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)介預(yù)應(yīng)力混凝土是在使用荷載作用前預(yù)先建立內(nèi)應(yīng)力的混凝土。預(yù)應(yīng)力混泥土能有效地利用高強(qiáng)度鋼材，提高結(jié)構(gòu)的抗裂度和剛度，減小結(jié)構(gòu)的截面尺寸，節(jié)省材料，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。但預(yù)應(yīng)力混泥土增加了施工難度，需要專用的施工設(shè)備和機(jī)具，操作要求嚴(yán)格，技術(shù)水平高。預(yù)應(yīng)力混泥土適用于大柱網(wǎng)和大跨度結(jié)構(gòu)。二、預(yù)應(yīng)力混凝土分類1.先張法先張法是先張拉預(yù)應(yīng)力筋、后澆筑混凝土的預(yù)應(yīng)力混凝土生產(chǎn)方法。適用于預(yù)制廠生產(chǎn)中小型預(yù)應(yīng)力混泥土構(gòu)件。2.后張法后張法是先澆筑混凝土后張拉預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土生產(chǎn)方法。適用于施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)大型預(yù)應(yīng)力混泥土構(gòu)件與結(jié)構(gòu)。第二節(jié)預(yù)應(yīng)力夾具和錨具一、夾具預(yù)應(yīng)力筋用夾具是張拉并臨時(shí)固定在臺(tái)座上保持預(yù)應(yīng)力筋張拉力的工具。夾具根據(jù)工作特點(diǎn)分為張拉夾具和錨固夾具。夾具性能由夾具效率系數(shù)ηg

：

式中：Fgpu——預(yù)應(yīng)力筋錨具組裝件的實(shí)測(cè)極限拉力；

Fgpu0——預(yù)應(yīng)力筋錨具組裝件中各根預(yù)應(yīng)力鋼材計(jì)算極限拉力之和；

ηp——預(yù)應(yīng)力筋的效率系數(shù),ηp=0.97。二、錨具

預(yù)應(yīng)力筋用錨具是張拉并永久固定在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)上傳遞預(yù)應(yīng)力的工具。錨具根據(jù)工作特點(diǎn)分為張拉端錨具和固定端錨具。（一）錨具的選用1.直徑≥18mm的熱軋冷拉鋼筋，張拉端選用夾片錨具，固定端選用螺絲端桿錨具或鐓頭錨具；2.精軋螺紋鋼筋，張拉端和固定端都選用螺帽錨具；3.直徑12mm的熱軋冷拉鋼筋束，張拉端選用夾片錨具，固定端選用夾片錨具或鐓頭錨具；4.高強(qiáng)鋼絲，張拉端和固定端都選用夾片錨具或鐓頭錨具；5.高強(qiáng)鋼絲束，張拉端選用夾片錨具、鐓頭錨具或錐塞錨具，固定端選用夾片錨具或鐓頭錨具，埋入端選用鐓頭錨具或擠壓錨具；6.鋼絞線及鋼絞線束，張拉端選用夾片錨具，固定端選用夾片錨具，埋入端選用擠壓錨具。（二）錨具的性能要求錨具性能由預(yù)應(yīng)力筋錨具的錨具效率系數(shù)ηa和總應(yīng)變?chǔ)臿pu

確定。錨具分為Ⅰ類和Ⅱ類 Ⅰ類：ηa≥0.95，εapu≥2%； Ⅱ類：ηa≥0.9，εapu≥1.7%。1、錨具率系數(shù)ηa計(jì)算公式：式中：Fapu——預(yù)應(yīng)力錨具組裝件的實(shí)測(cè)極限拉力；

Fgpuc——預(yù)應(yīng)力筋錨具組裝件中各根預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算極限拉力之和；2.預(yù)應(yīng)力筋錨具組裝件中各根預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算極限拉力之和的計(jì)算公式：式中：fptm——由預(yù)應(yīng)力鋼筋中抽取試件的極限抗拉強(qiáng)度平均值；

Ap——預(yù)應(yīng)力筋錨具組裝件中各根預(yù)應(yīng)力筋總截截面積；3.預(yù)應(yīng)力筋的效率系數(shù)ηp的計(jì)算公式：式中：λm—預(yù)應(yīng)力的平均壓強(qiáng)比；

εpym—預(yù)應(yīng)力筋抽樣試件在應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的應(yīng)變平均值； εptm—預(yù)應(yīng)力筋抽樣試件的極限應(yīng)變平均值； δε--預(yù)應(yīng)力筋抽樣試件極限應(yīng)變的變異系數(shù)。（三）錨具進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收外觀檢查硬度檢查靜載錨固性能試驗(yàn)三、靜載錨固性能試驗(yàn)

