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第7章 预应力混凝土工程
后张法
先在构件中预先留出预应力筋的孔道，待混凝土强度达到设计规定值后，在孔道内穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把张拉后的预应力筋锚固在构件的端部。预应力筋的张拉力，主要靠构件端部的锚具传给混凝土，使其产生压应力。张拉锚固后，立即在预留孔道内灌浆。
后张法优点：直接在构件上张拉，不需要台座，大型构件可分块制作，运送到现场拼接，利用预应力筋连成整体。所以灵活性较大，适宜于在现场预制的大型构件，特别是大跨度构件。
１－混凝土构件;２－预留孔道;
３－预应力筋;４－千斤顶;５－锚具
(a)制作混凝土构件 (b)张拉预应力筋 (c)锚固和孔道灌浆
后张法施工示意图
后张法生产工艺流程
后张法施工工艺过程：浇筑混凝土构件（预留孔道）→穿预应力筋并张拉锚固→孔道灌浆。
一、预应力筋制作、锚具和张拉机具
后张法中预应力筋、锚具和张拉机具是配套的。目前，后张法中常用预应力筋有单根粗钢筋、钢筋束(或钢绞线束)和钢丝束三类。锚具是后张法中，保持预应力筋拉力并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置，是建立预应力值和保证结构安全的关键，所以锚具须具有可靠的锚固能力。
1.锚具
后张法锚具主要分为支承式锚具、锥塞式锚具、夹片式锚具和握裹式锚具。
后张法张拉锚具 — 详细分类
（1）支承式锚具：可分为：1）螺母锚具；
2）精轧螺纹钢筋锚具；3）镦头锚具
（2）锥塞式锚具：又可分为：1）锥形锚具；
2）锥形螺杆锚具
（3）夹片式锚具：又可分为：1）单孔夹片锚具； 2）多孔夹片锚具（又有：XM型锚具、QM型锚具、QVM型锚具、BS型锚具）
（4）握裹式锚具：又可分为：1）挤压式锚具；
2）压花式锚具
（1）支承式锚具
支承式锚具包括螺母锚具、精轧螺纹钢筋锚具、镦头锚具和帮条锚具。张拉端一般用螺丝端杆锚具；固定端一般用帮条锚具或镦头锚具。
①螺母锚具 又称螺丝端杆锚具。由螺丝端杆和螺母及垫板三部分组成。由于螺母锚具构造等原因，目前已较少使用，多采用精轧螺纹钢筋锚具。
螺母
垫板
螺丝端杆
②精轧螺纹钢筋锚具 由螺母和垫板组成。连接器主要用于螺纹钢筋的接长。由于精轧螺纹螺角小、螺母厚，故防松效果和强度方面优于普通螺纹，目前使用较多。
精轧螺纹钢锚具、连接器
用于锚固直径为Φ25和Φ32的高强精轧螺纹钢筋，主要应用于预应力箱梁纵向施工、大型建筑屋架和岩土锚固中。由锚具、连接器、垫板组成，配用YG-70穿心式千斤顶和专用连接头进行张拉
螺母
垫板
连接器
螺丝端杆
③镦头锚具 是直接在预应力筋端部热镦、冷镦或锻打成型，穿过并支撑在锚环上。常用镦头锚具分DM5A型和DM5B型，DM5A型用于张拉端，由锚杯和螺母组成；DM5B型用于固定端，仅有一块锚板。
DM型镦头锚具 镦头锚具与预应力钢丝束
A型
B型
高强钢丝束
１－螺母；２－锚杯；３－锚板；４－排气孔；５－钢丝
(a)张拉端锚环与螺母； (b)固定端锚板
钢丝束镦头锚具
④帮条锚具 由帮条和衬板组成，帮条与预应力筋同级别钢筋，衬板采用普通低碳钢。帮条安装时，三根帮条互成120°，并垂直于衬板与预应力钢筋端部焊接而成，适用于锚固直径在12～40mm的冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋。
