资源简介

(共54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。
任务2后张法施工
后张法：先制作混凝土构件，并在预应力筋的位置预留出相应孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值后，穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把预应力筋锚固，最后进行孔道灌浆。
预应力混凝土后张法生产工艺见图4.17所示。
后张法的特点：
①预应力筋在构件上张拉，不需台座，不受场地限制，张拉力可达几百吨，所以，后张法适用于大型预应力混凝土构件制作，它既适用于预制构件生产，也适用于现场施工大型预应力构件，而且后张法又是预制构件拼装的手段。
②锚具为工作锚。预应力筋用锚具固定在构件上，不仅在张拉过程中起作用，而且在工作过程中也起作用，永远停留在构件上，成为构件的一部分。
③预应力传递靠锚具。
后张法的工艺流程见图5.18所示。
1 预应力筋、锚具和张拉机具
1.1　单根粗钢筋
(1)锚具
单根粗钢筋的预应力筋，如果采用一端张拉，则在张拉端用螺丝端杆锚具，固定端用帮条锚具或镦头锚具；如果采用两端张拉，则两端均用螺丝端杆锚具。
螺丝端杆锚具如图4.19所示。
帮条锚具如图4.20所示。
镦头锚具由镦头和垫板组成。
① 螺丝端杆锚具
螺丝端杆锚具适用于锚固直径不大于36mm的冷拉HRB级与HRB400级钢筋。它是由螺丝端杆、螺母和垫板组成。螺丝端杆采用45号钢制作，螺母和垫板采用3号钢制作。螺丝端杆的长度一般为320mm，当预应力构件长度大于24m时，可根据实际情况增加螺丝端杆的长度，螺丝端杆的直径按预应力钢筋的直径对应选取。螺丝端杆与预应力钢筋的焊接应在预应力钢筋冷拉前进行。螺丝端杆与预应力筋焊接后，同张拉机械相连进行张拉，最后上紧螺母即完成对预应力钢筋的锚固。
螺丝端杆锚具
图 LM型螺丝端杆锚
用于预应力钢筋的张拉锚固，依靠对焊与预应力钢筋连接。
②帮条锚具
帮条锚具适用于冷拉HRB335级与HRB400级钢筋及冷拉5号钢钢筋，主要用于固定。
它是由帮条和衬板组成，见图5.20。帮条采用与预应力筋同级别的钢筋，衬板采用普通低碳钢钢板。帮条施焊时，严禁将地线搭在预应力筋上并严禁在预应力筋上引弧，以防预应力筋咬边及温度过高，可将地线搭在帮条上。三根帮条与衬板相接触的截面应在一个垂直平面上，以免受力时产生扭曲，三根帮条互成120°角。帮条的焊接可在预应力筋冷拉前或冷拉后进行。
③镦头锚具
镦头锚具由镦头和垫板组成。镦头一般是直接在预应力筋端部热镦、冷镦或锻打成型，垫板采用3号钢制作，如下图。
图 镦头锚具
(a)镦头 (b)垫板
(2) 张拉设备
与螺丝端杆锚具配套的张拉设备为拉杆式千斤顶。常用的有YL20型、YL60型油压千斤顶。
YL60型千斤顶是一种通用型的拉杆式液压千斤顶（图5.21）。
YL60型千斤顶适用于张拉采用螺丝端杆锚具的粗钢筋、锥形螺杆锚具的钢丝束及镦头锚具的钢筋束。
(3) 单根粗钢筋预应力筋制作
工序：下料→对焊→冷拉。
下料长度计算：
①当两端用螺丝端杆锚具时
钢筋下料长度：
L5-螺丝端杆长度（一般为320mm）
L2-螺丝端杆伸出构件外的长度
δ-预应力筋的冷拉率（由试验确定）
δ1-预应力筋的冷拉弹性回缩率（一般按0.4%～0.6%）
n-对焊接头数量