靜載錨固性能試驗(yàn)用的預(yù)應(yīng)力筋錨具或夾具組裝件，應(yīng)由錨具或夾具的全部零件與預(yù)應(yīng)力筋組裝而成。試驗(yàn)用的測(cè)力系統(tǒng)不確定度不得大于2.0%。測(cè)量總應(yīng)變的量具，其標(biāo)距的不確定度不得大于標(biāo)距的2.0%。指示應(yīng)變的不確定度不得大于標(biāo)距的1.0%。第三節(jié)先張法施工

先張法施工是在澆筑混泥土前先張拉預(yù)應(yīng)力筋并將張拉的預(yù)應(yīng)力筋臨時(shí)固定在臺(tái)座或鋼模上，然后澆筑混泥土，待其達(dá)到一定強(qiáng)度(約75%)，保證預(yù)應(yīng)力筋與混泥土有足夠的粘結(jié)力時(shí)，放松預(yù)應(yīng)力筋，借助混泥土與預(yù)應(yīng)力筋的粘結(jié)，使混泥土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。先張法施工示意圖1—臺(tái)座承力結(jié)構(gòu)；2—橫梁；3—臺(tái)面；4—預(yù)應(yīng)力筋；5—錨固定夾具；6—混泥土構(gòu)件一、臺(tái)座臺(tái)座是先張法施工的主要設(shè)備之一，它承受預(yù)應(yīng)力筋的全部張拉力。因此，臺(tái)座應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。臺(tái)座按構(gòu)造形式分墩式臺(tái)座和槽式臺(tái)座兩類。選用時(shí)根據(jù)構(gòu)件種類、張拉力大小和施工條件而定。（一）墩式臺(tái)座墩式臺(tái)座的長(zhǎng)度通常為100~150m，故又稱長(zhǎng)線臺(tái)座。墩式臺(tái)座由臺(tái)墩、臺(tái)面與橫梁等組成。墩式臺(tái)座的抗傾覆安全系數(shù)K1≥1.5，抗滑動(dòng)安全系數(shù)K2≥1.3。墩式臺(tái)座構(gòu)造示意圖（一）槽式臺(tái)座槽式臺(tái)座由鋼筋混泥土壓桿和上、下橫梁及磚墻組成。槽式臺(tái)座長(zhǎng)度一般為45~76m。槽式臺(tái)座

1一鋼筋混凝土壓桿；2一磚墻；3一下橫梁；4—上橫梁二、夾具（一）張拉夾具1.偏心式夾具 偏心式夾具構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，用作鋼絲的張拉。2.壓銷式夾具 壓銷式夾具由銷片和楔形壓銷組成，用作直徑12~16mm的HPB235~RRB400級(jí)鋼筋的張拉夾具。1一鋼筋；2--銷片(楔形)；3--銷片；4--楔形壓銷（二）錨固夾具1、圓錐齒板式夾具 圓錐齒板式夾具由套筒和齒板組成，適用夾持3~5mm的碳素鋼絲。2、圓套筒三片式夾具 圓套筒三片式夾具由中間開圓錐套筒和三個(gè)夾片組成，適用夾持12～14mm的單根冷拉HRB335~RRB400級(jí)鋼筋。3、鐓頭錨具 鋼絲的鐓頭是采用液壓冷鐓機(jī)進(jìn)行的，鋼筋直徑小于22mm采用熱鐓方法，鋼筋直徑等于或大于22mm采用熱鍛成型方法。三、張拉機(jī)械（一）電動(dòng)螺桿張拉機(jī)電動(dòng)螺桿張拉機(jī)由張拉螺桿、電動(dòng)機(jī)、變速箱、測(cè)力裝置，拉力架、承力架和張拉夾具等組成。最大張拉力為300~600kN。張拉行程為800mm。張拉速度2m／mim。自重400Kg。（二）液壓張拉機(jī)液壓張拉機(jī)由液壓千斤頂、壓力表和油泵組成。常用的液壓張拉機(jī)：拉桿式千斤頂、穿心式千斤頂、錐錨式千斤頂。四、施工工藝施工工藝流程：（一）預(yù)應(yīng)力筋的張拉1.張拉控制應(yīng)力 預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定取值。鋼筋種類張拉方法先張法后張法碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞絲熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲冷拉鋼筋0.80fptk

