1、建筑施工技术,第五章 预应力混凝土工程,与鉴别,与鉴别,知识点：先张法施工设备，施工工艺；后张法预应力筋、锚具、张拉机具、施工工艺；无粘结预应力筋制作、锚具、施工工艺。 重点：先张法施工、后张法施工工艺，现浇结构无粘结预应力施工技术。 难点：先张法施工、后张法施工工艺及张拉力计算，无粘结预应力施工工艺。,5.1 概述,5.2 预应力钢筋,5.3 预应力施工工艺,本章作业,本 章 内 容,本章小结,5.1.1预应力混凝土的概念 预应力混凝土是在外荷载作用于构件之前，利用钢筋张拉后的弹性回缩，对构件受拉区的混凝土预先施加压力，产生预压应力，当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先抵消预应力，然后随着荷
2、载不断增加，受拉区混凝土才受拉开裂，从而延迟了构件裂缝的出现和限制了裂缝的开展，提高了构件的抗裂度和刚度。,5.1 概述,5.1.2 预应力混凝土的特点,构件截面小、自重轻、质量好、材料省(可节约钢材40%50%、混凝土20%40%)，在跨度较大的结构中，其综合经济效益较好，并能扩大预制装配化程度。 预应力混凝土施工，需要专门的机械设备，工艺比较复杂，操作要求较高。,预应力混凝土的应用范围也愈来愈广。预应力混凝土的使用范围和数量，已成为一个国家建筑技术水平的重要标志之一。 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
3、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。,5.1.3 预应力混凝土的分类,预应力混凝土按预应力度大小分：全预应力混凝土和部分预应力混凝土。 预应力混凝土按施工方式分：预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土等。 按预加应力的方法分：先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土。,5.2 预应力筋,5.2.1 预应力的种类 常用的预应力筋： 钢丝 冷拔低碳钢丝，直径：35 碳素钢丝，直径：38 钢绞线：由7根碳素钢丝缠绕而成。 热处理钢筋：直径：610 精轧螺纹钢筋，直径：25，
4、32,5.2.2 预应力筋的特性,预应力筋的特性：应力应变曲线和应力松弛。 一、应力应变曲线,二、应力松弛 1、概念：钢筋受到一定的张拉力后，在长度保持不变的条件下，钢筋的应力随着时间的增长而降低的现象，起压力激昂的值就是应力松弛损失。 2、应力松弛的特点： 初期发展快。 钢丝和钢绞线的应力松弛率大于热处理钢筋和精轧螺纹钢筋。 初应力大，松弛损失也大。 松弛损失率随温度的升高急剧增加。,5.2.3 预应力筋的检验,一、钢丝的检验 1、外观检查 2、力学性能试验 二、钢绞线的检验 1、成批验收 2、屈服强度和松弛试验 3、外观检查和力学性能检验 三、热处理钢筋的检验 1、外观检查 2、拉伸试验,
5、5.3 预应力施工工艺,5.3.1 先张法施工 （动画）,二、先张法施工设备,1、台座 组成：台面、横梁、承力 结构。 分类：墩式台座、槽式台座、桩式台座等。 （1）墩式台座 适用于生产中、小型构件。 设计墩式台座时，应进行台座 的稳定性验算。,墩式台座的验算,稳定性验算： 抗倾覆验算：抗滑移能力验算：,M=Te M=G1l1+G2l2,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）槽式台座,组成：端柱、传力柱、横梁和台面。 适用于张拉吨位较高的大型构件，如屋架、吊车梁等
6、。 槽式台座设计需进行强度和稳定性计算。,2、夹具与张拉设备,（1）钢丝的夹具 和张拉机具钢丝夹具 钢丝锚固夹具： 锥形、,楔形,钢丝张拉夹具：偏心式、钳式、楔形。,钢丝墩头锚具：采用冷墩形成。,钢丝张拉设备： 要求：简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。 种类：卷扬机张拉：弹簧测力、杠杆测力。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,钢筋夹具 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 22mm 加热锻打,张拉夹具：压销式、穿心式。 钢筋张拉机具 油压千斤顶、拉伸机、穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机。,三、先张
