资源简介

(共27张PPT)
项目五
预应力混凝土
施工
《建筑施工技术》
学习目标
●了解预应力混凝土的概念，及其在工程应用中的优点。●熟悉先张法、后张法的施工工艺。
●掌握先张法预应力筋的控制应力、张拉程序和放张顺序的确定和注意事项。
●掌握后张法孔道留设、锚具选择、预应力筋的张拉顺序、孔道灌浆等施工方法及注意要点。
●熟悉预应力混凝土质量保证措施及安全技术。
项目五
预应力混凝土施工
项目导入
某城市桥梁工程由某路桥工程公司承担施工任务。该路桥工程公司在预应力筋的施工过程中，通过计算确定了下料长度，并采用先张法对预应力筋进行张拉，并对施加预应力所用的机具设备及仪表设置专人使用管理，并制定定期维护和校验制度。你知道常见的预应力筋有哪几种吗？计算预应力筋的下料长度时应考虑哪些因素？以及先张法的施工工艺又是怎样的呢？
任务一 材料（预应力筋）和设备机械认识
任务二 预应力筋制作及预埋管敷设
任务三 构件制作及预应力施工
任务四 构件养护及质量验收
任务三 构件制作及预应力施工
《建筑施工技术》
●先张法
●后张法
●电热张拉法
任务三 构件制作及预应力施工
1.预应力筋的铺设
为了便于脱模，在预应力筋铺设前，对台面及模板应先刷隔离剂；为避免铺设预应力筋时因其自重下垂破坏隔离剂，粘污预应力筋，影响预应力筋与混凝土的粘结，应在预应力筋设计位置下面先放置好垫块或定位钢筋后铺设。
预应力钢丝宜用牵引车铺设，如遇钢丝需要接长时，可使用钢丝拼接器，用20～22号铁丝将钢丝连接段密排绑扎。对冷拔低碳钢丝绑扎长度不得小于40d，对高强刻痕钢丝不得小于80d（d为钢丝直径）。预应力钢筋铺设时，钢筋接长或钢筋与螺杆的连接，可采用套筒双拼式连接器。钢筋采用焊接时，应合理布置接头位置，尽可能避免将焊接接头拉入构件内。
项目五
预应力混凝土施工
一、 先张法
任务三 构件制作及预应力施工
2. 预应力筋的张拉
先张法预应力筋的张拉有单根张拉和多根成组张拉。单根张拉所用设备构造简单，易于保证应力均匀，生产效率低、锚固困难；成组张拉能提高工效、减轻劳动强度，但设备构造复杂，需用较大张拉力。因此，应根据实际情况选取适宜的张拉方法，一般预制厂常选用成组张拉法，施工现场常选用单根张拉法。
预应力筋的张拉工作是预应力混凝土施工中的关键工序，为确保施工质量，在张拉中应严格控制张拉应力、张拉程序、计算张拉力和进行预应力值校核。
（1） 张拉程序：预应力筋张拉时，一般不是从零直接张拉到控制应力，而是先张拉到比设计要求的控制应力稍大一些，如1.05σcon，称为超张拉。采用超张拉的目的主要是为了减少预应力筋的应力松弛损失。预应力筋的松弛是指钢筋受到一定张拉力后，在长度保持不变的条件下，钢筋的应力随时间的增长而降低的现象。此降低值称为松弛损失。试验表明，钢筋应力松弛损失在最初几分钟内可损失总值的40％～50％，所以预应力筋张拉过程采取超张拉5％σcon，并持荷2min再回到σcon，则可大大减少应力松弛损失。
项目五
预应力混凝土施工
一、 先张法
任务三 构件制作及预应力施工
预应力钢丝可采用0→（1.03~1.05）σcon的张拉程序（σcon为预应力钢丝拉控制应力）；粗钢筋（包括冷拉Ⅱ～Ⅳ级钢筋、热处理钢筋和钢绞线）可采用0→1.05σcon（持荷2min）→σcon（锚固）的张拉程序。成组张拉时，应预先调整初应力，以保证张拉时每根钢筋（丝）的应力均匀一致，初应力值一般取10％σcon。
在张拉预应力筋的施工中应当注意以下事项：
① 应首先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋，以避免台座承受过大的偏心力。
② 张拉机具与预应力筋应在同一条直线上，张拉应以稳定的速率逐渐加大拉力。
③ 拉到规定应力在顶紧锚塞时，用力不要过猛，以防钢丝折断。
④ 在拧紧螺母时，应时刻观察压力表上的读数，始终保持所需要的张拉力。
⑤ 预应力筋张拉完毕后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％。
⑥ 同一构件中，各预应力筋的应力应均匀，其偏差的绝对值不得超过设计规定的控制应力值的5％。
⑦ 台座两端应有防护设施，沿台座长度方向每隔4～5m放一个防护架，张拉钢筋时两端严禁站人，也不准进入台座。
