资源简介

(共35张PPT)
【学习情境】 预应力混凝土工程施工
【学习单元】 预应力混凝土工程概述
【学习目标】 了解预应力混凝土的优缺点及类型；
熟悉常见的锚具、夹具、张拉设备及其应用；
熟悉常见的预应力筋及其特性
【学习重点】 预应力混凝土所用材料、机具
【学习难点】 锚具、夹具的应用
预应力混凝土工程概述
预应力是预加应力的简称，即通过预加应力来抵抗预期出现的应力。
为了克服普通钢筋混凝土过早出现裂缝和钢筋不能充分发挥其作用这一矛盾，人们创造了对混凝土施加预应力的方法——预应力混凝土结构，即在结构或构件受拉区域，通过对钢筋进行张拉后将钢筋的回弹力施加给混凝土，使混凝土受到一个预压应力，产生一定的压缩变形。当该构件受力后，受拉区混凝土的拉伸变形，首先与压缩变形相抵消，然后随着外力的增加，混凝土才逐渐被拉伸，明显推迟了裂缝出现时间，提高了构件的抗裂度和刚度。
1.预应力混凝土的优缺点
⑴ 有效利用高强钢材；
⑵ 减小结构构件的截面尺寸、自重，能增大结构构件跨度，降低结构构件占用空间；
⑶ 提高使用荷载下结构的抗裂性和刚度；
⑷ 质量好、降低工程造价、结构耐久性好；
⑸ 技术含量高、操作要求严，需要增添专用设备。
2.分类
预应力混凝土按预应力施加工艺的不同一般分为 ：
（1）先张法：先张法是先张拉预应力筋，后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。
（2）后张法：后张法是先浇筑混凝土后张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法。
（3）无粘结：无粘结预应力混凝土的预应力筋沿全长与周围混凝土能发生相对滑动，为防止预应力筋腐蚀和与周围混凝土粘结，在预应力筋表面刷涂料并包塑料布。
3.预应力钢筋
预应力钢筋是指在预应力结构中用于建立预加应力的单根或成束的预应力钢丝、钢绞线或钢筋等。
预应力钢筋宜采用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝和低松驰钢铰线，也可采用热处理钢筋。
（1）预应力钢丝
螺旋肋钢丝是通过专用拔丝模冷拔使钢丝表面沿长度方向产生规则间隔肋条的钢丝。直径为4～9mm，标准抗拉强度1570～1770 N/mm2。螺旋肋能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。
刻痕钢丝是用冷轧或冷拔方法使钢丝表面产生周期性变化的凹痕或凸纹的钢丝。直径为5、7 mm，标准抗拉强度1570 N/mm2。钢丝表面的凹痕或凸纹能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。
螺旋肋钢丝外形 螺旋肋钢丝近照
三面刻痕钢丝外形 刻痕钢丝近照
（2）预应力钢绞线
钢绞线是由多根碳素钢丝在绞线机上成螺旋形纹合，并经低温回火消除应力制成。钢绞线的整根破断力大、柔性好，施工方便，具有广阔的发展前景。但价格比钢丝贵。钢绞线可分为光面钢绞线、无粘结钢绞线、模拔钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线、不锈钢钢绞线等。
预应力钢绞线
光面预应力
钢绞线
（2）预应力钢绞线
热处理钢筋是由普通热轧中碳合金钢筋经淬火和回火调质热处理制成。具有高强度、高韧性和高粘结力等优点，直径为6～10mm。成品钢筋为直径2m的弹性盘卷，开盘后自行伸直，每盘长度为l00～120m。热处理钢筋的螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种。
有纵肋热处理钢筋 无纵肋热处理钢筋
（4）应力松弛
应力松弛是钢材受到一定的张拉力后，在长度保持不变的条件下，钢材的应力随时间的增长而降低的现象，其降低值称为应力松弛损失。产生应力松弛的原因主要是由于金属内部位错运动使一部分弹性变形转化为塑性变形引起的。
根据碳素钢丝和热处理钢筋的试验数据，绘出其松弛率与时间、钢种、温度的关系：
预应力筋的应力松弛损失
⑴ 松驰率与时间的关系：应力松弛初期发展较快，以后逐渐减慢。钢丝应力松弛损失率与时间t有较好的对数线性关系。
⑵ 松驰率与钢种的关系：钢丝和钢绞线的应力松弛率比热处理钢筋和精轧螺纹钢筋大。
⑶ 松驰率与初应力的关系：初应力大，松弛损失也大。当σi＞0.7σb时，松弛损失率明显增大。
⑷ 松驰率与温度的关系：随着温度的升高，松弛损失率急剧增加。根据国外试验资料，400C时1000h松弛损失率约为200C时的1.5倍。
