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第6章 预应力混凝土工程
6.1 先张法
6.2 后张法
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6.1 先张法
6.1.1先张法施工设备—台座
台座是先张法施工张拉和临时固定预应力筋的支撑结构，它承受预应力筋的全部张拉力，因此，要求台座具有足够的强度、刚度和稳定性。台座按构造分为墩式台座和槽式台座，选用时根据构件种类、张拉吨位和施工条件确定。
1.墩式台座
墩式台座由台墩、台面与横梁等组成，目前应用较多，如图6-1所示。墩式台座的长度一般为100~150m，一条线上可生产的构件数量可根据单个构件长度，并考虑两构件相邻端头距离0.5m、台座横梁到第一个构件端头距离1.5m左右进行计算。台座宽度取决于构件的布筋宽度、张拉与现浇混凝土是否方便。在台座端部应留出张拉操作用地和通道，两侧要有用于构件运输和堆放的场地。
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6.1 先张法
2.槽式台座
槽式台座由端柱、传力柱、柱垫、横梁和台面等组成，既可承受张拉力，又可做蒸汽养护槽，适用于张拉吨位较大的构件，如吊车梁、屋架、薄腹梁等。槽式台座如图6-2所示，其长度一般不大于76m，宽度随构件外形及制作方式而定。槽式台座一般与地面相平，以便运送混凝土和蒸汽养护，但需考虑排水和地下水位等问题。端柱、传力柱的端面必须平整，对接接头必须紧密，柱与柱垫连接必须牢靠。
6.1.2先张法施工工艺及施工要点
先张法施工工艺流程如图6-3所示。
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6.1 先张法
1.预应力筋铺设
预应力筋铺设前应在台面涂隔离剂，隔离剂不得使预应力筋受污，以免影响预应力筋与混凝土的粘结。如果预应力筋受到污染，应用适宜的溶剂加以清洗。生产过程中应防止雨水冲刷台面上的隔离剂。
2.预应力张拉
(1)预应力筋张拉。
(2)预应力筋伸长值与应力的测定。实际伸长与计算伸长值的偏差超过±6%时，应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。预应力筋的伸长值△五按下式计算:
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6.1 先张法
图解法是建立直角坐标，伸长值为横坐标，张拉应力为纵坐标，将各级张拉力的实测伸长值标在图上，绘制张拉力与伸长值关系曲线CAB，然后延长此线与横坐标交于O1点，则OO1段即为推算伸长值，如图6-4所示。
预应力筋的位置不允许有过大偏差，对设计位置的偏差不得大于5mm，也不得大于构件截面最短边长的4%。
多根钢丝同时张拉时，必须事先调整初应力，使其相互间的应力一致。断丝和滑脱钢丝的数量不得大于钢丝总数的3%，一束钢丝中只允许断丝一根。在浇筑混凝土前，断丝或滑脱的预应力钢丝必须予以更换。
采用钢丝作为预应力筋时，不做伸长值校核，但应在钢丝锚固后，用钢丝内力测定仪检查钢丝的预应力值，其偏差不得大于或小于设计规定相应阶段预应力值的5%。
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6.1 先张法
(3)张拉注意事项。
1)台座法张拉时，应从台座中间向两侧对称进行，防止过大偏心损坏台座;多根成组张拉时，各预应力钢筋的初应力应一致;张拉时拉速应平稳，锚固松紧一致，敲击楔块不得过猛，设备缓慢放松。
2)张拉时，张拉机具与预应力筋应在一条直线上;同时在台面上每隔3~4m放一根圆钢筋头或相当于保护层厚度的其他垫块，防止预应力筋因自重而下垂。
3)张拉完的预应力筋位置偏差应毛5mm，且不大于构件截面短边的400;冬季张拉时，环境温度不应低于-15℃。
4)若钢丝在张拉过程中发生断丝或滑脱，应予以更换。
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6.1 先张法
5)台座两端应有防护设施。张拉时沿台座长度方向每隔4~5m放一个防护架。张拉时，严禁正对钢筋张拉的两端站立人员，也不准无关人员进入台座，防止断筋回弹伤人。
3.混凝土浇筑与养护
为了减少预应力损失，在设计配合比时应考虑减少混凝土的收缩和形变，应采用低水灰比，控制水泥用量，采用良好的级配并振捣密实。
振捣混凝土时，振动器不得碰撞预应力钢筋。混凝土未达到一定强度前，也不允许碰撞和踩动预应力筋，以保证预应力筋与混凝土有良好的粘结力。
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6.1 先张法