0.75fptk0.95fptk0.75fptk0.70fptk0.90fptk表5-1張拉控制應(yīng)力限值

2.張拉程序（1）0→1.05%σcon（持荷2分鐘）→σcon

超張拉5%并持荷2分鐘的目的：減少預(yù)應(yīng)力筋的松弛損失。（2）0→1.03%σcon超張拉3%目的：彌補(bǔ)鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失。3.預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值ΔL： 式中：FP—預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力，kN；L—預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度，mm；AP—預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，mm2；

ES—預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，kN/mm2。4.預(yù)應(yīng)力筋張拉力計(jì)算式中：m—超張拉系數(shù)；δcon—預(yù)應(yīng)力筋張拉控制力；AP—預(yù)應(yīng)力筋的截面面積。（二）混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后，應(yīng)盡快進(jìn)行鋼筋綁扎、模板拼裝和砼澆筑等工作。砼澆筑時(shí)，振動(dòng)器不得碰撞預(yù)應(yīng)力筋。砼未達(dá)到強(qiáng)度前，也不允許碰撞或踩動(dòng)預(yù)應(yīng)力筋。當(dāng)構(gòu)件在臺(tái)座上進(jìn)行濕熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)防止溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失。先張法在臺(tái)座上生產(chǎn)砼構(gòu)件，其最高允許的養(yǎng)護(hù)溫度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定的允許溫差(張拉與養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度之差)計(jì)算確定。當(dāng)砼強(qiáng)度達(dá)到7.5N／mm2(粗鋼筋配筋)或10N／mm2(鋼絲、鋼絞線配筋)以上時(shí)，則可不受設(shè)計(jì)規(guī)定的溫差限制。（三）預(yù)應(yīng)力筋的放張1.放張要求當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，不得低于設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75％。對(duì)于重疊生產(chǎn)的構(gòu)件，要求最上一層構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75％時(shí)方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的放張。2.放張順序⑴軸心受預(yù)壓構(gòu)件，所有預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)同時(shí)放張⑵偏心受預(yù)壓構(gòu)件，應(yīng)先同時(shí)放張預(yù)壓力較小區(qū)域的預(yù)應(yīng)力筋，再同時(shí)放張預(yù)壓力較大區(qū)域的預(yù)應(yīng)力筋；⑶不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)分階段、對(duì)稱、交錯(cuò)地放張，防止構(gòu)件在放張過程中產(chǎn)生彎曲、裂紋或預(yù)應(yīng)力筋斷裂。(4)放張后預(yù)應(yīng)力筋的切斷順序，宜由放張端開始，逐次切向另一端。3.放張方法⑴當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絲時(shí)，配筋不多的中小型鋼筋砼構(gòu)件，鋼絲可用砂輪鋸或切斷機(jī)切斷等方法放松。⑵預(yù)應(yīng)力筋為鋼筋時(shí)，對(duì)熱處理鋼筋及冷拉IV級(jí)鋼筋不得用電弧切割，宜用砂輪鋸或切斷機(jī)切斷。數(shù)量較多時(shí)，也應(yīng)同時(shí)放松。多根鋼絲或鋼筋的同時(shí)放松，可用油壓千斤頂放張、砂箱放張、楔塊放張等方法。⑶采用濕熱養(yǎng)護(hù)的預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件，宜熱態(tài)放松預(yù)應(yīng)力筋，而不宜降溫后再放松。第四節(jié)后張法施工

后張法施工是在澆筑混凝土構(gòu)件時(shí)，在放置預(yù)應(yīng)力筋的位置預(yù)留孔道，將預(yù)應(yīng)力筋穿入孔道中并進(jìn)行張拉，然后用錨具將預(yù)應(yīng)力筋錨固在構(gòu)件上，最后進(jìn)行孔道灌漿。后張法施工示意圖（a）制作混泥土構(gòu)件；（b）張拉預(yù)應(yīng)力筋；（c）錨固和孔道灌漿1—混泥土構(gòu)件；2—預(yù)留孔道；3—預(yù)應(yīng)力筋；4—千斤頂；5—錨具一、錨具（一）單根鋼筋錨具1.螺絲端桿錨具 螺絲端桿錨具由螺絲端桿、螺母和墊板組成，適用于錨固直徑不大于36mm的冷拉HRB335級(jí)與HRB400級(jí)鋼筋。2.幫條錨具 幫條錨具由幫條和和襯板組成，可作為冷拉HRB335級(jí)與HRB400級(jí)鋼筋及冷拉5號(hào)鋼鋼筋固定端錨具用。3.鐓頭錨具 鐓頭錨具由鐓頭和墊板組成。（二）鋼筋束錨具 1.JM12型錨具