减少应力松弛损失的措施：
⑴ 采取超张拉程序；
⑵ 采用低松弛钢绞线或钢丝，其松弛损失可减少70～80%。
预应力砼箱梁张拉现场 箱梁采取超张拉
4.预应力锚固体系
预应力锚固体系包括锚具、夹具和连接器。锚固体系的种类很多，且配套化、系列化、工厂化生产，主要有QM系列(中国建科院)、OVM系列(柳州建机厂)、HVM系列(柳州海威姆)、VLM系列等。
预应力锚固体系总成图
张拉端锚具
锚固端锚具
连接器
波纹管及预应力筋
锚具——在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传递到砼(或钢结构)上所用的夹持预应力筋的永久性锚固装置。后张法锚固体系包括锚具、锚垫板和螺旋筋。
夹具——在先张法构件施工时，用于保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置；在后张法结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置(又称工具锚)。
连接器——用于连接预应力筋的装置。
（1）锚具及其性能要求
应符合国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2007。
⑴ 静载锚固性能：锚具应同时满足ηa≥0.95，εapu≥2.0%；夹具应满足ηg≥0.92。
锚具静载试验机
模拟钢绞线张拉
锚具静载试验
⑵ 动载锚固性能：满足循环次数为200万次的疲劳试验要求。
洛氏硬度检测 磁粉探伤无损检验 内孔精确角度检验
夹片式锚具分为单孔夹片锚具和多孔夹片锚具，由工作锚板、工作夹片、锚垫板、螺旋筋组成。可锚固预应力钢绞线。也可锚固7Ф5、7Ф7的预应力钢丝束，主要用作张拉端锚具。具有自动跟进，放张后自动锚固，锚固效率系数高，锚固性能好，安全可靠等特点。
QM夹片式锚具 夹片式锚具的组装
扁形张拉端锚具由扁形工作锚板、工作夹片、扁形锚垫板、扁形螺旋筋组成。扁锚的张拉端口扁小，钢铰线可逐根张拉亦可整体张拉。适用于楼板、低高度箱梁及桥面横向预应力张拉。
多孔夹片式扁锚
张拉好的扁形锚具
扁锚的工作
锚板与夹片
镦头锚体系可张拉ФP 5、ФP 7高强钢丝束，常用镦头锚分为A型和B型，A型由锚杯和螺母组成，用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。预应力筋采用钢丝镦头器镦头成型，配套张拉使用YDC系列穿心式千斤顶。主要用于后张法施工中。
A型
B型
高强钢丝束
DM型镦头锚具 镦头锚具与预应力钢丝束
精轧螺纹钢锚具、连接器由螺母和垫板组成，可锚固Ф25、Ф32高强精轧螺纹钢筋，主要用于先张法、后张法施工的预应力箱梁、纵向预应力及大型预应力屋架。连接器主要用于螺纹钢筋的接长。
精轧螺纹钢锚具、连接器
螺母
垫板
连接器
螺丝端杆锚具由螺丝端杆、螺母和垫板组成，可锚固冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋，主要用于后张法施工的预应力板梁及大型屋架。
螺丝端杆锚具
构造图
螺母
垫板
螺丝端杆
钢质锥形锚具(又称弗氏锚具)由锚圈和锚塞组成，可锚固6～30ФP 5或12～24ФP 7的高强钢丝束，常用于后张法预应力砼结构和构件中，配套YDZ系列专用千斤顶张拉。
GZ型钢质锥形锚具
锚圈
锚塞
砼构件
锥形锚具
高强钢丝束
（2）夹具
钢丝的夹具
先张法中钢丝的夹具分两类：一类是将预应力筋锚固在台座上的锚固夹具；另一类是张拉时夹持预应力筋用的夹具。锚固夹具与张拉夹具都是重复使用的工具。夹具的种类繁多，下图是传统的单根钢丝锚固夹具。
钢丝用锚固夹具
园锥齿板式常用于冷拔钢丝，园锥槽式常用于消除应力钢丝。
下图是常用的钢丝张拉夹具。
钢绞线的夹具
QM预应力体系中的JXS、JXL、JXM型夹具是专为先张台座法预应力钢绞线张拉的需要而设计，可适应 9.5、 12.2、 12.7、 15.2mm， 15.7、17.8mm等规格钢绞线的先张台座张拉。
偏心式夹具 压销式夹具
5.张拉设备
预应力张拉设备主要有电动张拉设备和液压张拉设备两大类。电动张拉设备仅用于先张法，液压张拉设备可用于先张法与后张法。液压张拉设备由液压千斤顶、高压油泵和外接油管组成。
张拉设备应装有测力仪器，以准确建立预应力值。张拉设备应由专人使用和保管，并定期维护和校验。
JXS型先张夹具
JXM型先张夹具
JXL型先张夹具
(1)电动张拉设备
常用的电动张拉机械主要有：电动螺杆张拉机、电动卷扬张拉机等，常用于先张法施工中。
