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(共35张PPT)
模块4 预应力混凝土工程施工
先张法施工
后张法施工
无黏结预应力混凝土施工
01
02
03
CONTENT
知识目标
●熟悉夹具、锚具和连接器的性能与选用方法。
●熟悉张拉设备的选用方法。
●掌握先张法的施工工艺。
●掌握后张法的施工工艺及预应力筋的制作方法。
●了解无黏结预应力技术。
PART 02
后张法施工
4.2 后张法施工
后张法是先制作构件，在应放置预应力筋的部位预先留有孔道，待构件的混凝土强度达到设计规定的数值后，用张拉机具夹持预应力筋将其张拉至设计规定的控制预应力，并借助锚具在构件端部将预应力筋锚固，最后进行孔道灌浆（或不灌浆）。预应力筋的张拉力主要是靠构件端部的锚具传递给混凝土的，使混凝土产生预压应力。图4-15为预应力混凝土后张法生产示意图。
在后张法施工中，锚具永久性地留在构件上，成为预应力构件的一个组成部分，不能重复使用。因此，在后张法施工中，必须有与不同预应力筋配套的锚具和张拉机具。
4.2.3 后张法的施工工艺
后张法的施工工艺与预应力施工有关的主要是孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆三部分，图4-32为后张法施工工艺流程。
4.2.3 后张法的施工工艺
1.孔道留设
1）钢管抽芯法
（1）选用的钢管要平直,表面光滑,安放位置准确。
（2）每根钢管的长度最好不超过15 m，以便旋转和抽管。
如图4-33钢管的连接方法。
（3）抽管时间。
（4）抽管顺序和方法。
（5）灌浆孔和排气孔的留设。
4.2.3 后张法的施工工艺
4.2.3 后张法的施工工艺
2）胶管抽芯法
采用夹布胶管预留孔道，即在混凝土浇筑前向夹布胶管内充入压缩空气或压力水，工作压力为600~800 kPa，使胶管直径增大3 mm左右，密封后浇筑混凝土，待混凝土初凝后，放出压缩空气或压力水，使管径缩小和混凝土脱离开，抽出夹布胶管便可形成孔道。
4.2.3 后张法的施工工艺
为了保证留设孔道的质量，使用时应注意以下几个问题：
（1）胶管铺设后，应注意不要让钢筋等硬物刺穿胶管，胶管应有良好的密封性，勿使其漏水、漏气。向夹布胶管内充入压缩空气或压力水前，胶管两端应有密封装置，如图4-34所示。
（2）胶管接头处理。图4-35为胶管接头方法。
（3）抽管时间和顺序。抽管时间比钢管略迟，一般可参照气温和浇筑后的小时数的乘积，达200 ℃ h左右时为抽管适宜时间。采用胶管抽芯法预留孔道时，浇筑混凝土后不需要旋转胶管，抽管顺序一般为先上后下，先曲后直。
4.2.3 后张法的施工工艺
4.2.3 后张法的施工工艺
3）预埋金属波纹管法
预埋金属波纹管法就是将与孔道直径相同的金属波纹管埋入混凝土构件，无须抽出即可成孔。波纹管一般是由薄钢带（厚0.3 mm）经压波后卷成黑铁皮管、薄钢管或镀锌双波纹金属软管。它具有重量轻、刚度好、弯折方便、连接简单、摩阻系数小的特点。预埋金属波纹管法因具有省去抽管工序，且孔道留设的位置、形状也易保证，与混凝土黏结良好，可做成各种形状的孔道等优点，故目前应用较为普遍，是现代后张预应力筋孔道成型用的理想材料。
4.2.3 后张法的施工工艺
金属波纹管每根长4~6 m，也可根据需要现场制作，长度不限。波纹管在1 kN径向力作用下不变形，使用前应做灌水试验，检查有无渗漏现象。波纹管的外形按照每两个相邻的折叠咬口之间凸出部（波纹）的数量差异，分为单波纹和双波纹，如图4-36所示。
波纹管的内径为40～100 mm，每5 mm递增。波纹管的高度：单波纹管为2.5 mm，双波纹管为3.5 mm。不同长度的波纹管可根据运输要求或孔道长度进行卷制。如果波纹管用量较大，生产厂家可带卷管机到现场生产，管长不限。
4.2.3 后张法的施工工艺
安装前，应事先按设计图纸中预应力的曲线坐标，以波纹管底边为准，在一侧侧模上弹出曲线，定出波纹管的位置；也可以梁模板为基准，按预应力筋曲线上各点坐标，在垫好底筋保护层垫块的箍筋胶上做标志，定出波纹管的曲线位置。波纹管可用钢筋支架或井字架来固定，定位钢筋的间距为50～100 cm，孔道曲线位置适当加密，并用铁丝绑扎牢固，以防止浇筑混凝土时，管子上浮（先穿入预应力筋的情况稍好）造成质量事故。
4.2.3 后张法的施工工艺