d-每个对焊接头的压缩长度（一般为20～ 30mm）
【例题】 预应力混凝土屋架，采用机械张拉后张法施工。孔道长度为29.80米，预应力筋为冷拉20锰硅钒钢筋，直径为20毫米，长度为8m。 钢筋的冷拉率为5%，钢筋的弹性回缩率为0.5%，计算预应力钢筋的下料长度。
解： 采取两端同时张拉的方法，锚具为螺丝端杆锚具，张拉机械为拉杆式千斤顶。
因孔道长度为29.80米，预应力筋长度为8m ，因此需4根钢筋对焊接长，加上两端焊接螺丝端杆，共计对焊接头数n=5个，每个对焊接头压缩长度d取20mm，则预应力钢筋的下料长度为：
②当一端用螺杆、一端用帮条（或镦头）时
钢筋下料长度：
l3-帮条（或镦头）锚具长度
1.2　钢筋束、钢绞线
(1)锚具
张拉端——
JM－12型锚具：锚环、夹片用45#钢。可锚3～6根直径12的光圆、螺纹HRB500级筋或钢绞线。
KT－Z型锚具：可锚3～6根直径12的HRB400~500级筋；
单孔夹片式锚具：二片式、三夹片（直、斜开缝）；
多孔夹片式锚具：XM型、QM型、OV型、BS型
非张拉端——钢筋可用镦头锚具（固定板）；钢绞线可用挤压锚具。
① JM型锚具
JM型锚具是一种利用楔块原理锚固多根预应力筋的锚具，它既可作为张拉端的锚具，又可作为固定端的锚具或作为重复使用的工具锚。
JM型锚具由锚环与夹片组成（图5.23），锚环分甲型和乙型两种。
JM型锚具与YL60型千斤顶配套使用，适用于锚固3～6根直径为12mm光面或螺纹钢筋束，也可用于锚固5～6根直径为12mm或15mm的钢绞线束。
② KT-Z型锚具
KT-Z型锚具由锚环和锚塞组成，分为A型和B型两种。当预应力筋的最大张拉力超过450KN时采用A型，不超过450KN时，采用B型。
KT-Z型锚具适用锚固3～6根直径为12mm的钢筋束或钢绞线束。
③ XM型和QM型锚具
XM型和QM型锚具是一种新型锚具，利用楔形夹片，将每根钢绞线独立地锚固在带有锥形的锚环上，形成一个独立的锚固单元。XM型锚具由锚环和三块夹片组成，如图5.24所示。
④ 镦头锚具
镦头锚具适用于预应力钢筋束固定端锚固用，由固定板和带镦头的预应力筋组成。
（2）钢筋束、钢绞线的制作
钢筋束所用钢筋是成圆盘供应，不需对焊接头。
钢筋束或钢绞线束预应力筋的制作包括开盘冷拉、下料、编束等工序。预应力钢筋束下料应在冷拉后进行。当采用镦头锚具时，则应增加镦头工序。
当采用JM型或XM型锚具，用穿心式千斤顶张拉时，钢筋束和钢丝束的下料长度L应等于构件孔道长度加上两端为张拉、锚固所需的外露长度，如图所示。
可按下式计算：
两端张拉时：L=l+2（l1+l2+l3+100）?
一端张拉时：
L=l+2（l1+100）+l2+l3
1.3　钢丝束
(1)锚具：钢丝束用做预应力筋时，由几根到几十根直径3～5mm的平行碳素钢丝组成。其固定端采用钢丝束镦头锚具，张拉端锚具可采用钢质锥形锚具、锥形螺杆锚具、XM型锚具。
① 锥形螺杆锚具（图4.26） 用于锚固14、16、20、24或28根直径为5mm的碳素钢丝。
锥形螺杆锚具由锥形螺杆、套筒、螺帽和垫板组成。锥形螺杆采用45号钢制作，调质热处理后进行精加工，最后对锥形螺杆的锥头70毫米范围内的螺纹进行表面高频或盐液淬火热处理。套筒为中间带有圆锥孔的圆柱体，热处理45号钢制作。螺帽和垫板采用3号钢制作。
制作时要注意套筒淬火要合适，如淬火过高，易产生裂缝，螺杆淬火过高，容易断裂，在使用前应仔细检查，如有裂缝或变形，则不能使用。