7、法的施工工艺,预应力筋的铺设 预应力筋的张拉 混凝土浇筑何养护 预应力筋的放张,1、预应力筋的铺设,2、预应力筋的张拉,预应力筋的张拉是预应力混凝土施工中的关键工序。在张拉中要严格控制张拉应力、张拉程序、计算张拉力和进行预应力值校核。 先张法预应力筋的张拉有单根张拉和多根成组张拉。一般预制厂选用多根成组张拉，施工现场常用单根张拉。,（1）张拉控制力,张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，按设计规定采用。 （2）张拉程序： 预应力钢丝的张拉程序：0103%105%con 预应力钢筋的张拉程序：,3、混凝土的浇筑与养护,（1）浇筑要求： 同一生产线的构件应一次浇筑完毕； 构件应避开温度
8、缝；振捣时不应碰撞钢丝； 叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa，方可浇筑上层构件； 混凝土的水灰比应严格控制，振捣应密实。 （2）养护方法： 自然养护； 湿热养护。,4、预应力筋放张,（1）放张要求 混凝土强度应大于75设计强度。（重叠生产指最上层构件） 放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，避免过大的冲击 与偏心。同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小； 保证预应力筋与混凝土之间的粘结。,（2）放张顺序,预应力筋放张顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可按下列要求进行： 承受轴心预应力构件的所有预应力筋应同时放张。 承受偏心预压力构件，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
9、大区域的预应力筋。 不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张。,（3）放张方法,对于中小型预应力混凝土构件，预应力丝的放张宜从生产线中间处开始；对于构件应从外向内对称、交错逐根放张。 放张单根预应力筋，一般采用千斤顶放张，如图5.14(a)所示。 构件预应力筋较多时，整批同时放张可采用砂箱、楔块等放松装置。,砂箱装置如所示。 楔块放张装置。,5.3.2 后张法施工工艺,一、后张法的概念（动画） 先制作留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规定强度后，穿筋，借助锚具把预应力筋锚固在构件端部，并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值，最后孔道灌浆，张拉力由锚具传给混凝土构件，并使之产生预应力
10、。,特点：混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响； 锚具不能重复使用，成本高； 工艺比较复杂（构件制作、留孔、穿筋、张拉、灌浆）； 可拼装预制构件（现场拼装）。,二、后张法张拉设备,1、常见预应力筋类型： 单根钢筋：直径大于12毫米； 钢筋束与钢绞线束； 钢丝束。 2、后张法的张拉设备： 锚具 张拉千金顶,（1）锚具,分类： 单根钢筋锚具 钢筋束锚具 预应力钢丝束锚具,对锚具的要求： 尺寸准确。 不致产生预应力筋的滑移。 有足够刚度和强度。,单根钢筋锚具 张拉端：螺丝端杆锚具，特点：螺丝端杆外露在孔道外的长度为120150mm。 固定端：帮条锚具或墩头锚具，帮条、镦头视锚具尺寸而定。,钢筋
11、束锚具,钢筋束采用的锚具有XM型、QM型、BS型和固定端镦头锚具。 XM型：可锚固钢绞线束、钢丝束、单根预应力筋、多根预应力筋。 QM型锚具：可锚固钢绞线束。 BS型：可锚固钢绞线束,预应力钢丝束锚具,固定端采用钢丝束镦头锚具，张拉端锚具可采用钢质锥形锚具、锥形螺杆锚具、XM型锚具。 锥形螺杆锚具：用于锚固14、16、20、24或28根直径为5mm的碳素钢丝。 钢丝束镦头锚具：适用于1254根直径为5mm的碳素钢丝。 钢质锥形锚具:用于锚固以锥锚式双作用千斤顶张拉的钢丝束，适用于锚固6、12、18或24根直径5mm的钢丝束。,(2) 张拉千斤顶,与先张法相同。根据预应力的种类及张拉锚固工艺，选