1-帮条；2-施焊方向；
3-衬板；4-主筋
帮条锚具
（2）锥塞式锚具
包括锥形锚具和锥形螺杆锚具。钢丝束一般由几根到几十根Φ3～5mm碳素钢丝组成。
①钢质锥形锚具（又称弗氏锚具） 由锚环和锚塞组成。适用于锚固钢丝束或钢筋。
GZ型钢质锥形锚具
张拉好的
钢质锥形锚具
锚环
锚塞
砼构件
锥形锚具
高强钢丝束
②锥形螺杆锚具 由锥形螺杆、套筒、螺母和垫板组成。适用于锚固钢丝束。使用时先将钢丝束均匀整齐地紧贴在螺杆锥体部分，套上套筒，用拉杆式千斤顶使端杆锥通过钢丝挤压套筒来锚紧钢丝。
（3）夹片式锚具
包括单孔夹片锚具和多孔夹片锚具。孔夹片锚具主要有单孔夹片锚具、JM型、XM型、QM型和BS型锚具等。
①单孔夹片锚具 套筒的内孔成圆锥形，三个夹片（或两个夹片）互成120°（或180°），夹片内槽刻有齿纹，以保证钢筋锚固，钢筋放在夹片中心。适用于夹持单根钢筋。
多孔夹片锚具分类
JM型锚具
XM型锚具
QM型锚具
BS型锚具
②JM型锚具 它由锚环与六片夹片组成。夹片呈扇形，用两侧的半圆槽锚固预应力筋。JM型锚具主要用于锚固钢筋束，也可用于锚固钢绞线束。JM型锚具也可兼做工具锚重复使用。
③XM型锚具 由锚板和三块夹片组成。XM型锚具适用于钢绞线束、钢丝束；单根和多根钢筋；既可单根张拉锚固，又可成组张拉锚固；可用作工作锚或工具锚。XM型锚具的特点是每根钢绞线都是分开锚固的，不会引起整束锚固失效，故XM型锚具通用性好，锚固性能可靠，施工方便，且便于高空作业。
有两片和三片，开缝一般是斜缝，如果开成直缝多为QM型锚具。
④QM型锚具 由锚板与夹片组成，与XM型锚具不同之处：锚孔是直的，锚板顶面是平的，夹片垂直开缝。此外，备有配套喇叭形铸铁垫板与弹簧圈等，由于灌浆孔设在垫板上，锚板尺寸可稍小。适用于钢绞线束。
夹片的区别
⑤BS型锚具 具采用钢垫板、焊接喇叭道与螺旋筋，灌浆孔设置在喇叭管上，并由塑料管引出适用于锚固钢绞线。
（4）握裹式锚具
握裹式锚具包括挤压式锚具和压花式锚具。仅能用于钢绞线束固定端。
1）挤压式锚具
又称P型锚具是由挤压头、螺旋筋、 P型锚板、约束圈组成，是在钢铰线端部安装钢丝衬圈和挤压套，利用挤压机将挤压套挤过模孔，使其产生塑性变形而握紧钢铰线，形成可靠锚固。用于固定端对钢绞线的挤压锚固。
固定端P型锚具组件 孔固定端锚具 VLM挤压套
P型固定端锚具构造图
GYJ挤压机
制作P型固定端锚具的专用挤压设备。
挤压好的挤压头
JY型挤压机
QVM型锚具（属于挤压式锚具） 【增加内容】
QM型锚具是1987年由中国建筑科学院结构所研究成功的。
QVM型锚具是1990年以柳州建筑机械厂为主研制成功的。
即把夹片改为挤压锚，但只能用在锚固端。
螺旋筋
挤压头
P型锚板
预应力筋
波纹管
VLM固定端P型锚具
应用于后张预应力构件的固定端，埋入构件中不作张拉用
②压花式锚具 是利用液压压花机将钢绞线端头压成梨形散花状的一种锚具。多根钢绞线梨形头应分排埋置在混凝土内。依靠压花头在混凝土中的锚固传递力。施工时，需要先埋入后施工。为提高压花锚四周混凝土及散花头根部混凝土抗裂强度，在散花头的头部配置构造筋，在散花头的根部配置螺旋筋，压花锚距构件截面边缘不小于30cm。第一排压花锚的锚固长度，对φ15钢绞线不小于95cm，每排相隔至少30cm。
2）压花式锚具
依靠压花头在混凝土中的锚固传递力。
施工时，需要先埋入后施工。
VLM单孔夹片式锚具 工具锚、工作夹片
锚具与千斤顶安装示意图 张拉端锚具构造图
