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(共22张PPT)
单元5 预应力混凝土工程施工
5.1 预应力筋的检验
5.1.1预应力混凝土的基本原理
混凝土拉应变值为0.0001～0.00015mm，对应的钢筋应力20～30MPa。允许出现裂缝也只限制在0.2～0.3mm，此时对应150～250MPa。HRB335级钢筋的屈服应力为335MPa，可见出现允许最大裂缝时，钢筋的抗拉强度仍未能发挥。
联想：普通钢筋混凝土结构抗拉强度低的缺点使混凝土过早开裂，限制自身的发展。能否利用混凝土抗压强度高的特点来帮助抗拉呢？
预应力混凝土就是解决这一问题的有效方法。
混凝土是抗压强度高而抗拉强度低。抗拉强度不仅很低，只有抗压强度的1/10~1/15，而且很不可靠。它的抗拉变形能力也很小，如同玻璃一样是脆性的，破坏前没有明显预兆。因此素混凝土只能用于柱墩、重力式挡土墙、地坪、路面等以受压为主的场合，而不能用梁、板等受弯结构。
为弥补混凝土抗拉强度太低的缺点，人们首先想到的是对混凝土预期出现拉应力的部位用钢筋来加强，即用钢筋来代替混凝土承担拉力。
这种用混凝土受压、用钢筋受拉的钢筋混凝土用途很广、优点很多，但也存在着一个难以克服的本质上的缺陷—开裂。所有钢筋混凝土受弯、受拉构件，不管配筋少还是配筋多，在使用状态下几乎无不开裂，以致影响它的应用范围与发展前途。
图5-1 预应力原理在木桶上的应用 图5-2 预应力构件的受力
（a木桶（b竹箍分离体图（c板块分离体 （a预压力作用下 （b荷载作用下
（c预压力和荷载共同作用下
国外预应力技术最早在1896年由奥地利的孟特尔提出，而先将预应力混凝土技术用于实用阶段的是法国工程师弗雷西奈（F.Freyssinet），他在对混凝土和钢材受力性能进行了大量研究和总结前人经验的基础上，考虑到混凝土收缩和徐变产生的损失，于1928年指出了预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土。
预应力混凝土:根据需要人为地引入某一数值的反向荷载，用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土。
5.1.2预应力混凝土结构的特点及适用性
预应力混凝土结构的主要优点：
1、能充分利用高强度钢筋、高强度混凝土，减少了钢筋用量；构件截面小，减轻了结构自重，工程造价也相应的降低；
2、预应力能使构件受拉区推迟或避免开裂，提高了构件的抗裂性能；
3、由于预应力混凝土构件在使用阶段不带裂缝工作或裂缝很小，所以构件的截面刚度较大；同时，预应力使构件产生反拱，从而减小了荷载作用下构件的挠度；
4、由于预应力提高了构件的抗裂性能和刚度，减小了构件的截面尺寸和自重，从而扩大了钢筋混凝土结构的应用范围，使之适用于较大荷载和较大跨度；
5、预应力技术的采用，对装配式钢筋混凝土结构的发展起到了重要的作用。
预应力混凝土存在的问题与不足：
尽管预应力混凝土有上述优点，但也带来了另一方面的问题，就是制作构件时增加了张拉工序、灌浆机具以及锚固装置等专用设备，同时制作技术也比钢筋混凝土复杂得多。所以跨度较小的梁和板，不承受拉力的拱与柱子等就不适宜采用预应力结构。
因此，不是在任何场合都可以用预应力混凝土来代替普通钢筋混凝土的，而是两者各有合理应用范围。
按照张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序，建立预应力的方法有：先张法和后张法。
1、先张法 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 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、有粘结
预应力筋沿全长均与周围混凝土相粘结。
4、无粘结 预应力筋沿全长与周围混凝土能发生相对滑动。
