1、第六章 预应力混凝土工程,6.1 先张法 6.2 后张法 6.3 电热法 6.4 无粘结预应力混凝土施工 6.5 预应力混凝土工程施工质量验收与安全技术,6.1 预应力混凝土工程,预应力混凝土的概念在构件使用前,对结构构件受拉区的钢筋在弹性范围之内拉伸，利用钢筋的弹性回缩，对受拉区的混凝土预先施加预压应力，以提高构件的刚度、抗裂性和耐久性。预应力混凝土是解决这一问题的有效方法，即在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对混凝土施加预压应力。当构件在使用阶段时外荷载作用下产生的拉应力，首先要抵消预压应力，这就推迟了混凝土裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高了构件的抗裂度和刚度。 对混凝上构件受拉
2、区施加预压应力的方法，是张拉受拉区中的预应力钢筋，通过预应力钢筋和混凝土间的粘结力或锚具，将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件上，并产生预压应力。,6.1 先张法,施工工艺,台座准备,刷隔离剂,铺放预应力筋等,张拉并锚固,安侧模、安预埋件,浇混凝土,养护,放张,脱模、堆放,起拱,1.台座 墩式台座目前常用的是现浇钢筋混凝土制成的由承力台墩与台面共同受力的台 座。台座设计，应进行稳定性和强度验算，稳定性验算包括台座的抗倾覆 和抗滑移验算。计算简图同上。计算时因为台墩埋深较浅，可以不考虑主 动和被动土压力。倾覆力矩矩心在台面厚度的中点。对台墩与台面共同受 力的台座，可不作抗滑移验算。,槽式台座
3、适于张拉吨位较大的构件,2.预应力筋的张拉 张拉机具先张法粗钢筋的张拉，分单根张拉和多根成组张拉。选择张拉机具时，为了保证设备、人身安全和张拉力准确，张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程应不小于预应力筋张拉伸长值的1.11.3倍。,油压千斤顶、电动螺杆张拉机、卷扬机,由于在长线台座上预应力筋的张拉伸长值较大，一般千斤顶行程多不能满足要求，故张拉较小直径钢筋可用卷扬机。此外，张拉直径1220mm的单根钢筋、钢绞线或小型钢丝束，可用YC20型穿心式千斤顶(图)。张拉时，前油嘴回油后油嘴进油，被偏心夹具夹紧的钢筋随着油缸的伸出而被拉伸。如油缸行程已接近最大行程而钢筋尚
4、未达到控制应力时，可使千斤顶卸载、油缸复位，然后继续张拉。,(a)暂时锚固、回油使油缸复位 (b)张拉 1偏心夹具；2后油嘴；3前油嘴；4弹性顶压头；5销片夹具；6台座横梁；7预应力筋,夹具先张法中夹具分两类：一类是将预应力筋锚固在台座或钢模上的锚固夹具；另一类是张拉时夹持预应力筋用的张拉夹具。锚固夹具与张拉夹具都是重复使用的工具。此处仅介绍常用的一些钢丝张拉夹具 钢丝张拉夹具,(a)钳式(偏心式) (b)月牙式 (c)楔形 1钢丝；2钳齿；3拉钩；4偏心齿条；5拉环； 6锚板；7楔块,(a)圆锥齿板式 (b)圆锥槽式 (c)楔形 1套筒；2齿板；3钢丝；4锥塞；5锚板； 6楔块,钢丝用锚固夹