扁形张拉端锚具（属于夹片式锚具）
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。
张拉好的扁形锚具
扁锚的工作
锚板与夹片
多孔夹片式扁锚
连接器（拼接器） （扩展内容）
连接器（拼接器）
LB型整体对接式连接器 LB型连接器静载试验
L型周边悬挂式连接器
钢绞线束
的接长
VLM型单孔连接器 M2L15-1单孔连接器
VLM15(13)BL型
扁锚连接器
预应力斜拉桥与预应力构件拼接
预应力锚固体系
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
2.张拉机具设备
张拉设备选择主要依据锚具型式和总张拉力。
常用的张拉设备主要有：拉杆式千斤顶、穿心式千斤顶和锥锚式千斤顶以及供油用的高压油泵和外接油管。
用千斤顶张拉时，控制应力主要用油压表的读数。压力表读数，即表示千斤顶油缸活塞单位面积的油压力。理论上，将油压表读数乘以活塞面积，即可求得张拉力的大小。
1－主油缸；2－主缸活塞；3－进油孔；4－回油缸；
5－回油活塞； 6－回油孔；7－连接器；8－传力架；
9－拉杆；10－螺母； 11－预应力筋；12－混凝土构件；
13－预埋铁板；14－螺丝端杆
（1）拉杆式千斤顶张拉原理
1－张拉油缸；2－顶压油缸（即张拉活塞）；3－顶压活塞；4－弹簧；
5－预应力筋；6－工具锚；7－螺帽；8－锚环；9－构件；10－撑脚；
11－张拉杆；12－连接器；13－张拉工作油室；14－顶压工作油室；
15－张拉回程油室；16－张拉缸油嘴；17－顶压缸油嘴；18－油孔
a）构造与工作原理；　 b）加撑脚后的外貌
（2）穿心式千斤顶
（3）电动螺杆张拉机
（3）电动螺杆张拉机
1－张拉油缸；2－顶压油缸（张拉活塞）；3－顶压活塞；4－弹簧；
5－预应力筋；6－楔块；7－对中套；8－锚塞；9－锚环；10－构件
（4） 锥锚式千斤顶
3.预应力筋的制作
（1）预应力钢筋制作
一般包括配料、对焊、冷拉等工序，钢筋的下料长度应计算确定，计算时应考虑锚具特点、对焊接头压缩量、钢筋冷拉率和弹性回缩率、构件长度等因素。
（2）钢丝束的制作
锚具型式不同制作方法也有差异。一般需经下料、编束和安装锚具等工序。
（3）钢筋束、钢绞线束的制作
一般是成盘供应，不需要对焊接长。其制作工序一般是：开盘冷拉→下料→编束。
宜采用切断机或砂轮锯切断，不得采用电弧切割。钢绞线切断避免钢绞线松散。穿束前应逐根理顺，穿筋时注意防止扭结。
二、后张法施工工艺
1.孔道留设
对粗钢筋孔道直径应比预应力筋直径、钢筋对焊接头处外径或需穿过孔道的锚具或连接器外径大10～15mm；对钢丝或钢绞线孔道直径应比预应力钢丝束外径或锚具外径大5～10mm，且孔道面积应大于预应力筋面积的两倍。
预应力筋孔道间净距不应小于50mm,孔道至构件边缘净距不应小于40mm，凡需要起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。
孔道成型方法有：钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋管法等。
（1）钢管抽芯法：常用于留设直线孔道。
先将钢管埋设在模板内孔道位置处，在浇筑过程中和浇筑后，每隔一定时间慢慢转动钢管，待初凝后、终凝前抽出钢管，即形成孔道。为了保证预留孔道的质量，施工中应注意：
①钢管布置 所用钢管应平直，钢管表面必须圆滑，预埋前应除锈、刷油，安放位置要准确。