12、择适合的张拉设备。 预应力的张拉力不得大于设备的额定张拉力。 预应力筋的一次张拉伸长值，不得超过设备的最大张拉行程。 一次张拉不足，可分级重复张拉，锚具与夹具应满足重复张拉的要求。,三、后张法的施工工艺,（一）孔道留设,1、孔道留设的基本要求： （1）孔道尺寸、位置应正确，孔道要平顺，接头不漏浆。 （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. 孔道留设方法： （1）钢管抽芯法 （2）胶管抽芯法 （3）预埋管法,（1）钢管抽芯法,适用于留设直线孔道，钢管长度不宜超过15m 。 施工方法：在需留设孔道处预埋钢管，在混凝土浇筑、养护中定期慢转
13、钢管，以防粘结，待混凝土初凝后，终凝前抽出钢管，形成孔道。 施工注意事项： 钢管预埋前应除锈，刷油，保证平直，光滑，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 36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,用于直线、曲线或折线孔道成型。 施工方法：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。 施工注意事项： 长度 2030
14、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。,（3）预埋波纹管法,适用于预应力筋密集或曲线预应力筋的孔道埋设。 施工方法：波纹管直接埋设在需留设孔道处，不再抽出。 施工注意事项： 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。,【解】（1） 螺丝端杆锚具，两端同时张拉，螺母厚度取36mm，垫板厚度取16mm，则螺丝端杆伸出构件外的长度l2=2H+h+5=236+16+5=93m；对焊接头个数n=2+2=4；每个对焊接头的压缩量=22mm，则预应力筋下料长度L=(l-2l1
15、+2l2)/(1+r-)+n=19727（mm）,（二）预应力筋制作,预应力钢筋制作：包括配料、对焊、冷拉等工艺过程。 下料长度计算锚具特点：螺丝端杆外露在孔道外的长度为120150mm。 帮条、镦头视锚具尺寸而定。 对焊接头：每个对焊接头的压缩量约等于钢筋直径。 钢筋冷拉率：实际测定作为下料依据。 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。,（三）预应力筋制作,1、单根粗钢筋下料长度 （1）预应力筋两端采用罗纹端杆锚具预应力筋的成品长度 预应力筋钢筋部分的成品长度：l-构件的孔道长度 l1-螺丝端杆的长度，一般为320mm。 l2-螺丝端杆伸出构件外的长度,预应力
16、筋钢筋部分冷拉前的下料长度L：式中：冷拉率 r弹性回缩率0焊接接头损耗量，取一个钢筋直径。,（2）预应力筋一端用罗纹端杆，一端帮条（或镦头）锚具时： （如图5.30所示）L1 2 3L0 = L11L L0 /(1+r）n0式中：冷拉率 r弹性回缩率l3镦头或帮条锚具长度0焊接接头损耗量，取一个钢筋直径。,2.预应力钢丝束下料长度,（1）采用钢质锥形锚具，以锥锚式千斤顶张拉，钢丝的下料长度L为：两端张拉：L12（l4+ l5+80)一端张拉：L12（l4+ l5+80),（2）采用镦头锚具，以拉杆式或穿心式千斤顶在构件上张拉 钢丝的下料长度为：两端张拉：Ll2a2b（HH1 ）Lc一端张拉：L
17、l2a2b0.5（HH1 ）Lc,（3）采用锥形螺杆锚具，以拉杆式千斤顶在构件上张拉，钢丝的下料长度为： Ll2l22l12（l6a),3.钢筋束或钢绞线束的下料长度,（1）采用夹片式锚具，以穿心式千斤顶在构件上张拉，钢筋束钢绞线束的下料长度为：两端张拉：L12（l7+ l8+ l9+ 100)一端张拉：L12（l7+100) + l8+ l9,【例5.1】21m预应力屋架的孔道长为20.80m，预应力筋为冷拉HRB400钢筋，直径为22mm，每根长度为8m，实测冷拉率r=4%，弹性回缩率=0.4%，张拉应力为0.85fpyk。螺丝端杆长为320mm，帮条长为50mm，垫板厚为15mm。计算：