项目五
预应力混凝土施工
一、 先张法
任务三 构件制作及预应力施工
（2） 张拉控制应力：先张法预应力筋的张拉控制应力和最大超张拉应力值，不宜超过表5-1中的数值。
项目五
预应力混凝土施工
一、 先张法
任务三 构件制作及预应力施工
（3） 预应力值校核：预应力钢筋的预应力值一般用其伸长值校核。当实测伸长值与理论伸长值的差值与理论伸长相比在-5％～10％之间时，表明张拉后建立的预应力值满足设计要求。预应力钢丝的预应力值，应采用钢丝内力测定仪直接检测钢丝的预应力值来对张拉结果进行校核。其检验标准为：对台座法钢丝，预应力值定为95％σcon；对模外张拉钢丝预应力值应符合表5-2的规定。
项目五
预应力混凝土施工
一、 先张法
任务三 构件制作及预应力施工
3. 混凝土浇筑与养护
预应力筋张拉完毕后，立即绑扎骨架、立模、浇筑混凝土。台座内每条生产线上的构件，其混凝土应连续一次浇完。混凝土必须振捣密实，特别对构件的端部，更要注意加强振捣，以保证混凝土强度和粘结力。浇筑和振捣混凝土时，要注意不可碰击预应力筋，在混凝土未达到一定程度前，不允许碰接或踩动预应力筋；当叠层生产时，必须待下层混凝土强度达8～10N/mm2后方可进行。
混凝土可采用自然养护或湿热养护。当采用湿热养护时，采取二次升温制。初次升温的温差不宜超过20℃，当构件混凝土强度达到7.5～10N/mm2时，再按一般规定继续升温养护，这样可以减少预应力的损失。
项目五
预应力混凝土施工
一、 先张法
任务三 构件制作及预应力施工
4. 预应力筋的放张
在进行预应力筋的放张时，混凝土强度必须符合设计要求；当设计无具体规定时，混凝土强度不得低于设计标准值的75％。
（1） 放张顺序：预应力筋的放张顺序应符合设计要求。当设计无具体要求时，应符合下列规定：对承受轴心预应力的构件（如压杆、桩等），所有预应力筋应同时放张；对承受偏心预应力的构件，应先同时放张预应力较小的区域的预应力筋，再同时放张预应力较大区域的预应力筋；当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张，以防止在放张过程中构件产生弯曲、裂纹及预应力筋断裂现象。
（2） 放张方法：对预应力筋钢丝或细钢丝的板类构件，放张时可直接用钢丝钳或氧炔焰切割，并宜从生产线中间处切断，以减少回弹量，且有利于脱模；对每一块板，应从外向内对称放张，以免构件扭转两端开裂。对预应力筋数量较少的粗钢筋构件，可采用氧炔焰在烘烤区轮换加热每根粗钢筋，使其同步升温，钢筋内应力均匀下降，外形慢慢伸长，待钢筋出现颈缩现象时，即可切断。对预应力筋配置较多的构件，不允许采用剪断或割断等方式突然放张，以避免最后放张的几根预应力筋产生过大的冲击而断裂，致使混凝土构件开裂。为此，应采用千斤顶或在台座与模梁间设置砂箱或楔块，或在准备切割的一端预先浇筑混凝土块等方法进行缓慢放张。
项目五
预应力混凝土施工
一、 先张法
任务三 构件制作及预应力施工
1.预留孔道
预留孔道正确与否，是后张法构件生产中的关键之一。预留孔道方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法、预埋管法等。其基本要求是：孔道的尺寸与位置应正确，孔道应平顺，接头不漏浆，端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线，孔道的直径应符合要求。
2. 预应力筋制作
制作预应力筋主要是确定其下料长度和编束。预应力筋下料长度的计算，应考虑预应力钢材品种、锚具形式、焊接接头、镦粗头、冷拉伸长率、弹性回缩率、张拉伸长值、台座长度、构件孔道长度、张拉设备与施工方法等因素。
项目五
预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
3. 预应力筋的穿束
预应力筋穿入孔道，简称穿束。穿束可分为先穿束法和后穿束法两种。先穿束法是在浇筑混凝土之前穿束，此法按穿束与预埋螺旋管之间的配合，又可分为以下三种。
（1） 先穿束后装管：先将预应力筋穿入钢筋骨架内，后将螺旋管逐节从两端套入并连接。
（2） 先装管后穿束：先将螺旋管安装就位，后将预应力筋穿入。