②抽管时间 抽管时间与水泥品种、气温和养护条件有关，一般宜在初凝之后，终凝以前进行，以用手指按压混凝土表面无明显指纹时为宜。
③抽管顺序 宜按先上后下进行 ，抽管方向应与孔道保持在一直线上。抽管时必须速度均匀、边抽边转。
（2）胶管抽芯法：用于直线、曲线或折线孔道。所用胶管有5～7层夹布胶管及供预应力混凝土专用的钢丝网胶皮管两种。
（3）预埋管法：将与孔道直径相同的导管埋在构件中，无需抽出，可用于曲线孔道。预埋管可采用黑铁皮管、薄钢管与镀锌双波纹金属软管。
（4）灌浆孔、排气孔与泌水管：在留设孔道的同时，还要在设计规定位置留设灌浆孔，一般在构件两端和中间每隔12 m设置一个直径为20～25mm的灌浆孔，并在构件两端各设一个排气孔。灌浆孔留设可用木塞或白铁皮管。
孔道留设
预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种，其直径与布置根据构件的受力性能、张拉锚固体系特点及尺寸确定。
预制构件的孔道留设 现浇构件的孔道留设
塑料波纹管 金属螺旋管
曲线孔道的固定
钢模台座主要在工厂流水线上使用。它是将制作构件的模板作为预应力钢筋锚固支座的一种台座。模板具有相当的刚度，可将预应力钢筋放在模板上进行张拉。
钢模台座
箱梁钢模组装 箱梁端部模板作张拉台座
预应力管桩与预应力箱梁
2.预应力筋准备
（1）下料
①钢丝束下料 发现表面有接头或机械损伤，应随时剔除。应在拉紧状态下下料。
②钢绞线下料 防止下料过程中钢绞线缠绕并弹出伤人，应从盘卷中央逐步抽出。宜用砂轮切割机切断，不得采用电弧切割。
（2）编束
①钢丝束编束 保证两端钢丝排列顺序一致，穿束与张拉时不致紊乱。
②钢绞线编束 用铁丝绑扎编束，间距为 1～1.5m。编束时应先将钢绞线理顺，使各根钢绞线松紧一致。
（3）预应力筋穿束
①穿束顺序 穿束可分为先穿束法和后穿束法两种。
先穿束法:在浇筑混凝土前穿束。按穿束与预埋螺旋管间配合，可分为先穿束后装管、先装管后穿束。
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。
②穿束方法 根据一次穿入数量可分为整束穿和单束穿。对钢丝束一般应整束穿；对钢绞线优先采用整束穿，也可用单根穿。穿束工作可由人工、卷扬机或穿束机进行。
预应力筋穿入孔道（总结）
预应力筋穿入孔道按穿筋时机分有先穿束和后穿束,按穿入数量分有整束穿和单根穿；按穿束方法分有人工穿束和机械穿束。
箱梁的人工后穿束 预应力筋穿插入孔道的箱梁
3.预应力筋张拉
（1）一般规定 张拉时，混凝土强度应符合设计要求，当设计无具体要求时，不应低于设计强度标准值的75%。
安装张拉设备时，直线预应力筋应使张拉作用线与孔道中心线重合；曲线预应力筋应使张拉作用线与孔道中心线末端切线重合。
（2）张拉控制应力和张拉程序 张拉控制应力应符合设计要求和表中规定的数值。张拉程序与先张法相同。
（3）张拉方法
①一端张拉方式 长度等于或小于24m的直线预应力筋。
②两端张拉方式 抽芯成形曲线孔道或长度大于24m的直线预应力筋；对预埋波纹管曲线孔道或长度大于30m直线预应力筋。
③分批张拉方式 配有多束预应力筋的构件。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。在第一段浇筑与张拉锚固后，第二段利用锚头连接器接长。
⑤分阶段张拉方式 为了平衡各阶段荷载所采取的分阶段逐步施加预应力的方式。
