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(共46张PPT)
项目5 预应力混凝土工程施工
主要内容：本单元内容包括先张法施工、后张法施工、无粘结预应力混凝土施工等。
学习要求：
1.掌握预应力筋锚具、夹具和连接器应用。
2.熟悉先张法、后张法和无粘结预应力施工工艺。
预应力在日常生活中的应用
木桶是用环向竹箍对桶壁预先施加环向压应力。当桶中盛水后，水压引起的拉应力小于预加压应力时，桶就不会漏水。
从书架上取下一叠书，由于受到双手施加的压力，这一叠书就如同一横梁，可以承担全部书的重量。
木锯是利用预拉力来抵抗压力预先拧紧另一侧的绳子使锯条预先受拉，如预加拉力大于锯木时产生的压力，锯条就始终处于受拉状态，不会产生压曲失稳。
预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用，即在外荷载作用于构件之前，利用钢筋张拉后的弹性回缩，对构件受拉区的混凝土预先施加压力，产生预压应力，使混凝土结构在作用状态下充分发挥钢筋抗拉强度高和混凝土抗压能力强的特点，可以提高构件的承载能力。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先抵消预应力，然后随着荷载不断增加，受拉区混凝土才受拉开裂，从而延迟了构件裂缝的出现和限制了裂缝的开展，提高了构件的抗裂度和刚度。这种利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土，叫做预应力混凝土。
特点：预应力混凝土，与普通钢筋混凝土比较，具有构件截面小、自重轻、刚度大、抗裂度高、耐久性好、材料省等优点，在大开间、大跨度与重荷载的结构中，采用预应力混凝土结构，可减少材料用量，扩大使用功能，综合经济效益好，在现代结构中具有广阔的发展前景。
预应力混凝土的分类
※ 1、先张法
先张法是先张拉预应力筋，后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。这种方法需要专用的生产台座和夹具，以便张拉和临时锚固预应力筋，待混凝土达到设计强度后，放松预应力筋。先张法适用于预制厂生产中小型预应力混凝土构件。预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的。
※ 2、后张法
后张法是先浇筑混凝土后张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法。这种方法需要预留孔道和专用的锚具，张拉锚固的预应力筋要求进行孔道灌浆。后张法适用于施工现场生产大型预应力混凝土构件与结构。预应力是通过锚具传递给混凝土的。
※ 3、有粘结
所谓有粘结预应力混凝土是指预应力筋沿全长均与周围混凝土相粘结。先张法的预应力筋直接浇筑在混凝土内，预应力筋和混凝土是有粘结的；后张法的预应力筋通过孔道灌浆与混凝土形成粘结力，这种方法生产的预应力混凝土也是有粘结的。
※ 4、无粘结
无粘结预应力混凝土的预应力筋沿全长与周围混凝土能发生相对滑动，为防止预应力筋腐蚀和与周围混凝土粘结，采用涂油脂和缠绕塑料薄膜等措施。
预应力混凝土的优点
※ 改善结构的使用性能：延缓裂缝的出现，减小裂缝宽度；
截面刚度显著提高，挠度减小，可建造大跨度结构。
※ 受剪承载力提高：施加纵向预应力可延缓斜裂缝的形成，
使受剪承载力得到提高。
※ 卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复：由于预应力的作
用，使用活荷载移去后，裂缝会闭合，结构变形也会得到
复位。
※ 提高构件的疲劳承载力：预应力可降低钢筋的疲劳应力
比，增加钢筋的疲劳强度。
※ 使高强钢材和高强混凝土得到应用：有利于减轻结构自
重，节约材料，取得经济效益。
一、 预应力筋品种与规格预应力筋按材料类型可分为：钢丝、钢绞线、钢筋等。其中，以钢绞线与钢丝采用最多。
预应力筋的发展趋势为高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。
（一）预应力钢丝
1．冷拔低碳钢丝
2．碳素钢丝
3．刻痕钢丝
预应力钢筋的种类
（二）预应力钢绞线
1．标准型钢绞线 2．刻痕钢绞线 3．模拔钢绞线
（三）预应力钢筋
1．冷拉钢筋 2．热处理钢筋 3．精轧螺纹钢筋
混凝土——要求采用高强混凝土
采用高强混凝土的原因如下：
※ 可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；
※ 有利于减小构件截面尺寸和结构自重；
※ 具有较高的弹性模量，减少预压时的弹性回缩；
※ 徐变较小，有利于减少预应力损失；
※ 与钢筋具有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；
※ 有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；
※ 强度早期发展快，可较早施加预应力，提高台座、模板、夹具的周转率，降低间接费用。
一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，采用预应力钢绞线、高强钢丝和热处理钢筋时，混凝土强度等级不低于C40。
任务1先张法施工
先张法：在浇筑混凝土构件之前将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具将其临时固定在台座或钢模上，进行绑扎钢筋，安装铁件，支设模板，然后浇筑混凝土；待混凝土达到规定的强度，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，放松预应力筋，借助于它们之间的粘结力，在预应力筋弹性回缩时，使混凝土构件受拉区的混凝土获得预压应力。
先张法生产示意图见图5.1所示。?