18、 （1） 两端用螺丝端杆锚具锚固时预应力筋的下料长度? （2） 一端用螺丝端杆，另一端为帮条锚具时预应力筋的下料长度? （3） 预应力筋的张拉力为多少?,(2)帮条长为50mm，垫板厚15mm，则预应力筋的成品长度：L1=l+l2+l3=20800+93+（50+15）=20958（mm）预应力筋（不含螺丝端杆锚具）冷拉后长度：L0=L1-l1=20958-320=20638（mm）L=L0/(1+r-)+n=20638/(1+0.04-0.004)+422=20009（mm） (3)预应力筋的张拉力FP=conAP=0.855003.14/4222=161475（N）=161.475（kN）
19、,（三）预应力筋的穿束,1.穿束顺序： 先穿束后装管 先装管后穿束 二者组装放入 2.穿束方法 人工穿束 卷扬机穿束 穿束机穿束,（四）预应力筋的张拉,预应力筋的张拉：关键是控制张拉应力。 1、张拉控制应力预应力钢材品种 先张法 后张法碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线 0.75 fpuk 0.70 fpuk热处理钢筋、冷拔低碳钢丝 0.70 fpuk 0.65 fpuk冷拉钢筋 0.90 fpyk 0.85 fpyk,2、张拉的方式：,（1）一端张拉方式 （2）两端张拉方式 （3）分批张拉方式 （4）分段张拉方式 （5）分阶段张拉方式 （6）补偿张拉方式,3、张拉顺序,预应力筋张拉顺序应按设计规定进
20、行；如设计无规定时，应采取分批分阶段对称地进行。 图5.36所示是预应力混凝土吊车梁预应力筋采用两台千斤顶的张拉顺序。 图5.37所示是预应力混凝土屋架下弦预应力筋张拉顺序。,4、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来确定。 （1）设计时松弛按一次张拉程序取值：0 con锚固 （2）设计时松弛损失按超张拉程序取值：（3）设计时松弛损失按超张拉程序取值，但采用锥销锚具或夹片：,超张拉5目的：主要是减少钢筋松弛、混凝土弹性压缩、锚具变形和孔道摩擦等所引起的应力损失。超张拉3目的：主要是弥补设计或施工中不可预见的损失。持荷2分钟目的：主要是为了加速钢筋松弛的早
21、发展。 5、张拉力计算 （1）全部筋一次张拉m超张拉百分率,（2）同一构件分两批张拉,第一批的张拉应力为：,设计控制应力，即第二批预应力筋的设计控制应力。,钢筋与混凝土的弹性模量比值。,第二批预应力筋张拉时，在已张拉预应力筋重心处产 生的混凝土法向应力。,其中：,第一批预应力损失。,Ap 预应力筋截面面积（第一批总截面面积）。An 混凝土净截面面积。,第一批张拉力：,第二批张拉力：,6、张拉伸长值校核,钢筋混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204）的规定：实际伸长值比计算伸长值大于6或小于6，应暂停张拉，在采取措施调整后，方可继续张拉。,7、张拉注意事项,孔道、锚环与千斤顶三对中。 在张
22、拉构件的两端应设置保护装置，如用麻袋、草包装土筑成土墙，以防止螺帽滑脱、钢筋断裂飞出伤人； 在张拉操作中，预应力筋的两端严禁站人，操作人员应在侧面工作。 张拉时混凝土强度应符合设计要求；若设计无要求时，不应低于70C设计。块体拼装，立缝处混凝土或砂浆强度不应低于15MPa或40C设计。 多根预应力筋张拉时，当不可能同时张拉时，宜分批、分阶段、对称地张拉。 现场生产构件，重叠多层构件中预应力的施加，其损失自上而下逐层增加。重叠构件张拉宜先上后下，超张拉应力 依次增加。,（五）孔道灌浆与封锚,要求： 1、预应力筋张拉后，应尽快地用灰浆泵将水泥浆压灌到预应力孔道中去。 2、灌浆用水泥浆应有足够的粘结
23、力，且应有较大的流动性，较小的干缩性和泌水性。 3、灌浆前，用压力水冲洗和湿润孔道。 4、灌浆顺序应先下后上，以免上层孔道漏浆把下层孔道堵塞。 5、灌浆工作应缓慢均匀连续进行，不得中断。,5.3.3 无黏结预应力施工,一、无黏结预应力筋的发展与特点 1、后张法预应力混凝土施工按预应力筋可分为： 有黏结预应力混凝土：通过灌浆使预应力筋与混凝土黏结。无黏结预应力混凝土：预应力筋与混凝土之间可相对滑动。 2、特点 无需留孔道与灌浆，施工简单，摩擦力小，预应力筋易弯成多跨曲线形状。 预应力筋强度一般降低1020，对锚具要求高。,二、无黏结预应力筋的制作,1、无黏结预应力筋无粘结预应力筋一般是由7根5m