5、具,钢筋锚固夹具多用螺丝端杆锚具、镦头锚和销片夹具张拉时可用连接器与螺丝端杆锚具连接；钢筋镦头，直径22mm以下的钢筋用对焊机热镦或冷镦，大直径钢筋可用压模加热锻打成型；销片式夹具由圆套筒和圆锥形销片组成，套筒内壁呈圆锥形，与销片锥度吻合，销片有两片式和三片式，钢筋就夹紧在销片的凹槽内。,两片式销片夹具 1销片；2套筒；3预应力筋,3.张拉制度 超张拉制度0 105% con con 一次张拉制度0 103% con 采用超张拉工艺的目的是为了减少预应力筋的松弛应力损失。所谓“松弛”即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的特性，松弛的数值与张拉控制应力和延续时间有关。控制应力高，松弛也
6、大，所以钢丝、钢绞线的松弛损失比冷拉热轧钢筋大；松弛损失还随着时间的延续而增加，但在第一分钟内可完成损失总值的50，24h内则可完成80。所以采用超张拉工艺，先超张拉5再持荷2min，则可减少50以上的松弛应力损失。采用一次张拉锚固工艺，因松弛损失大，故张拉力应比原设计控制应力提高3。这种张拉程序施工简便，一般多用。张拉力的计算式中 超张拉百分率（）；,持荷2分钟,4.预应力筋伸长值与应力的测定预应力筋张拉后，一般应校核其伸长值。如实际伸长值与计算值的偏差超过6，应暂停张拉。对于长线台座生产，构件的预应力筋为钢丝时，一般常用弹簧测力计直接测定钢丝的张拉力，伸长值可不作校核，钢丝张拉锚固后，应采
7、用钢丝测力计检查钢丝的预应力值。多根预应力筋同时张拉时，应预先调整初应力，使其相互之间的应力一致。在张拉过程中预应力筋断裂或滑脱的数量，严禁超过结构同一截面预应力筋总根数的3，且严禁相邻两根断裂或滑脱。先张法构件在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。预应力筋张拉描固后，预应力筋位置与设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面最短边长的4。施工中应注意安全。张拉时，正对钢筋两端禁止站人。敲击锚具的锥塞或楔块时，不应用力过猛，以免损伤预应力筋而断裂伤人，但又要锚固可靠。,5.混凝土的浇筑与养护确定预应力混凝土的配合比时，应尽量减少混凝土的收缩和徐变，以减少预应力损失。收缩和徐变
8、都与水泥品种和用量、水灰比、骨料孔隙率、振动成型等有关。应采用低水灰比的配合比、控制水泥用量、良好的级配。 预应力筋张拉完成后，钢筋绑扎、模板拼装和混凝土浇筑等工作应尽快跟上。混凝土应振捣密实。混凝土浇筑时，振动器不得碰撞预应力筋。混凝土未达到强度前，也不允许碰撞或踩动预应力筋。 采用重叠法生产构件时，应待下层构件的混凝土强度达到5.0MPa后，方可浇筑上层构件的混凝土。混凝土可采用自然养护或湿热养护。当预应力混凝土构件进行湿热养护时，应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。,预应力筋张拉后锚固在台座上，温度升高预应力筋膨胀伸长，使预应力筋的应力减小。在这种情况下混凝土逐渐硬结，而
9、预应力筋由于温度升高而引起的应力减小则永远不能恢复，并引起预应力损失。因此，先张法在台座上生产预应力混凝土构件，其最高允许的养护温度应根据设计规定的允许温差(张拉钢筋时的温度与台座养护温度之差)计算确定。以机组流水法或传送带法用钢模制作预应力构件，湿热养护时钢模与预应力筋同步伸缩，故不引起温差预应力损失。,6.预应力筋的放张放张的要求放张预应力筋时，混凝土强度必须符合设计要求。如无设计要求时，混凝土强度不低于设计强度标准值的75%。放张预应筋前，应拆除构件侧模使放张时构件能自由压缩。放张的方法钢丝可用砂轮锯或切断机切断粗钢筋对热处理钢筋及冷拉IV级钢筋，不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断当