4.预应力筋放张
(1)放张要求。放张预应力筋时，混凝土应达到设计要求的强度;若设计无要求，应不低于设计混凝土强度等级的75%。
(2)放张顺序。预应力筋的放张顺序，应满足设计要求;设计无要求时，应满足下列规定:
1)轴心受预压构件(如压杆、桩等)所有预应力筋应同时放张。
2)偏心受预压构件(如梁等)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大区域的预应力筋。
3)不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错放张，以防在放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。
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6.1 先张法
(3)放张方法。配筋不多的中小型构件，钢丝用砂轮锯或切断机等方法放张。配筋多的钢筋混凝土构件，钢丝应同时放张，如逐根放张，最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，使构件端容易开裂。放张的常用方法有千斤顶放张、砂箱放张、楔块放张、预热熔割、钢丝钳或氧炔焰切割等。
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6.2 后张法
6.2.1有粘结预应力施工
有粘结预应力施工工艺流程如图6-5所示。
1.预留孔道
预应力筋孔道形状有直线、曲线和拆线三种类型。其曲线坐标应符合设计图纸要求。
(1)预应力筋线型数据计算。在预应力混凝土构件和结构中，常见的预应力筋布置有以下几种形状:
1)单抛物线形(图6-6)。预应力筋单抛物线形布置适用于简支梁。
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6.2 后张法
2)正、反抛物线形(图6-7)。
图中，抛物线方程为
3)直线与抛物线形相切(图6-8)。预应力筋直线与抛物线形相切布置适用于多跨框架梁的边跨梁外端，其优点是可以减少框架梁跨中及内支座处的摩擦损失。预应力筋外形在梁端区段为直线而在跨中区段为抛物线，两段相切于B点，切点至梁端的距离L1按下式计算:
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6.2 后张法
(2)金属螺旋管安装。金属螺旋管又称波纹管，是用冷轧钢带或镀锌钢带在卷管机上压波后螺旋咬合而成，按照截面形状分为圆形和扁形。
(3)设置灌浆孔和排气孔。在预应力筋孔道两端，应设置灌浆孔和排气孔。灌浆孔设置在锚垫板上或利用灌浆管引至构件外，孔径应能保证浆液畅通，一般不宜小于20mm。曲线预应力筋孔道的每个波峰处，应设置排气管。木塞应抵紧螺旋管，并应固定，严防混凝土振捣时脱开(图6-9)。对现浇预应力结构金属螺旋管留孔，其做法是在螺旋管上开口，用带嘴的塑料弧形压板与海绵垫片覆盖并用铁丝扎牢，再接增强塑料管(外径20mm、内径16mm)，如图6-10所示。为保证留孔质量，金属螺旋管上可先不开孔，在外接塑料管内插一根钢筋;待孔道灌浆前，再用钢筋打穿螺旋管。
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6.2 后张法
2.预应力筋制作与穿束
(1)预应力筋制作。钢绞线下料宜用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割。钢绞线编束宜用20号铁丝绑扎，间距2~3m。编束时，应先将钢绞线理顺，并尽量使各根钢绞线松紧一致。如钢绞线单根穿人孔道，则不编束。采用夹片锚具，以穿心式千斤顶在构件上张拉时，钢绞线下料长度L(图6-11)按下式计算。
1)两端张拉:
2)一端张拉:
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6.2 后张法
(2)预应力筋穿束。根据穿束与浇筑混凝土之间的先后关系，预应力筋穿束可分为先穿束法和后穿束法两种。
1)先穿束法。该法穿束省力，但穿束占用工期，束的自重引起的波纹管摆动会增大摩擦损失，束端保护不当易生锈。按穿束与预埋波纹管之间的配合，又可分为以下三种情况:
①先穿束后装管:将预应力筋先穿入钢筋骨架内，然后将螺旋管逐节从两端套入并连接。
②先装管后穿束:将螺旋管先安装就位，然后将预应力筋穿入。
③两者组装后放入:在梁外侧的脚手架上将预应力筋与套管组装后，从钢筋骨架顶部放入就位，箍筋应先做成开口箍，再封闭。
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6.2 后张法