24、m高强钢丝组成的钢丝束或扭结成的钢绞线，通过专门设备涂包涂料层和护套层构成的。,（1）无粘结预应力筋所用的材料主要是高强钢丝和钢绞线，每根钢丝应是通长的，严禁有接头，且不应有死弯，当有死弯时必须截断。 （2）表面涂层材料应满足下列要求： 较好的化学稳定性，在20+70内不裂，不变脆，不流淌，并有一定的韧性。 与周围砼、钢材等材料等不起化学作用。 不会被腐蚀，具有不透水性，不吸湿性，良好润滑性，一般选用建筑专用油脂。 （3）无粘结预应力筋护套材料应满足以下要求： 在20+70温度范围内，低温不脆化，高温化学性能稳定。 有足够韧性、抗破损性。 对周围材料无侵蚀作用。 防水性、延伸度好。 宜选用高密
25、度聚乙烯，有可靠经验也可采用聚丙烯，但不宜采用聚氯乙烯。,2、无黏结预应力筋的制作,（1）无黏结预应力筋的制作一般采用挤塑涂层工艺。主要是钢丝通过涂油装置涂油，涂油后的钢丝束通过塑料挤压机成型塑料薄膜，再经冷却筒槽成型塑料套管。 （2）质量要求： 原料：预应力筋必须经力学性能检验合格的。 产品外观 护套厚度符合要求 （3）检验要求 外观逐盘检查 每批抽样三根进行油脂与塑料护套检查。,三、锚具及张拉设备,1、锚具 对于高强钢丝主要用镦头锚具。 钢绞线则用夹片锚具。 无黏结预应力筋锚具系统的质量检验和合格验收应符合预应力筋用锚具、夹具和链接器应用技术规程（JGJ85）和预应力筋用锚具夹具和链接器（
26、GB/T14370),2、张拉设备,可选用YC型系列的油压千斤顶，可在狭小场地及高空进行张拉。 在梁板顶面或墙壁侧面的斜槽内张拉无黏结预应力筋时，宜采用变角张拉装置。变角张拉装置的关键部件是变角块，安装时注意块间的槽口搭接，保证变角轴线向结构外侧弯曲。 张拉设备及仪表由专人使用和管理，定期维护和校验，校验期限不宜超过半年。,四、无粘结预应力混凝土结构施工,1、无粘结预应力筋的铺放与定位 无粘结预应力束在平板结构中一般为双向曲线配置。铺设前应根据双向钢丝束交点的标高差，绘制铺设顺序图，避免相互穿插。 铺设前先根据设计图计算出各点标高、位置、反弯点位置、波峰位置，然后将马凳就位（马凳间距12m），
27、再铺设钢丝束，一般是钢丝束波峰低的底层钢丝束先铺设，然后依次铺设波峰高的上层钢丝束。对波峰高度及水平位置进行调整，检查无误后用铅丝绑牢。,无粘结预应力曲线筋或折线筋的末端的切线应与承压板相垂直，曲线段的起始点至张拉锚固点应有不少于300mm的直线段。 张拉端固定：张拉端的承压板应用钉子固定在端模板上或用点焊固定在钢筋上。当张拉端采用凹入式作法时，可用塑料穴模或泡沫塑料、木块等形成凹口。砼浇筑时，严禁踏压撞碰预应力筋、支撑钢筋及端部预埋件，张拉端固定端砼必须振实，混凝土强度等级不低于C30，梁不低于C40。,2、无粘结预应力筋的张拉及锚固,张拉前清理承压板面，检查承压板后面的砼质量，有缺陷应先修
28、补处理。张拉时先张拉板，后张拉梁。板中无粘结筋，可依次张拉，梁中采用对称张拉，长度大于25m，两端张拉，大于60m分段张拉。遇摩阻力大，宜先松动一次再张拉。 一般混凝土强度达到设计强度的75时才能进行张拉。张拉程序采用0103%con。 张拉顺序根据设计顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。 锚具外包浇筑钢筋混凝土圈梁。,3、端部锚头处理,张拉后，应对锚固区进行保护，必须有严格密封措施，防止水汽进入腐蚀预应力筋。锚固后，外露多佘预应力筋用砂轮切割，不得用电孤焊切割。 端部处理有两种： 在孔道中注入油脂并加以封闭（如图5.42（a）所示） 。 在孔道中注入环氧水泥砂浆，抗压强度不低于35MPa，
29、对凹入式锚固板，经处理后，用微胀砼或低收缩防水砂浆封锚。对凸出式锚固板，用外钢筋混凝土围梁封闭（如图5.42（b）所示） 。,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束；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,本章小结,预应力混凝土与普通混凝土比较，除能提高构件的抗裂强度和刚度外，还具有减轻自重、节约原材料、增加构件的耐久性、降低造价的优点。 先张法施工工艺可分为张拉预应力筋、浇筑混凝土、预应力筋放张三个阶段，每个阶段的施工不慎都可能引起预应力损失，施工过程中必须遵守施工质量验收规范的规定。 无粘结预应力混凝土是近几年发展的新技术，应用在高层建筑和较大跨度构件施工中。 预应力混凝土充分利用了钢筋与混凝土的性能。施工中应特别注重原材料的质量检验，不合格的材料不准用于构件上。,本章作业,P2395.15.35.55.35.8,P239习题 5.1 5.2,