10、放张多根预应力筋时，多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶、砂箱、楔块等同时放张。 放张的顺序尽可能同时放张,6.2 后张法,一、施工工艺,铺底模,支侧模、绑扎钢筋,埋管制孔,浇混凝土,抽管,养护拆模,穿预应力筋,预应力筋张拉,孔道灌浆,起吊运输,1.孔道留设预应力筋的孔道形状有直线、曲线、折线三种，孔道直径一般比预应力筋的接头外径或需穿入孔道锚具外径大11.5cm。孔道留设方法：钢管抽芯法留设48直线孔道注意事项：钢管必须调直，表面光滑，刷润滑剂。钢管位置用间距12m的钢筋井字架固定； 恰当掌握抽管时间,在混凝土初凝完成、终凝开始时抽管。常温下抽管时间在混凝土浇筑后36h； 钢管每根长度最
11、好不超过15m； 抽管顺序应先上后下； 灌浆孔和排气孔的留设。,胶管抽芯法留设48直线或曲线孔道在胶管内注入压力水或压缩空气，待混凝土初凝后，放出压力水或压缩空气，胶管直径变小，与混凝土脱离，抽管。注意事项： 胶管用间距小于0.5m的钢筋井字架固定； 胶管必须有良好的密封装置； 胶管接头处理要慎重； 抽管时间比钢管略迟，抽管顺序宜先上后下，先曲后直。 预埋波形管法留设48直线或曲线孔道。 无需抽管; 金属波纹管重量轻、刚度好、弯折方便，与混凝土粘结好； 波纹管采用间距不大于0.8m的钢筋井字架固定； 波纹管的连接，可采用大一号的同型波纹管，用密封胶带或塑料热塑管封口。,金属波纹管,现场金属波纹
12、管铺设,2.预应力筋的张拉用后张法张拉预应力筋时，混凝土强度应符合设计要求，设计无规定时，不应低于设计强度等级的75。 张拉程序0 105% con con 0 103% con,持荷2分钟,张拉控制应力过高，结构破坏没有明显预兆，而且混凝土徐变应力损失增大，因此控制应力应符合设计规定。张拉顺序合理地选择张拉顺序和张拉程序，是施工中贯彻设计意图、保证预应力构件质量的重要环节。预应力筋的张拉顺序，应按设计的有关规定进行，如设计无规定或受张拉设备限制时，则可分批、分阶段、对称地张拉，以免构件承受过大的偏心压力。,当构件同一截面有多根预应力筋须分批拉时，则应考虑混凝土弹性压缩对预应力筋的有效预应力值
13、的影响。所以先一批张拉的顶应力筋，其张拉力应加上由于后几批预应力筋张拉时所产生的混凝土弹性压缩所造成的预应力损失值，使分批张拉完成后，每根预应力筋的张拉力基本相等。,叠层构件的张拉宜先上后下逐层进行张拉，采用逐层加大张拉力的方法，以减少上下层构件之间的摩阻力引起的预应力损失，但底层张拉力值：对碳素钢丝、钢绞线和热处理钢筋，不宜比顶层张拉力大5；对于冷拉 级钢筋，不宜比顶层张拉力大9；同时也不得大于预应力筋的最大超张拉力的规定。为了使逐层加大的张拉力符合实际情况，最好在正式张拉前对某叠层第一、二层构件的张拉压缩量进行实测，然后按计算各层应增加的张拉力。若构件之间隔离层的隔离效果较好时，例如用塑料