（3） 两者组装放入：即在构件外侧的脚手上将预应力筋与螺旋管组装后，从钢筋骨架顶部放入设计上部，后穿束法是在混凝土浇筑之后穿束，此种方法不占工期，便于用通孔器或高压水通孔，穿束后立即可以张拉，易于防锈，但穿束时比较费力。
项目五
预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
4. 预应力筋张拉
预应力筋张拉是生产预应力构件的关键。张拉时，结构的混凝土强度应符合设计要求，当无设计具体要求时，不应低于设计强度等级的75％。在预应力筋张拉中，主要是解决好张拉控制应力、张拉方式、张拉顺序、张拉程序、张拉伸长值校核和注意事项等问题。
（1） 张拉控制应力和超张拉最大应力值：控制应力直接影响预应力的效果，当控制应力越高，建立的预应力值就越大，构件的抗裂性也越好。但控制应力和构件抗裂性如果过高，则预应力筋在使用过程中经常处于高应力状态下，构件出现裂缝的荷载与破坏荷载很接近，往往在破坏前没有明显的警告，这是不允许的。因此，控制应力和超张拉最大应力值均不宜超过表5-3所列数值。若控制应力过高，钢筋可能超过流限，产生塑性变形，影响预应力值的准确性和张拉工艺的安全性，而且构件混凝土预应力过大时将导致混凝土的徐变应力损失增加，所以施工中应严格控制张拉应力。
项目五
预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
（2） 张拉方式：
① 一端张拉方式：适用于长度≤30m的直线预应力筋与锚固损失影响长度Lf≥L／2（L——预应力筋长度）的曲线预应力筋；设计认可放宽以上限制的，也可将张拉端分别设置在构件的两端。
② 两端张拉方式：适用于长度>30m的直线预应力与锚固损失影响长度Lf③ 分批张拉方式：适用于配有多束预应力筋的构件或结构。在确定张拉力时，应考虑束间的弹性压缩损失影响，或将弹性压缩损失平均值统一增加到每根预应力筋的张拉力内。
④ 分段张拉方式：适用于多跨连续梁板的逐段张拉。在第一段混凝土浇筑与预应力筋张拉锚固后，第二段预应力筋利用锚头连接器接长。
⑤ 分阶段张拉方式：这是为了平衡各阶段的荷载所采取的分阶段逐步施加预应力的方式，具有应力、挠度与反拱容易控制、省材料等优点。
⑥ 补偿张拉方式：这是一种在早期预应力损失基本完成后，再进行张拉，以弥补损失，达到预期的预应力效果的方式，在水利工程与岩土锚杆中应用较多。
项目五
预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
（3） 张拉顺序：张拉顺序的安排，应满足混凝土不产生超应力、构件不扭转与侧弯、结构不变位等要求，对称张拉是一项重要原则。同时，还应考虑到尽量减少张拉设备的移动次数。
（4） 张拉程序：预应力的张拉程序，主要应根据构件类型、张拉锚固体系、松弛损失取值等因素确定。后张法的张拉程序，可分为以下三种：
设计时松弛损失按一次张拉取值，其张拉程序为：0→σcon锚固
设计时为减少预应力筋的松弛损失，预应力筋的超张拉程序为：0→1.05σcon（持荷2min）→σcon锚固
当采用锥销锚具或夹片锚具时，预应力筋的超张拉程序为：0→1.03σcon锚固
项目五
预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
（5） 张拉伸长值校核和预应力检验：为了了解预应力值建立的可靠性，需对所张拉的预应力筋应力及损失进行检验和测定，以便在张拉时补足和调整预应力值。检验预应力损失的最方便的方法是在后张法中将预应力筋张拉24h以后（未进行孔道灌浆前），再重张拉一次，测读出两次应力之差，即为预应力损失。
在张拉过程中必要时还应测定预应力筋的实际伸长值，用以对预应力值进行校核。对张拉伸长值进行校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩阻力损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常现象等。
预应力筋张拉伸长值的测量，应在建立初应力之后进行。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2015）的规定，如实际伸长值比计算伸长值大10％或小5％，应暂停张拉，在采取措施予以调整后，方可继续。