JM12型錨具由錨環(huán)和夾片組成。 2.鐓頭錨具

鐓頭錨具由固定板和帶鐓頭的預(yù)應(yīng)力筋組成。（二）錨具性能要求 1.預(yù)應(yīng)力筋錨具組裝件達(dá)到實(shí)測(cè)極限拉力時(shí)，除錨具設(shè)計(jì)允許的現(xiàn)象，零件不得出現(xiàn)肉眼可見的裂縫和破壞； 2.除能滿足分級(jí)張拉及補(bǔ)張工藝外，宜具有放松預(yù)應(yīng)力筋的性能； 3.錨具或附件上宜設(shè)置灌漿孔道，灌漿孔道應(yīng)有保證漿液通暢的截面面積。二、張拉機(jī)械（一）拉桿式千斤頂（YL型）

拉桿式千斤頂由缸體、活塞桿、撐腳和連接器組成，主要用于張拉帶有螺絲端桿錨具的粗鋼筋、錐形螺桿錨具的鋼絲束及墩頭錨具的鋼絲束。（二）穿心式千斤頂（YC型）

穿心式千斤頂由張拉油缸、頂壓油缸、頂壓活塞和回程彈簧組成。（三）錐錨式千斤頂（YZ型）

錐錨式千斤頂由主缸、副缸、退契塊、錐形卡環(huán)、退楔翼片和楔塊組成。三、施工工藝施工工藝流程圖：安裝底模綁扎鋼筋，安裝埋管，預(yù)留孔道澆筑混泥土抽管養(yǎng)護(hù)，拆模穿預(yù)應(yīng)力筋張拉預(yù)應(yīng)力筋孔道灌漿起吊運(yùn)輸預(yù)應(yīng)力筋制作制作混泥土試塊壓混泥土試塊（一）孔道留設(shè)鋼管抽芯法—用于直線孔道。膠管抽芯法可—用于直線或曲線孔道。預(yù)留波紋管法

抽管：先上后下，先曲后直。（二）預(yù)應(yīng)力筋張拉一般規(guī)定：≥75%；張拉控制力 張拉程序、預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的驗(yàn)算、預(yù)應(yīng)力筋張拉力的計(jì)算與先張法相同。張拉方法 抽芯成形孔道、預(yù)埋波紋管孔道張拉順序

張拉順序的確定原則：①不使混泥土產(chǎn)生超應(yīng)力;②構(gòu)件不扭轉(zhuǎn)與側(cè)彎、結(jié)構(gòu)不變位。所以張拉宜對(duì)稱進(jìn)行。

影響增加值：（三）孔道灌漿目的：一是防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，二是增加結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。

材料要求：水泥≥42.5MPa水泥漿及砂漿≥20MPa水灰比＜0.45，攪拌后3h泌水率不宜大于2%，且不應(yīng)大于3%。灌漿順序：先下后上吊裝運(yùn)輸：≥15MPa四、預(yù)應(yīng)力筋的制作（一）單根鋼筋的制作 單根鋼筋的制作一般包括配料、對(duì)焊、冷拉等工序。 1.預(yù)應(yīng)力筋兩端采用螺絲端桿錨具的下料長(zhǎng)度： 2.預(yù)應(yīng)力筋一端采用螺絲端桿錨具，另一端采用幫條錨具或鐓頭錨具的下料長(zhǎng)度：或 l3：幫條錨具長(zhǎng)度；l4：鐓頭錨具長(zhǎng)度（二）鋼筋束的制作

1.預(yù)應(yīng)力筋兩端同時(shí)張拉的下料長(zhǎng)度：L=l+2a; 2.預(yù)應(yīng)力筋一端張拉的下料長(zhǎng)度：L=l+a+b

式中：l：構(gòu)件的孔道長(zhǎng)度；a：張拉端留量；b：固定端留量。五、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)

特點(diǎn)：無需留孔灌漿，施工簡(jiǎn)便，摩擦損失小，可彎曲成多跨曲線形狀，對(duì)錨固定能力要求較高。（一）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由無粘結(jié)筋、涂料層和外包層三部分組成。制作材料： 無粘結(jié)筋：7Φs4或7Φs5； 涂料層：防腐油脂和防腐瀝青； 外包層：高壓聚乙烯料帶或塑料管。（二）無粘結(jié)筋的制作