先张法
后张法
后张法
5.1.3预应力钢筋的种类
预应力混凝土结构有非预应力钢筋和预应力钢筋两种。预应力钢筋目前较常见的有以下几种。
1、钢绞线
一般是由几根碳素钢丝在绞丝机上围绕一根中心钢丝顺一个方向进行螺旋状绞合，再经低温回火处理而成。
图5-3 预应力钢绞线表面及截面形状
D-钢绞线直径；d0-中心钢丝直径；d-外层钢丝直径
2、高强钢丝
高强钢丝是用优质碳素钢热轧盘条经冷拔制成，再用机械方式对钢丝进行压痕处理形成刻痕钢丝，对钢丝进行低温（一般低于500℃）矫直回火处理后即成为矫直回火钢丝。
3、热处理钢筋
热处理钢筋是由普通热轧中碳低合金钢经淬火和回火的调质热处理或轧后冷却方法制成。
（a） (b)
图5-4 热处理钢筋外形
（a）带纵肋；(b)无纵肋
4、精轧螺纹钢筋
精轧螺纹钢筋是用热轧方法在整个钢筋表面上轧出不带纵肋的螺纹外形，如图5-5所示。
图5-5 精轧螺纹钢筋外形
5.1.4预应力筋的检验
1、钢丝的检验
钢丝应成批验收，每批应由同一牌号、同一规格、同一生产工艺制成的钢丝组成，质量不大于60ｔ。
（1）外观检查
对钢丝应进行逐盘检查。钢丝表面不得有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污。钢丝的直径检查，按总盘数的10％选取，但不得少于6盘。
（2）力学性能试验
钢丝的外观检查合格后，从每批中任意选取10％（不少于6 盘）的钢丝，在每盘钢丝的两端各截取一个试样，一个做拉伸试验（伸长率与抗拉强度），一个做弯曲试验。如有某一项试验结果不符合要求，则该盘钢丝为不合格品；再从同一批未经试验的钢丝中截取双倍数量的试样进行复验，如仍有某一项试验结果不合格，则该批钢丝为不合格品。
２、钢绞线的检验
1）钢绞线应成批验收，每批应由同一牌号、同一规格、同一生产工艺制成的钢绞线组成，每批质量不大于60ｔ。
2）钢绞线的屈服强度和松弛试验，每季度由生产厂家抽验一次，每次至少一根。
3）从每批钢绞线中任取3盘，进行表面质量、直径偏差、捻距和力学性能试验，其试验结果均应符合预应力混凝土用钢绞线的规定。如有一项指标不合格时，则该盘为不合格品；再从未试验的钢绞线中取双倍数量的试样，进行不合格项目的复验，如仍有一项不合格，则该批判为不合格品。
3、热处理钢筋的检验
热处理钢筋也应成批验收，每批由同一外形截面尺寸、同一热处理制成和同一炉号的钢筋组成。
（1）外观检查
从每批钢筋中选取10％的盘数（不少于25盘），进行表面质量与尺寸偏差检查，钢筋表面不得有裂纹、结疤和折叠，允许有局部凸块，但不得超过螺纹筋的高度。
（2）拉伸试验
从每批钢筋中选取10％的盘数（不少于25 盘），进行拉伸试验。如有一项指标不合格，则该盘钢筋为不合格品；再从未试验过的钢筋中截取双倍数量的试样进行复验，如仍有一项指标不合格，则该批判为不合格品。
4、精轧螺纹钢筋验收
（1）外观检查
精轧螺纹钢筋的外观质量，应逐根检查。钢筋表面不得有锈蚀、油污、横向裂纹、结疤。允许有不影响钢筋力学性能、工艺性能以及连接的其他缺陷。
（2）力学性能试验
精轧螺纹钢筋的力学性能，应抽样试验。每验收批重量不大于60t。从中任取两根，每根取两个试件分别进行拉伸和冷弯试验。当有一项试验结果不符合标准规定时，应取双倍数量试件重做试验。复验结果仍有一项不合格时，该批高强精轧螺纹钢筋判为不合格品。
5.1.5预应力混凝土的应用
常应用于桥梁、建筑、轨枕、电杆、桩、压力管道、贮罐、水塔等，而且也扩大应用到高层、高耸、大跨、重载与抗震结构、土木工程、能源工程、海洋工程、海洋运输等许多新的领域。
1、预应力楼板
2、预应力桥面梁板斜拉索桥
3、原子反应堆压力容器
4、大悬臂结构
预应力轨枕
屋面板
1000T预应力箱梁吊装（杭州湾大桥）
杭州五塔双索面预应力混凝土斜拉桥

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