先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件，如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等。
先张法生产时，可采用台座法和机组流水法。
采用台座法时，预应力筋的张拉、锚固，混凝土的浇筑、养护及预应力筋放松等均在台座上进行；预应力筋放松前，其拉力由台座承受。
采用机组流水法时，构件连同钢模通过固定的机组，按流水方式完成（张拉、锚固、混凝土浇筑和养护）每一生产过程；预应力筋放松前，其拉力由钢模承受。
先张法施工工艺流程如图5.2所示。
1 先张法施工准备
台座由台面、横梁和承力结构等组成，是先张法生产的主要设备。预应力筋张拉、锚固，混凝土浇筑、振捣和养护及预应力筋放张等全部施工过程都在台座上完成；预应力筋放松前，台座承受全部预应力筋的拉力。因此，台座应有足够的强度、刚度和稳定性。
（1） 墩式台座?
墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。台墩和台面共同承受拉力。墩式台座用以生产各种形式的中小型构件。
1.1 台座
① 台墩
台墩是承力结构，由钢筋混凝土浇筑而成。
承力台墩设计时，应进行稳定性和强度验算。稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗滑移验算。抗倾覆系数不得小于1.5，抗滑移系数不得小于1.3。
抗倾覆验算的计算简图如图5.3所示，按下式计算：
　　式中 K0?—台座的抗倾覆安全系数；
? 　　 M?—由张拉力产生的倾覆力矩，kN·m；M=T·e?
? 　　 e — 张拉合力T的作用点到倾覆转动点O的力臂，m；
? 　　 M′－抗倾覆力矩，kN·m。
如忽略土压力，则
　　　　 M’=G1.l1+G2.l2　
抗滑移能力按下式验算：
　式中 Ke —抗滑移安全系数；
T?—张拉力合力，kN；
T1 —抗滑移的力，kN；对于独立的台墩，由侧壁上压力和底部摩阻力等产生；对与台面共同工作的台墩，其水平推力几乎全部传给台面，不存在滑移问题，可不作抗滑移计算，此时应验算台面的强度。
② 台面
台面是预应力构件成型的胎模，要求地基坚实平整，它是在厚150mm夯实碎石垫层上，浇筑60～80mm厚C20混凝土面层，原浆压实抹光而成。台面要求坚硬、平整、光滑，沿其纵向有3%的排水坡度。
③ 横梁?
横梁以墩座牛腿为支承点安装其上，是锚固夹具临时固定预应力筋的支承点，也是张拉机械张拉预应力筋的支座。横梁常采用型钢或钢筋混凝土制作。
（2） 槽式台座?
槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成。
槽式台座既可承受拉力，又可作蒸汽养护槽，适用于张拉吨位较高的大型构件，如屋架、吊车梁等。
槽式台座构造如图5.4所示。
槽式台座需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算。槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力矩及部分张拉力矩组成。
夹具是先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座（或设备）上的临时性锚固装置。
按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉夹具。
（1） 钢丝锚固夹具
圆锥齿板式夹具（锥销夹具）
　　　锥销夹具可分为圆锥齿板式夹具和圆锥槽式夹具，如图5.5所示。
镦头夹具
　　　如图5.6所示，采用镦头夹具时，将预应力筋端部热镦或冷镦，通过承力分孔板锚固。
1.2 夹具
(2) 钢筋锚固夹具?
钢筋锚固常用圆套筒三片式夹具，由套筒和夹片组成（图5.7）。
其型号有YJ12、YJ14，适用于先张法；用YC-18型千斤顶张拉时，适用于锚固直径为12mm、14mm的单根冷拉HRB335、HRB400、RRB400级钢筋。
(3) 张拉夹具
张拉夹具是夹持住预应力筋后，与张拉机械连接起来进行预应力筋张拉的机具。
常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具、楔形夹具等，如图5.8所示，适用于张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。
张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程不小于预应力筋伸长值的1.1～1.3倍。
(1) 钢丝张拉设备
钢丝张拉分单根张拉和成组张拉。
用钢模以机组流水法或传送带法生产构件时，常采用成组钢丝张拉。
在台座上生产构件一般采用单根钢丝张拉，可采用电动卷扬机、电动螺杆张拉机进行张拉。
1.3 张拉设备
① 电动卷扬机张拉、杠杆测力装置
　　　如图5.10所示。
② 电动螺杆张拉机
　　　如图5.11所示，电动螺杆张拉机由螺杆、顶杆、张拉夹具、弹簧测力器及电动机组成。
(2) 钢筋张拉设备
穿心式千斤顶用于直径12～20mm的单根钢筋、钢绞线或钢丝束的张拉。
用YC－20型穿心式千斤顶（图5.12）张拉时，高压油泵启动，从后油嘴进油，前油嘴回油，被偏心夹具夹紧的钢筋随液压缸的伸出而被拉伸。
YC－20型穿心式千斤顶的最大张拉力为20kN，最大行程为200mm。适用于用圆套筒三片式夹具张拉锚固12～20mm单根冷拉HRB335、HRB400和RRB400钢筋。
2 先张法施工工艺

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