此外，在锚固时应检查张拉端预应力筋的内缩值，以免由于锚固引起的预应力损失超过设计值。如实测的内缩量大于规定值，则应改善操作工艺，更换锚具或采取超张拉方法以弥补。
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预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
（6） 张拉注意事项：
① 预应力筋张拉时，构件混凝土强度应按设计规定，但不宜低于设计强度的70％，以减少混凝土收缩、徐变和弹性压缩的应力损失。块体拼装的预应力构件，其拼装立缝处的混凝土或砂浆强度如设计无规定时，不应低于块体混凝土设计强度等级的40%，且不得低于15MPa。
② 对配有多根预应力筋的构件，不能同时张拉，只能分批、对称地进行张拉。对称张拉是为避免张拉时构件截面呈过大的偏心受压状态。分批张拉，要考虑后批预应力筋张拉时产生的混凝土弹性压缩，会对先批张拉的预应力筋的应力产生影响。
③ 对平卧叠浇的预应力混凝土构件，如后张法预应力混凝土屋架等构件，一般在施工现场平卧重叠制作，重叠层数为3～4层，其张拉顺序宜先上后下逐层进行。为了减少上下层之间因摩擦引起的预应力损失，可逐层加大张拉力。预应力筋逐层加大值，应根据有关单位试验研究与大量工程实践，得出不同预应力筋与不同隔离层的平卧重叠构件逐层增加的张拉力百分数的参考值（表5-4）。对钢丝、钢绞线、热处理钢筋，底层张拉力不宜比顶层张拉力大5％；对冷拉HRB335级、HRB400级钢筋，不宜比顶层张拉力大9％，且不得超过表5-4规定。
项目五
预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
5. 孔道灌浆与封锚
预应力筋张拉锚固后，即可进行孔道灌浆。孔道灌浆的目的是保护预应力筋，以免锈蚀，增加结构的整体性和耐久性，提高结构的抗裂性和承载能力。有些试验结果提出：预应力筋张拉后立即灌浆，可减少20％～30％的应力松弛损失。
灌浆所用的水泥浆，应有足够的强度和粘结力，且应有足够流动性和较小的干缩性和泌水性。水泥浆的抗压强度不应小于30N/mm2。宜选用水泥标号不低于425#的普通硅酸盐水泥配制水泥浆，水灰比一般不应大于0.45，流动度为120～170mm，水泥浆搅拌后3h的泌水率宜控制在2％，最大不得超过3％，泌水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收。此外在水泥浆中可掺入适量的减水剂（占水泥重量0.25％的木质素磺酸钙或FDN）和膨胀剂（掺水泥重量0.05‰的铝粉）等，以改善水泥浆的性能。为使预应力筋不受腐蚀，水泥浆中不得掺入氯化物、硫化物以及硝酸盐等。
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预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
灌浆用的水泥浆搅拌好后必须通过过滤网置于储浆桶内，并不断搅拌，以防泌水沉淀。灌浆工作应连续地进行，不得中断，并应排气通顺，防止空气压入孔道内而影响灌浆质量。在孔道两端冒出浓浆并封闭排气孔后，再继续加压至0.5～0.6N/mm2，压力过大时，容易胀裂孔壁。灌浆的顺序宜先下后上，以免上层孔道漏浆堵塞下层孔道。直线孔道灌浆时，应从构件的一端灌向另一端。曲线孔道灌浆时，应从孔道最低处向两端进行。当孔道排气不畅时，应检查原因，排除故障后才能继续灌注。当水泥浆强度达15N/mm2时，方能移动构件；水泥浆强度达100％设计强度后允许吊装。对不掺外加剂的水泥浆，可采用二次灌浆以提高灌浆的密实性。
根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2015）的规定，锚具的封闭保护应符合设计要求。当设计无具体要求时，应符合以下规定：应采取防止锚具腐蚀和遭受机械损伤的有效措施；凸出式锚固端锚具的保护层厚度不应小于50mm；对于外露预应力筋的保护层厚度，处于正常环境时不应小于20mm，处于易受腐蚀的环境时不应小于50mm。
项目五
预应力混凝土施工
二、 后张法
任务三 构件制作及预应力施工