锥形螺杆锚具的安装方法： 首先把钢丝套上锥形螺杆的锥体部分，使钢丝均匀整齐地贴紧锥体，然后戴上套筒，用手锤将套筒均匀地打紧，并使螺杆中心与套筒中心在同一直线上，最后用拉伸机使螺杆锥体通过钢丝挤压套筒，而使套筒发生变形从而使钢丝和锥形锚具的套筒、螺杆锚成一个整体。这个过程一般叫“预顶”，预顶用的力应为张拉力的105％。因为锥形锚具外径较大，为了缩小构件孔道直径，所以一般仅在构件两端将孔道扩大。因此，钢丝束锚具一端可事先安装，另一端则要将钢丝束穿入孔道后进行。
② 钢丝束镦头锚具（图4.27） 适用于12～54根直径为5mm的碳素钢丝。常用镦头锚具分为A型与B型。A型由锚杯与螺母组成，用于张拉端。B型为锚板，用于固定端。
锚环或锚杯用45号钢制作，且应先进行调质热处理再加工，螺母亦用45号钢制作不经热处理。
锚环和锚杯的内外壁均有丝扣，内丝扣用于连接张拉螺杆，外丝扣用于拧紧螺母，以锚固钢丝束。锚环四周钻孔，以固定带有镦粗头的钢丝，孔数及间距由锚固的钢丝根数而定，当用锚杯时，锚杯底部则为钻孔的锚板，并在此板中部留一灌浆孔。便于从端部预留孔道灌浆。
张拉螺杆用45号钢制作，并先进行调质热处理再加工，张拉螺杆所配螺帽用45号制作。
钢丝穿过锚环 (或锚杯底部锚板)孔眼，用配套的DLD-10型冷镦机将钢丝端部镦成圆头与锚环固定。张拉时，张拉螺杆一端与锚环(或锚杯)内丝扣连接，另一端与拉杆式千斤顶连接，拉杆式千斤顶通过传力架支承在混凝土构件端部，当张拉达到规定控制应力时，锚环（杯）被拉出，再用螺帽拧紧在锚环（杯）外丝扣上，固定在混凝土构件端部。
非张拉端（固定端）采用 DM5B型镦头锚具，由锚板组成的。锚板用45号钢调质热处理制作，锚板四周钻孔，以固定镦头的钢丝。
③ 钢质锥形锚具
钢质锥形锚具由锚环和锚塞组成。锚塞表面刻有细齿槽，以防止被夹紧的预应力钢丝滑动。锚固时，将锚塞塞入锚环，顶紧，钢丝就夹紧在锚塞周围，锚塞上刻有细齿槽，夹紧钢丝后，可以防止滑动。
钢质锥形锚具（图5.28）用于锚固以锥锚式双作用千斤顶张拉的钢丝束，适用于锚固6、12、18或24根直径5mm的钢丝束。
钢质锥形锚具工作时，由于钢丝锚固呈幅射状态，弯折处受力较大，易使钢丝被咬伤。若钢丝直径误差较大，易产生单根钢丝滑动，引起无法补救的预应力损失，如用加大顶锚力的办法来防止滑丝，过大的顶锚力更容易使钢丝被咬伤。
（2） 张拉设备
锥形螺杆锚具、钢丝束镦头锚具宜采用拉杆式千斤顶（YL60型）或穿心式千斤顶（YC60型）张拉锚固。钢质锥形锚具应用锥锚式双作用千斤顶（常用YZ60型）张拉锚固。
① 拉杆式千斤顶
拉杆式千斤顶适用于张拉以螺丝端杆锚具为张拉锚具的粗钢筋，张拉以锥形螺杆锚杆为张拉锚具的钢丝束，张拉以 DM5A型镦头锚具为张拉锚具的钢丝束；
拉杆式千斤顶的构造及工作过程见图 5-44。
图 5-44 拉杆式千斤顶的构造及工作过程
1-主缸；2-主缸活塞；3-主缸油嘴；4-副缸；5-副缸活塞；6-副缸油嘴；
7-连接器；8-顶杆；9-拉杆；10-螺母；11-预应力筋；12-混凝土构件；
13-预埋钢板；14-螺丝端杆；
拉杆式千斤顶张拉预应力筋时，首先使连接器与预应力筋的螺丝端杆相连接，顶杆支承在构件端部的预埋钢板上。高压油进入主缸时，则推动主缸活塞向右移动，并带动拉杆和连接器以及螺丝端杆同时向右移动，对预应力筋进行张拉。达到张拉力时，拧紧预应力筋的螺帽，将预应力筋锚固在构件的端部。高压油再进入副