电动卷扬张拉机
电动螺杆张拉机构造图 电动螺杆张拉机
(2)液压张拉设备
穿心式千斤顶是一种利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶。既可用于需要顶压的夹片锚的整体张拉，配上撑脚与拉杆后，还可张拉镦头锚和冷铸锚。广泛用于先张、后张法的预应力施工。
YDC型穿心式千斤顶
构造示意图
YDC型穿心式千斤顶
千斤顶张拉中
拉杆式千斤顶为空心拉杆式千斤顶，选用不同的配件可组成几种不同的张拉形式。可张拉DM型螺丝端杆锚、JLM精轧螺丝钢锚具，LZM冷铸锚等。
拉杆式千斤顶构造示意图
YCL拉杆式千斤顶
锥锚式千斤顶是一种具有张拉、顶锚和退楔功能的三作用千斤顶，专用于张拉及顶压锚固带钢质锥形(弗氏)锚的钢丝束。
4.2.3 锥锚式千斤顶
YDZ850型千斤顶构造示意图
张拉GZ型锚具实例
前卡式千斤顶是一种张拉工具锚内置于千斤顶前端的穿心式千斤顶，可自动夹紧和松开工具锚夹片，简化了施工工艺，节省了张拉时间，而且缩短了预应力筋预留张拉长度。主要用于各种有粘结筋和无粘结筋的单根张拉。
YDQ型前卡式千斤顶 前卡式千斤顶张拉中
扁锚整体张拉千斤顶是一种整体预应力张拉千斤顶。采用双并列油缸的结构，扁锚采用整体一次张拉，克服了扁锚由于单孔张拉而引起构件应力不均匀，预应力筋延伸量不足，构件扭曲现象，并且可提高施工工效。可广泛用于各种锚固体系的扁锚预应力施工。
(3)高压油泵
高压油泵与向液压千斤顶的油缸高压供油。油泵的额定压力应等于或大于千斤顶的额定压力。高压油泵的额定压力为40～80MPa。
千斤顶张拉时，张拉力的大小是通过油泵上的油压的读数来控制的。油压表的读数表示千斤顶张拉油缸活塞单位面积的油压力。在理论上如已知张拉力N，活塞面积 A，则可求出张拉时油表的相应读数P 。
ZB型油泵
YBZ型
高压泵站
预应力钢筋、锚具、张拉机具的配套使用
预应力筋 品种 锚具形式 张拉机械
张拉端 固定端
安装在结构之外 安装在结构之内
钢绞线及 钢绞线束 夹片锚具 挤压锚具 压花锚具挤压锚具 夹片锚具 穿心式
钢丝束 夹片锚具 镦头锚具 挤压锚具 挤压锚具镦头锚具 夹片锚具 穿心式
镦头锚具 穿心式
锥塞锚具 锥锚式
精轧螺纹钢筋 螺母锚具 — 螺母锚具 拉杆式
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6.一般规定
（1） 预应力混凝土的材料要求
在预应力结构中，混凝土的强度等级不低于C30，当采用钢铰线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时不得低于C40；目前，在一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用C50～C60的高强混凝土，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。在预应力混凝土构件的施工中，不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化钠等，否则会发生严重的质量事故。
（2）预应力筋下料及接头
预应力筋的下料
预应力筋下料应采用砂轮切割机切割，不得采用电弧焊切割；对需要镦头的钢丝，其切割面应与母材垂直；钢铰线切割前应用铅丝将切割处两端捆扎，防止端头松散。
预应力筋的接头
粗钢筋的接头必须使用闪光对焊工艺。
高强钢丝和钢绞线严禁有接头，预应力筋的接长必须使用连接器。
（3）张拉控制应力限值
预应力筋的张控制应力限值σcon不宜超过下表限值，也不宜小于0.4 fptk ：
要求提高构件在施工阶段的抗裂性能或抵消由于应力松驰、磨擦、分批张拉、温差等因素产生的应力损失等，采用超张拉工艺时其最大张拉控制应力可提高0.05 fptk。
钢筋种类 张拉方法
先张法 后张法
消除应力钢丝、钢铰线 0.75 fptk 0.70 fptk
热处理钢筋 0.75 fptk 0.65 fptk
（4）施加预应力时的砼强度要求
应遵守设计规定。设计无规定时应经计算确定，并不低于设计强度的75%。
（5）张控制应力限值
为保证预应力筋张拉应力的准确性，应定期、配套校验张拉机具设备及仪表，确定张拉力与油表读数的关系。校验期一般不超过6个月。校正后的千斤顶与油压表必须配套使用。当使用中出现异常或千斤顶维修后，应重新标定。

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