电热张拉法多用于圆形结构（如水泥罐、油罐等），它是利用热胀冷缩的原理，在预应力筋上通以低电压强电流，使钢筋受热后热胀伸长，待达到设计的伸长值时加以锚固，停电后钢筋冷缩，使混凝土构件产生预应力。电热张拉法是一种很好的张拉方法，具有设备简单、操作容易、无摩擦损失、施工安全等优点。但其耗电量大，若材质不均匀，用伸长值控制应力不易准确，只适用于冷拉钢筋作预应力筋的一般结构。对抗裂要求较高的结构，采用波纹管或其他金属管作预留孔道的结构，不得采用电热张拉法。电热张拉法施工工艺流程如图5-6所示。
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预应力混凝土施工
三、 电热张拉法
任务三 构件制作及预应力施工
钢筋伸长值计算
电热张拉法是以控制钢筋伸长值来建立钢筋的预应力值。因此，正确地计算钢筋电热伸长值，是电热张拉法的关键。钢筋伸长值可按下式计算：
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预应力混凝土施工
三、 电热张拉法
2. 钢筋通电后的温度计算钢筋通电后，当伸长值达到规定时，钢筋温度的计算值T为：
任务三 构件制作及预应力施工
3. 电热设备的选择
电热设备的选择包括变压器、导线和导电夹具的选择。
（1） 变压器的选择：变压器最好选用低压变压器，电热张拉时所需要的功率P可按下列近似公式计算：
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预应力混凝土施工
三、 电热张拉法
（2） 导线和导电夹具选择：从电源接到变压器的一次导线，可用普通绝缘硬铜线或铝线；从变压器与预应力筋连接的二次导线，可用绝缘软铜丝绞线。导线愈短愈好，一般不超过10m。铜线的控制电流密度不超过5A/mm2，铝线的控制电流密度不超过3A/mm2。
任务三 构件制作及预应力施工
4. 电热张拉工艺注意事项
采用电热张拉法建立预应力值，是要求很高的施工工艺，因此在电热张拉施工中应注意下列事项：
（1） 电热张拉正式开始前，应做好钢筋的绝缘处理，防止通电后产生分流和短路现象，影响电热张拉的效果和顺利进行。
（2） 穿入钢筋接好导线后，应检查各预应力筋的松紧程度是否一致，并建立相同的初应力（其值一般为5％σcon～10％σcon）。
（3） 作出测量伸长值的标记，并将其中一端固定顶紧，使测量伸长值集中于一端进行，以保证其准确性。
（4） 正式电热张拉前应进行试张拉，认真检查电热系统的线路、次级电压、电流、电压降和绝缘情况是否符合要求。
（5） 在正式电热张拉过程中，应随钢筋的伸长随时拧紧螺帽，或插入兀形垫板，直至达到预定的伸长值停电为止。
（6） 停电冷却经过12h后，将预应力筋、螺母、垫板和预埋铁板互相焊牢，然后即可浇筑混凝土或进行孔道灌浆。
（7） 进行电热张拉时，构件两端必须设置安全防护措施，操作人员必须穿胶鞋、戴绝缘手套，并站在构件侧面操作。（8） 在电热张拉中应经常检查和测量一、二次导线的电压、电流、钢筋和孔道的温度、通电时间等，若发现异常应停电检查，但电热张拉重复次数不宜超过3次。
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预应力混凝土施工
三、 电热张拉法
任务四 构件养护及质量验收
《建筑施工技术》
任务四 构件养护及质量验收
预应力筋张拉完毕后，立即绑扎骨架、立模、浇筑混凝土。台座内每条生产线上的构件，其混凝土应连续一次浇完。混凝土必须振捣密实，特别对构件的端部，更要注意加强振捣，以保证混凝土强度和粘结力。浇筑和振捣混凝土时，要注意不可碰击预应力筋，在混凝土未达到一定程度前，不允许碰接或踩动预应力筋；当叠层生产时，必须待下层混凝土强度达8～10N/mm2后方可进行。
混凝土可采用自然养护或湿热养护。当采用湿热养护时，采取二次升温制。初次升温的温差不宜超过20℃，当构件混凝土强度达到7.5～10N/mm2时，再按一般规定继续升温养护，这样可以减少预应力的损失。
项目五
预应力混凝土施工
本章重难点回顾
1.应力松弛、超张拉
2.先张法
项目五
预应力混凝土施工

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