2)后穿束法。该法在混凝土养护期内进行，不占工期，便于用通孔器或高压水通孔;穿束后即行张拉，有利于防锈，但穿束较为费力。
3.预应力筋张拉与锚固
(1)张拉准备工作。张拉前的准备工作包括:确认混凝土强度达到设计强度的75%以上;张拉设备已送法定计量部门进行标定，锚具已经按规定进行检验;锚具及千斤顶安装。
(2)张拉方式。根据预应力筋形状、长度以及施工方法的不同，预应力筋张拉方式分为以下两种:
1)一端张拉方式。张拉设备放置在预应力筋一端，适用于长度≤30m的直线预应力筋与锚固损失影响长度L1 ≥ L/2(L为预应力筋长度)的曲线预应力筋;如设计人员根据计算资料或实际条件认为可以放宽以上限制，也可采用一端张拉，但张拉端宜分别设置于构件的两端。
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6.2 后张法
2)两端张拉方式。张拉设备放置在预应力筋两端，适用于长度>3Um的直线预应力筋与锚固损失影响长度L1 < L/2的曲线预应力筋。当张拉设备不足或由于张拉顺序安排的关系时，也可先在一端张拉完成后，再移至另一端张拉，补足张拉力后锚固。
(3)张拉顺序。预应力筋的张拉顺序，应保证混凝土不产生超应力、构件不扭转与侧弯、结构不变位等。因此，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。图6-12所示为预应力混凝土屋架下弦杆钢丝束的张拉顺序。图6-13所示为双跨预应力混凝土框架梁钢绞线束的张拉顺序。
(4)张拉程序。预应力筋的张拉操作程序主要根据构件类型、张拉锚固体系、松弛损失等因素确定。
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6.2 后张法
(5)张拉注意事项:
1)在预应力作业中，必须特别注意安全。因为预应力筋持有很大的能量，一旦预应力筋被拉断或锚具与张拉千斤顶失效，巨大能量急剧释放，就有可能造成很大危害。因此，任何情况下，作业人员均不得站在预应力筋的两端，同时在张拉千斤顶的后面应设立防护装置。
2)操作千斤顶和测量伸长值的人员，应站在千斤顶侧面操作，严格遵守操作规程。油泵开动过程中，不得擅自离开岗位。如需离开，必须把油泵阀门全部松开或切断电路。
3)张拉时应认真做到孔道、锚环与千斤顶三对中，以便张拉工作顺利进行，并不致增加孔道摩擦损失。
4)多根钢绞线束夹片锚固体系如遇到个别钢绞线滑移，可更换夹片，用小型千斤顶单根张拉。
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6.2 后张法
4.孔道灌浆
孔道灌浆是后张法预应力工艺的重要环节。预应力筋张拉完毕后，应立即进行孔道灌浆，以防预应力筋锈蚀，改善构件的受力性能。
灌浆时，留取标准水泥浆试块一组，每组六块。标准养护28d后检查其抗压强度，作为水泥浆质量的评定依据。
6.2.2无粘结预应力施工
无粘结预应力是指在预应力构件中的预应力筋与混凝土没有粘结力，预应力筋张拉力完全靠构件两端的锚具传递给构件。其具体做法是预应力筋表面刷涂料并包塑料布(管)后，将其铺设在支好的构件模板内，并浇筑混凝土，待混凝土达到规定强度后进行张拉锚固。
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6.2 后张法
无粘结预应力不需要预留孔道、穿筋、灌浆等复杂工作，施工程序简单，加快了施工速度;同时摩擦力小，且易弯成多跨曲线型，特别适用于大跨度的单、双向连续多跨曲线配筋梁板结构和屋盖。
1.无粘结预应力筋制作
无粘结预应力筋主要由预应力钢材、涂料层、外包层组成，如图6-14所示。
无粘结预应力筋所用钢材主要有消除应力钢丝和钢绞线。钢丝和钢绞线不得有死弯，有死弯时必须切断，每根钢丝必须通长，严禁有接点。预应力筋的下料长度计算，应考虑构件长度、千斤顶长度、墩头的预留量、弹性回弹值、张拉伸长值、钢材品种和施工方法等因素，具体计算方法与有粘结预应力筋计算方法基本相同。
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6.2 后张法
2.无粘结预应力筋施工
(1)预应力筋的铺设。无粘结预应力筋铺设前应检查外包层完好程度，有轻微破损者，用塑料带包好，破损严重者应予以报废。双向预应力筋铺设时，应先铺设下面的预应力筋，再铺设上面的预应力筋。
无粘结预应力筋应严格按设计要求的曲线形状固定牢固，可用短钢筋或混凝土垫块等架起控制标高，再用铁丝绑扎在非预应力筋上。绑扎点间距不大于1m，钢丝束的曲率可用铁马凳控制，马凳间距不宜大于2m。