14、薄膜作隔离层或用砖作隔离层（当用砖作隔离层时，大部分砖在张拉预应力筋时取出，仅有局部的支承点，构件之间基本上架空），也可自上而下采用同一张拉力值张拉。 钢筋分批张拉时，由于后批张拉的作用力造成前批钢筋的预应力损失,3.孔道灌浆 主要作用保护预应力筋，防止其锈蚀，并使预应力筋与结构混凝土形成整体。 材料灌浆用的水泥浆应有足够强度和粘结力，且具有较好的流动性、较小的干缩和泌水性；水泥浆及砂浆强度，均不应小于20MPa；水泥浆的水灰比宜在0.4左右，搅拌后三小时泌水率宜控制在2%左右，最大不得超过3%；当需要增加孔道灌浆密实性时，水泥浆中可掺入外加剂。 灌浆施工要领灌浆前混凝土孔道应用压力水冲刷，确
15、保孔道混凝土湿润和洁净；水泥浆倒入灰浆泵时，必须过筛；灌浆缓慢均匀地进行，不得中断，并排气通顺。在灌满孔道并封闭排气孔后，宜再继续加至0.50.6MPa，并稳压一定时间，再封闭灌浆孔；灌浆顺序应先下后上，以避免上层孔道灌浆而把下层孔道堵塞。曲线孔道灌浆，宜由低点压入水泥浆，至最高点排气孔中排出空气及溢出浓浆为止。,1.锚具的种类 单根粗钢筋锚具一般张拉端均采用螺丝端杆锚具；而固定端除了采用螺丝端杆锚具外，还可采用帮条锚具或镦头锚具。,螺丝端杆锚具 1螺母；2垫板；3螺丝端杆；4对焊接头；5预应力筋,二、锚具及张拉设备,适用于锚固直径不大于36mm的热处理钢筋。螺丝端杆可用 同类热处理钢筋制作，
16、螺母用3号钢制作，螺丝端杆锚具与 预应力筋对焊。 帮条锚具由一块方板和三根帮条组成，一般用在单根粗钢筋作预应力筋的固定端。 张拉机具螺丝端杆锚具设于张拉 端，与其配套的张拉设备有 YL60型拉杆式千斤顶，或 YC60型、YC20型及YC 18型穿心式千斤顶。,帮条锚具 1帮条；2衬板；3预应力筋,用拉杆式千斤顶张拉单根粗钢筋的工作原理图 1主油缸；2主缸活塞；3主缸油嘴；4副缸；5副缸活塞；6副缸油嘴；7连接器；8顶杆 ；9拉杆；10螺母；11预应力筋；12混凝土构件；13预埋钢板；14螺丝端杆,目前常用的锚具有JM型、KT-Z型(可锻铸铁锥形)以及XM型、QM型、墩头锚具。JM型锚具,钢筋束
17、或钢绞线束锚具,JM型锚具由锚环和夹片组成(a)预应力筋与锚具连接图 (b) JM型锚具的夹片 (c) JM型锚具的锚环 1混凝土构件；2孔道；3钢筋束；4JM型锚具的夹片；5镦头锚具；6甲型锚环；7乙型锚环,JM锚具由锚环和夹片组成。锚环分甲型和乙型，夹片呈扇形，靠两侧的半圆槽锚固预应力钢筋；可用于锚固36根直径12mm的光圆或螺纹钢筋束，也可锚固56根12mm的钢绞线束；可作为张拉端或固定端锚具。JM型锚具性能好，锚固时钢筋束或钢绞线束被单根夹紧，不受直径误差的影响，且预应力筋是在呈直线状态下被张拉和锚固，受力性能好。JM型锚具用于锚固钢筋束时的滑移值，不应大于3mm；用于锚固钢绞线时，滑
18、移值不应大于5mm。,XM型锚具这是一种新型锚具，由锚环与三块夹片组成，适用于锚固钢绞线束、钢丝束；既可锚固单根预应力筋，又可锚固多根预应力筋。当用于锚固多根预应力筋时，既可单根张拉、逐根锚固，又可成组张拉、成组锚固；可用作工作锚具，也可用作工具锚具。近年来随着预应力混凝土结构和无粘结预应力结构的发展， XM型锚具巳得到广泛应用。实践证明，XM型锚具具有 通用性强、性能可靠、施工 方便、便于高空作业的特点。,夹片,锚环,张拉机具：宜选用相应的YC型穿心式千斤顶适于张拉JM型、XM型、QM型的预应力钢丝束、 钢筋束、钢绞线束。,1大缸缸体；2穿心套；3顶压活塞；4护套；5回程弹簧；6连接套；7顶
