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学习情境五 预应力混凝土工程
建筑施工技术
学习单元1
了解先张法施工
学习单元2
了解后张法施工
学习情境五 预应力混凝土工程
学习单元1
了解先张法施工
先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时固定在台座或钢模上，然后再浇筑混凝土的施工方法。待混凝土达到一定强度（一般不低于设计强度等级的75％），保证预应力筋与混凝土有足够粘结力时，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，使混凝土产生预压应力。
学习情境五 预应力混凝土工程
一、先张法施工设备
先张法的施工设备主要有台座、夹具和张拉设备等。
（一）台座
台座是先张法生产的主要设备之一，它承受预应力筋的全部张拉力。因此，台座应有足够的强度、刚度和稳定性，以免因变形、倾覆、滑移而引起预应力值的损失。台座按构造形式不同分为墩式和槽式两类，选用时应根据构件的种类、张拉墩位和施工条件而定。
1.墩式台座
墩式台座由承力台墩、台面和横梁组成，
如右图所示。
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2.槽式台座
槽式台座由钢筋混凝土压杆和上、下横梁以及砖墙等组成，如下图所示。
（二）夹具
1.夹具的要求
1）夹具的各部件质量必须合格，预应力筋夹具组装件的锚固性能必须满足结构要求。
2）夹具的静载锚固性能，应由预应力筋夹具组装件静荷载试验测定的夹具效率系数确定。夹具效率系数 按下式计算：
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3）当预应力夹具组装件达到实际极限拉力时，全部零件不应出现肉眼可见的裂缝和破坏。
4）有良好的自锚性能。
5）有良好的松锚性能。
6）能多次重复使用。
2.张拉夹具
1）偏心式夹具。偏心式夹具用作钢丝的张拉。它是由一对带齿的有牙形偏心块组成的，如下图所示。偏心块可用工具钢制作，其刻齿部分的硬度较所夹钢丝的硬度大。这种夹具构造简单，使用方便。
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2）压销式夹具。压销式夹具是用于直径为12～16mm的HPB300～HRB400级钢筋的张拉夹具，它是由销片和楔形压销组成的，如下图所示。销片2、3有与钢筋直径相适应的半圆槽，槽内有齿纹用以夹紧钢筋。当楔紧或放松楔形压销4时，便可夹紧或放松钢筋。
3.锚固夹具
1）钢质锥形夹具。钢质锥形夹具主要用来锚固直径为3～5mm的单根钢丝夹具，如下图所示。
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2）墩头夹具。墩头夹具适用于预应力钢丝固定端的锚固，如下图所示。
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（三）张拉设备
张拉设备要求工作可靠，控制应力准确，能以稳定的速度加大拉力。常用的张拉设备有油压千斤顶、电动卷扬张拉机、电动螺杆张拉机等。
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二、先张法施工工艺
先张法施工工艺如下图所示。
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（一）预应力筋张拉
预应力筋张拉应根据设计要求，采用合适的张拉方法、张拉顺序、张拉设备及张拉程序进行，并应有可靠的质量保证措施和安全技术措施。
1.张拉控制应力
预应力筋的张拉工作是预应力施工中的关键工序，应严格按设计要求进行。
其最大张拉控制应力不得超过下表的规定。
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2.张拉程序
预应力筋张拉程序有以下两种：
以上两种张拉程序是等效的，施工中可根据构件设计标明的张拉力大小、预应力筋与锚具品种、施工速度等选用。
3.张拉力
预应力筋的张拉力根据设计的张拉控制应力与钢筋截面面积及超张拉系数之积而定。
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（二）混凝土浇筑和养护
混凝土的强度等级不得小于C30，构件应避开台面的温度缝，当不能避开时，在温度缝上可先铺薄钢板或垫油毡，然后再浇筑混凝土。为保证钢丝与混凝土有良好的粘结，浇筑时振动器不应碰撞钢丝，混凝土未达到一定强度前，也不允许碰撞或踩动钢丝。
混凝土的用水量和水泥用量必须严格控制，混凝土必须振捣密实，以减少混凝土由于收缩徐变而引起的预应力损失。
（三）预应力筋放张
应根据放张要求，确定合适的放张顺序、放张方法及相应的技术措施。
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学习单元2
了解后张法施工
一、锚具及张拉设备
（一）锚具
锚具是后张法结构或构件中为保持预应力筋拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。锚具的类型很多，每种类型都各有其一定的适用范围。按使用情况，锚具常分为单根钢筋锚具、成束钢筋锚具和钢丝束锚具等。
（二）张拉设备
1.拉杆式千斤顶（YL型）
拉杆式千斤顶是单作用千斤顶，由缸体、活塞杆、撑脚和连接器组成。最大张拉力为600kN，张拉行程为150mm，适用于张拉以螺丝端杆锚具为张拉锚具的预应力钢筋。拉杆式千斤顶构造简单，操作方便，应用范围广。
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2.穿心式千斤顶（YC型）