(2)预应力筋的张拉。预应力筋张拉时，混凝土强度应符合设计要求，当设计无要求时，混凝土的强度应达到设计强度的75%后方可开始张拉。
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6.2 后张法
(3)预应力筋端部处理。
1)张拉端处理。预应力筋端部处理取决于无粘结筋和锚具种类。锚具通常从混凝土的端面缩进一定距离，前面做成一个凹槽，待预应力筋张拉锚固后，将外伸在锚具外的钢绞线切割到规定长度(要求露出夹片锚具外长度不小于30mm)，然后在槽内壁涂以环氧树脂类胶粘剂，
以加强新老材料间的粘结，再用后浇膨胀混凝土或低收缩防水砂浆或环氧砂浆密封。
无粘结预应力筋采用钢丝束墩头锚具时，其张拉端头处理如图6-15所示，其中塑料套筒供钢丝束张拉时，将锚环从混凝土中拉出，软塑料管用来保护无粘结钢丝末端因穿锚筒内产生的空隙，必须用油枪通过锚环的注油孔向套筒内注满防腐油脂，灌油后将外露锚具封闭好，避免长期与大气接触造成锈蚀。
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6.2 后张法
采用无粘结钢绞线夹片锚具时，张拉端头构造简单，无须另加设施。张拉端头钢绞线预留长度不小于150mm,割掉多余部分，然后在锚具及承压板表面涂以防水涂料，再进行封闭。锚固区可以用后浇的钢筋混凝土圈梁封闭，将锚具外伸的钢绞线散开、打弯，埋在圈梁内，如图6-16所示。
2)固定端处理。无粘结筋的固定端可设置在构件内。当采用无粘结钢丝束时，固定端可采用扩大的墩头锚板，并用螺旋筋加强，如图6-17 (a)所示。施工中，端头无粘结配筋时，需要配置构造钢筋，使固定端板与混凝土之间有可靠锚固性能。当采用无粘结钢绞线时，锚固端可采用压花成型，使固定端板与混凝土之间有可靠锚固性能。当采用无粘结钢绞线时，锚固端可采用压花成型，如图6-17(b)所示，埋置在设计部位。
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图6-1 墩式台座
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图6-2 槽式台座
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图6-3 先张法施工工艺流程
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图6-4 预应力筋实际伸长值图解法
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图6-5后张法有粘结预应力施工工艺流程(穿预应力筋也可在浇筑混凝土前进行)
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图6-6 单抛物线形
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图6-7 正、反抛物线形
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图6-8 直线与抛物线形相切
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图6-9 用木塞留灌浆孔
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图6-10螺旋管上留灌浆孔
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图6-11 钢绞线下料长度计算简图
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图6-12 屋架下弦杆预应力筋张拉顺序
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图6-13 框架梁预应力筋的张拉顺序
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图6-14 无粘结筋横截面示意图
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图6-15 墩头锚固系统张拉端处理
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图6-16 夹片式锚具张拉端处理
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图6-17无粘结筋固定端
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