19、压套；8撑套；9堵头；10密封圈；11两缸缸体；12油嘴；13撑脚；14拉杆；15连接套筒,钢丝束锚具钢质锥型锚具、钢丝束镦头锚具、XM型、QM型钢质锥型锚具由锚环和锚塞组成。钢丝分布在锚环锥孔内侧，由锚塞塞紧锚固。锚塞上刻有细齿槽，夹紧钢丝防止滑移。锚环内孔的锥度应与锚塞的锥度一致。,钢丝束镦头锚具A型用于张拉端，B型用于固定 端。锚环的内外壁均有丝扣，内丝扣连接张拉螺杆，外丝扣拧紧螺母锚固钢丝束。张拉时，张拉螺丝杆一端与锚环内丝扣连接，另一端与千斤顶的拉头连接。张拉到控制应力时，锚环被拉出，则拧紧锚环外丝扣上的螺母加以锚固。,图6-28 钢丝束镦头锚具 图6-29 镦头头型,P型锚固体系包
20、括挤压头（含挤压套和三角形钢丝挤压簧）、螺旋筋、锚板、约束圈等。挤压套、挤压簧与钢绞线采用专用的JY40型挤压器挤压锚固。配用油泵为ZB4-500型电动油泵。,多孔型固定端,单孔型固定端,张拉机具：YZ型锥锚式千斤顶或YC型穿心式千斤顶张拉油缸用以张拉预应力筋，顶压油缸用以顶压锥塞。主 要用于张拉KT-Z型（锥形）锚具锚固的钢筋束、钢绞线束和使用锥形锚具的预应力钢丝束。,6.4无粘结预应力砼施工无粘结预应力施工方法是后张法预应力混凝土的发展。 无粘结预应力施工方法是：在预应力筋表面刷涂料并包塑料布(管)后，如同普通钢筋一样先铺设在安装好的模板内，然后浇筑混凝土，待混凝土达到设计要求强度后，进行
21、预应力筋张拉锚固。 这种工艺的优点是不需要预留孔道和灌浆，施工简单，张拉时摩阻力较小，预应力筋具有良好的抗腐蚀性，并易弯成多跨曲线形状，适用于曲线配筋的结构。在双向连续平板和密肋板中应用无粘结预应力钢筋束比较经济合理，在多跨连续梁、大荷载的多层工业厂房楼盖体系、大跨度梁类结构中很有发展前途。但预应力筋强度不能充分发挥(一般要降低1020%)，锚具的要求也较高。 无粘结预应力起源于50年代的美国，70年代末我国开始研究，80年代初成功地应用于实际工程中。,1.无粘结预应力筋的制作 1)无粘结预应力筋组成及要求由预应力钢材、防腐涂料和外包层以及锚具组成。 原材料的准备 预应力筋 一般选用高强钢丝组
22、成的钢丝束或钢绞线。 涂料层 长期保护预应力筋不受腐蚀，减少张拉时的摩阻力，应符合下列要求：在20+70温度范围内不流淌、不开裂、不变 脆，并有一定韧性；使用期内化学稳定性高；对周围材料无侵蚀作用；不透水、不吸湿；防腐性能好；润滑性能好，摩擦阻力小。 根据上述要求，目前一般选用1号或2号建筑油脂作为无粘结预应力筋的表面涂料。,外包层 外包层的包裹物必须具有一定的抗拉强度、防渗漏性能，同时还需符合：在使用温度范围内(20+70)低温不脆化，高温化学性能稳定；具有足够的韧性、抗磨性；对周围材料无侵蚀作用；保证预应力束在运输、储存、铺设和浇筑混凝土过程中不发生不可修复的破坏。一般常用的包裹物有塑料布
23、、塑料薄膜或牛皮纸，其中塑料布或塑料薄膜防水性能、抗拉强度和延伸率较好。此外，还可选用聚氯乙烯、高压聚乙烯、低压聚乙烯和聚丙烯等挤压成型作为预应力束的涂层包裹层。,2)无粘结预应力筋的成型工艺一般有涂包成型工艺、挤压涂层工艺两种制作方法。 涂包成型工艺可以在缠纸机上连续作业，完成编束、涂油、镦头、缠塑料布和切断等工序。 挤压涂层工艺主要是钢丝通过涂油装置涂油，涂油钢丝束通过塑料挤压机涂刷塑料薄膜，再经冷却筒槽成型塑料套管。这种工艺与电线、电缆包裹塑料套管的工艺相似，并具有效率高、质量好、设备性能稳定的特点，适用于大规模生产的单根钢绞线和7根钢丝束。,3)锚具无粘结预应力构件中，锚具是把预应力筋