穿心式千斤顶适用于张拉各种形式的预应力筋，是目前我国预应力混凝土构件施工中应用最为广泛的张拉机械。YC-60型穿心式千斤顶加装撑脚、张拉杆和连接器后，就可以张拉以螺丝端杆锚具为张拉锚具的单根粗钢筋，张拉以锥形螺杆锚具和DM5A型镦头锚具为张拉锚具的钢丝束。YC-60型穿心式千斤顶增设顶压分束器，就可以张拉以KT-Z型锚具为张拉锚具的钢筋束和钢绞线束。
3.锥锚式千斤顶（YZ型）
锥锚式千斤顶主要用于张拉KT-Z型锚具锚固的钢筋束或钢绞线束和使用锥形锚具的预应力钢丝束。其张拉油缸用以张拉预应力筋，顶压油缸用以顶压锥塞，因此又称为双作用千斤顶。
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二、预应力筋的制作
（一）单根粗预应力钢筋的制作
单根粗钢筋预应力筋的制作包括配料、对焊、冷拉等工序。预应力筋的下料长度应计算确定。应考虑预应力筋钢材品种、锚具形式、焊接接头、钢筋冷拉伸长率、弹性回缩率、张拉伸长值、构件孔道长度、张拉设备与施工方法等因素。
（二）钢筋束的制作
钢筋束由直径为12mm的细钢筋编束而成。钢绞线束由直径为12mm或15mm的钢绞线编束而成，每束3～6根，一般不需对焊接长。预应力筋的制作工序一般包括开盘、冷拉、下料、编束。下料是在钢筋冷拉后进行，下料时宜采用切断机或砂轮锯切机，不得采用电弧切割。钢绞线下料前需在切割口两侧各50mm处用铁丝绑扎，切割后对切割口应立即焊牢，以免松散。
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（三）钢丝束的制作
钢丝束的制作，根据锚具形式的不同，制作方式也有差异，一般包括调直、下料、编束和安装锚具等工序。
用钢质锥形具锚固的钢丝束，其制作和下料长度计算基本上同钢筋束。
用镦头锚具锚固的钢丝束，其下料长度应力求精确，对直的或一般曲率的钢丝束，下料长度的相对误差要控制在L／5000以内，并且不大于5mm。为此，要求钢丝在应力状态下切断下料，下料的控制应力为3.0MPa。钢丝下料长度，取决于是否是A型或B型锚具以及一端张拉或两端张拉。
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三、后张法工艺
后张法施工工艺如下图所示。
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（一）预留孔道
构件预留孔道的直径、长度、形状由设计确定，如无规定，孔道直径应比预应力筋直径的对焊接头处外径或需穿过孔道的锚具或连接器的外径大10～15mm；钢丝或钢绞线孔道的直径应比预应力束外径或锚具外径大5～10mm，且孔道面积应大于预应力筋的两倍，以利于预应力筋穿入，孔道之间净距和孔道至构件边缘的净距均不应小于25mm。
预应力筋的孔道可采用钢管抽芯、胶管抽芯、预埋管等方法成型。
（二）预应力筋张拉
1.混凝土的强度
预应力筋的张拉是制作预应力构件的关键，必须按规范的有关规定精心施工。
2.张拉控制应力及张拉程序
预应力张拉控制应力应符合设计要求，且最大张拉控制应力不能超过设计规定。
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3.张拉方法
张拉方法分一端张拉和两端张拉。两端张拉宜先在一端张拉，再在另一端补足张拉力。如有多根可一端张拉的预应力筋，宜将这些预应力筋的张拉端分别设在结构构件的两端，长度不大的直线预应力筋可一端张拉，曲线预应力筋应两端张拉。
4.张拉伸长值的校核
预应力筋张拉时，通过伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩阻损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常现象等。因此，对张拉伸长值的校核，要引起重视。
5.张拉顺序
选择合理的张拉顺序是保证施工质量的重要一环。当构件或结构有多根预应力筋（束）时，应采用分批张拉法，此时按设计规定进行，如设计无规定或受设备限制必须改变时，则应核算确定。张拉时宜对称进行，避免引起偏心。
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（三）孔道灌浆
有粘结的预应力，其管道内必须灌浆，灌浆需要设置灌浆孔（或泌水孔），根据相关经验，得出设置泌水孔道的曲线预应力管道的灌浆效果好。一般以一根梁上设三个点为宜，灌浆孔宜设在低处，泌水孔可相对高些，灌浆时可使孔道内的空气或水从泌水孔顺利排出，其位置如下图所示。
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四、无粘结预应力施工
（一）无粘结预应力束的张拉
无粘结预应力束的张拉与后张法带有螺丝端杆锚具的有粘结预应力钢丝束张拉相似。张拉程序一般采用0→103％ 进行锚固。由于无粘结预应力束一般为曲线配筋，故应采用两端同时张拉法。无粘结预应力束的张拉顺序，应根据其铺设顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。
（二）锚头端部处理
无粘结预应力束锚头端部处理的办法，目前常用的有两种：一是在孔道中注入油脂并加以封闭；二是在两端留设的孔道内注入环氧树脂水泥砂浆，将端部孔道全部灌筑密实，以防预应力筋发生局部锈蚀。
（三）无粘结筋端部处理
无粘结筋的锚固区，必须有严格的密封防护措施，防止水汽进入而锈蚀预
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应力筋。当锚环被拉出后，应向端部空腔内注防腐油脂。之后再用混凝土将板端外露锚具封闭好，避免长期与大气接触而造成锈蚀。
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五、电热张拉法施工
电热张拉法（简称电张法）是利用热胀冷缩原理，在钢筋上通以低电压强电流使之热胀伸长，待达到要求的伸长值时立即锚固，随后停电冷缩，使混凝土构件产生预压应力。电张法的施工工艺流程如下图所示。

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