缸，推动副缸使主缸活塞和拉杆向左移动，使其恢复初 始位置。此时主缸的高压油流回高压油泵中去，完成一次张拉过程。
拉杆式千斤顶构造简单，操作方便，应用范围较广。拉杆式千斤顶的张拉力有400kN、600kN和800kN三级，张拉行程为150毫米。
② 锥锚式双作用千斤顶
锥锚式双作用千斤顶适用于张拉以KT-Z型锚具为张拉锚具的钢筋束和钢绞线束，张拉以钢质锥形锚具为张拉锚具的钢丝束。锥锚式双作用千斤顶构造如图5.30所示。其张拉油缸用于张拉预应力筋，顶压油缸用以顶压锥塞。
张拉油缸
顶压油缸
③ 穿心式千斤顶
YC-60型穿心式千斤顶适用于张拉各种型式的预应力筋，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，又可作为拉杆式千斤顶使用，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。在千斤顶前端装分束顶压器，并在千斤顶与撑套之间用钢管接长后，可作为YZ型锥锚式千斤顶使用，张拉钢制锥形锚具。
穿心式千斤顶的特点是：千斤顶中心有穿通的孔道，以便预应力筋或拉杆穿过后用工具锚临时固定在千斤顶的顶部进行张拉。
YC-60型穿心式千斤顶的构造及工作过程见图5.29所示，沿千斤顶纵轴线有一直穿心通道，供穿过预应力筋用。沿千斤顶的径向分内外两层油缸。外层油缸为张拉油缸，工作时张拉预应力筋；内层为顶压油缸，工作时进行锚具的顶压锚固，故称YC60型为穿心式双作用千斤顶。
YC-60型穿心式千斤顶的张拉工作过程是：首先将安装好锚具的预应力筋5穿过千斤顶的中心孔道，利用工具式锚具6将预应力筋锚固在张拉油缸的端部。高压油由16进入张拉油室13，张拉活塞2顶住构件端部9的垫板，使张拉油缸向左移动，从而对预应力筋进行张拉。
YC-60型穿心式千斤顶的顶压工作过程是：预应力筋张拉到规定的张拉力时，关闭张拉油缸油嘴16，高压油由顶压油缸油嘴17经油孔18进入顶压工作油室14，由于张拉活塞即顶压油缸2顶住构件端部的垫板，使顶压活塞3向右移动，顶住锚具的夹片或锚塞端面，将其压人到锚环8内锚固预应力筋。
YC-60型穿心式千斤顶的回程是：张拉回程在完成张拉和顶压工作后进行，开启张拉油缸油嘴16，继续向顶压油缸油嘴进油，使张拉工作油室13回油。由于顶压活塞2仍然顶压着夹片或锚塞，顶压工作油室14容积不变，这样，张拉回程油室13容积逐渐增大，使张拉油缸1在液压回程力的作用下，向右移动恢复到原来的初始位置。张拉回程完成后即开始顶压回程，停止高压油泵工作，开启顶压油缸油嘴17，在弹簧力的作用下，使顶压活塞回程，并使顶压工作油缸回油卸荷。
YC-60型穿心式千斤顶张拉力为600kN，张拉行程150毫米。
（3） 钢丝束制作
钢丝束制作一般需经调直、下料、编束和安装锚具等工序。
当用钢质锥形锚具、XM型锚具时，钢丝束的制作和下料长度计算基本上与预应力钢筋束相同。
钢丝束镦头锚固体系，如采用镦头锚具一端张拉时，应考虑钢丝束张拉锚固后螺母位于锚环中部，钢丝的下料长度L，可按图5.31所示，用下式计算：
L＝L0＋2a＋2δ－0.5(H － H1) － △l－C
用钢丝束镦头锚具锚固钢丝束时，其下料长度力求精确。
编束是为了防止钢筋扭结。
采用镦头锚具时，将内圈和外圈钢丝分别用铁丝按次序编排成片，然后将内圈放在外圈内绑扎成钢丝束。

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