24、的张拉力传递给混凝土的工具，外荷载引起的预应力筋内力的变化全部由锚具承担。因此，无粘结预应力筋的锚具不仅受力比有粘结预应力筋的锚具大，而且承受的是重复荷载。因而无粘结预应力筋的锚具应有更高的要求。 我国主要采用高强钢丝和钢绞线作为无粘结预应力筋。高强钢丝预应力筋主要用镦头锚具，钢绞线预应力筋则可采用XM型锚具。,2.无粘结预应力施工工艺预应力筋制作 预应力筋安放与绑扎浇筑混凝土养护至张拉强度张拉预应力筋并锚固无粘结预应力构件制作工艺中的主要问题是无粘结预应力筋的铺设、张拉和锚头端部处理。1)无粘结预应力筋的铺设无粘结预应力筋在平板结构中一般为双向配置，因此其铺设顺序很重要。一般是根据双向钢丝束
25、交点的标高差，绘制钢丝束的铺设顺序图，底层钢丝束先行铺设，然后依次铺设上层钢丝束，这样可以避免钢丝束之间的相互穿插。用短钢筋或混凝土垫块等架起来控制标高，再用铁丝将无粘结预应力筋与非预应力筋绑扎牢固，防止钢丝束在浇筑混凝土施工过程中位移。若有曲线形状，则用钢筋制成的“马凳”来架设。一般施工顺序是依次放置间距不大于2m的钢筋马凳，然后按顺序铺设钢丝束，钢丝束就位后，调整曲率及其水平位置，经检查无误后，用铁丝将无粘结预应力筋与非预应力筋绑扎牢固。,2)无粘结预应力筋的张拉无粘结预应力筋的张拉与普通后张法带有螺丝端杆锚具的有粘结预应力筋张拉方法相似。张拉程序：一般采用 0103con张拉顺序：应根据
26、其铺设顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。由于无粘结预应力筋一般为曲线配筋，故应采用两端同时张拉。无粘结预应力筋一般长度大，有时又呈曲线形布置，如何减少其摩阻损失值是一个重要的问题。影响摩阻损失值的主要因素是润滑介质、包裹物和预应力筋截面形式。摩阻损失值，可用标准测力计或传感器等测力装置进行测定。施工时，为降低摩阻损失值，宜采用多次重复张拉工艺。,3.锚头端部处理1）张拉端处理采用镦头锚具，锚头部位的外径比较大，因此，预应力筋两端应在构件上预留有一定长度的孔道（塑料套筒），其直径略大于锚具的外径。预应力筋张拉锚固以后，其端部便留下孔道，并且该部分没有涂层，应加以处理保护预应力筋。 第一种方法
27、是在孔道中注入油脂并加以封闭,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筋； 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,第二种方法是在两端留设的孔道内注入环氧树脂水泥砂浆， 其抗压强度不低于35MPa，灌浆时同时将锚头封闭，防止钢筋锈蚀，也起一定的锚固作用。预留孔道中注入油脂或环氧树脂水泥砂浆后，用C30级的细石混凝土封闭锚头部位。采用夹片式锚具时，张拉端头构造简单，不需处理。只是在锚具及承压板表面涂防水涂料，再用后浇的钢筋砼圈梁封闭。 2）固定端处理固定端设置在构件内。无粘结钢丝束采用扩大的墩头锚板，并用螺旋筋加强；无粘结钢绞线，锚固端采用压花成型。,