⑥补偿张拉方式 在早期预应力损失基本完成后，再进行张拉，以弥补损失。
（4）张拉程序 对称张拉是一项重要原则。同时应尽量减少张拉设备的移动次数。对配有多根预应力筋的构件，应分批、对称地张拉。分批张拉时应计算分批张拉的预应力损失值。平卧叠浇的构件，宜先上后下逐层张拉。
（5）张拉力和张拉伸长值的校验 。可综合反映张拉力，孔道摩阻损失，以及预应力筋异常现象等。如果实际伸长值比计算伸长值偏差超过±6％，应暂停张拉，在采取措施予以调整后，方可继续张拉。
分批张拉方式：对配有多束预应力筋的构件分批进行张拉，由于后批预应力筋张拉所产生的砼弹性压缩对先批张拉的预应力筋造成预应力损失，所以先批张拉的预应力筋应加上该弹性压缩损失值，使分批张拉的每根预应力筋的张拉力基本相等。
预应力箱梁的分批、对称张拉 预应力T梁的分批张拉
张拉顺序的确定原则：① 不使砼产生超应力;② 构件不扭转与侧弯、结构不变位；③ 张拉设备的移动次数最少。所以张拉宜对称进行。
预应力箱梁
的对称张拉
4.孔道灌浆
（1）灌浆的材料
1）灌浆宜用强度等级不低于32.5MPa的普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥配制的水泥浆，应优先采用普通硅酸盐水泥。水泥浆的强度不应低于20MPa。
2）水泥浆应有足够流动性，水灰比宜为0.4左右，流动度为120 ～170mm。
3）水泥浆搅拌后3h泌水率宜控制在2%，最大不得超过3%。
4）当需要孔道灌浆的密实性时，可在水泥浆中掺入适量的减水剂。
（2）灌浆工艺
水泥浆必须通过过滤器置于贮浆桶内，并不断搅拌，以防泌水沉淀。
灌浆顺序：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，应从构件的一端到另一端；
曲线孔道灌浆，应从孔道最低处开始向两端。
对较大孔道或预埋管孔道可采用二次灌浆法 。
孔道灌浆，应在正温下进行。
5.封锚
锚固后外露部分应采用机械方法切割，其外露长度不宜小于30mm 。锚具封闭保护应符合设计要求。当设计无具体要求时，应符合规定。
无粘结预应力混凝土施工
一、无粘结预应力混凝土概述
在后张法预应力混凝土中，预应力可分为有粘结和无粘结两种。
有粘结的预应力：后张法的常规做法，预应力筋张拉后通过灌浆使混凝土与预应力筋粘结称为有粘结预应力筋。
无粘结预应力：凡是预应力筋张拉后允许预应力筋与其周围的混凝土产生相对滑动的预应力筋，称作无粘结预应力筋。
二、无粘结预应力筋的制作
1.预应力筋：一般选用高强碳素钢丝组成的钢丝束，也可选用钢绞线。制作时要求每根通长，中间不能有接头，
制作工艺为：编束放盘→刷防腐润滑脂→覆裹塑料护套→冷却→调直→成型。
2.无粘结预应力筋表面涂料和外包层。
3.锚具。无粘结预应力构件张拉力完全借助于锚具传递给混凝土，外荷载作用引起的受力变化也全部由锚具承担。
三、无粘结预应力施工工艺
1.无粘结预应力筋铺设
2.无粘结预应力筋张拉
3.端部处理
基本上与有粘施工方法相同
第一种方法：在两端留设的孔道内注入环氧树脂水泥砂浆，其抗压强度不低于35MPa。灌浆时同时将锚头封闭，防止钢丝锈蚀，同时也起一定的锚固作用，如图右所示。
第二种方法：预留孔道中注入油脂或环氧树脂水泥砂浆后，用C30级的细石砼封闭锚头部位。
锚头端部
环氧树脂水泥砂浆封闭
已封锚的预应
力束锚固端
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