灌浆孔与波纹管的连接如图4-37所示，做法是在波纹管上开洞，其上覆盖海绵垫片和带嘴的塑料弧形压板，并用铁丝扎牢，再将增强塑料管插入塑料弧形压板的嘴中，并将其引出梁顶面400～500 mm。在构件两端及管中应设置灌浆孔，其间距不宜大于12 m（预埋波纹管时，灌浆孔的间距不宜大于30 m）。曲线孔道的曲线波峰位置宜设置泌水管。
4.2.3 后张法的施工工艺
2.预应力筋张拉
用后张法张拉预应力筋时，混凝土强度应符合设计要求，如设计无规定，不应低于设计强度等级的75%。张拉程序应减少预应力损失，保持预应力的均衡，减少偏心。
1）穿筋
将成束的预应力筋的一头对齐，按顺序编号套在穿束器上，如图4-38所示。
4.2.3 后张法的施工工艺
预应力筋穿束根据穿束与浇筑混凝土之间的先后关系，可分为先穿束和后穿束两种。
01
（1）先穿束。
①先穿束后装管。
②先装管后穿束。
③两者组装后放入。
02
（2）后穿束。
后穿束可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，易于防锈但穿束较为费力。
4.2.3 后张法的施工工艺
2）张拉控制应力及张拉程序
张拉控制应力越高，建立的预应力值就越大，构件抗裂性越好。但是张拉控制应力过高，构件在使用过程中经常处于高应力状态，出现裂缝的荷载与破坏荷载很接近，往往构件破坏前没有明显预兆。当控制应力过高时，构件混凝土预压应力过大，会导致混凝土的徐变应力损失增加。因此，控制应力应符合设计规定。施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高3%～5%，但其最大张拉控制应力不得超过表4-1的规定。
4.2.3 后张法的施工工艺
预应力筋的张拉程序主要根据构件类型、张锚体系、松弛损失取值等因素来确定。为了减少预应力筋的松弛损失，预应力筋按如下程序张拉：
（1）0→1.05%σconσcon。
（2）0→1.03%σcon，适用于预应力筋张拉吨位不大、根数很多的情况。
以上两种张拉程序均可分级加载，对曲线预应力束，一般以（0.20～0.25)σcon为量伸长起点，分3级加载（0.2σcon、0.6σcon及1.0σcon）和4级加载（0.25σcon、0.50σcon、0.75σcon及1.0σcon），每级加载均应量测张拉伸长值。
当预应力筋的长度较大，千斤顶的张拉行程不够时，应采取分级张拉、分级锚固的方式。第二级初始油压为第一级最终油压。预应力筋在张拉到规定油压后，持荷复验伸长值，合格后进行锚固。
4.2.3 后张法的施工工艺
3）张拉顺序
张拉顺序应符合设计要求。屋架下弦杆预应力筋的张拉顺序如图4-39所示。吊车梁预应力筋的张拉顺序如图4-40所示。
4.2.3 后张法的施工工艺
（1）对配有多根预应力筋的预应力混凝土构件，由于不可能同时一次张拉完预应力筋，所以应分批、对称地进行张拉。对称张拉是为了避免张拉时构件截面呈现过大的偏心受压状态。分批张拉时，后批张拉的作用使得混凝土再次产生弹性压缩，导致先批预应力筋应力下降，此应力损失可按式（4-8）计算后加到先批预应力筋的张拉应力中去。分批张拉的损失也可以采取对先批预应力筋逐根复位补足的办法处理。
Δσ=［Es(σcon-σ1)Ap］/(EcAn) （4-8）
4.2.3 后张法的施工工艺
式中，Δσ为先批张拉钢筋应增加的应力（kN）；Es为预应力筋的弹性模量（kN/mm2）；σcon为张拉控制应力（kN）；σ1为后批张拉预应力筋的第一批预应力损失（包括锚具变形和摩擦损失,kN/mm2）；Ec为混凝土的弹性模量（kN/mm2）；Ap为后批张拉的预应力筋截面面积（mm2）；An为构件混凝土的净截面面积（包括构造钢筋的折算面积，mm2）。
4.2.3 后张法的施工工艺
（2）对平卧叠浇的预应力混凝土构件，上层构件的重量产生的水平摩阻力会阻碍下层构件在预应力筋张拉时混凝土弹性压缩的自由变形，待上层构件起吊后，摩阻力影响消失会增加混凝土弹性压缩的变形，从而引起预应力损失。该损失值随构件型式、隔离剂类别和张拉方式的不同而不同，其变化差异较大。目前尚未掌握其变化规律，为便于施工，在工程实践中可采取逐层加大超张拉的办法来弥补该预应力损失，但是底层的预应力混凝土构件的预应力筋的张拉应力不得超过顶层的预应力筋的张拉应力，具体规定是：预应力筋为钢丝、钢绞线、热处理钢筋，应小于5%，其最大超张拉力应小于抗拉强度的75%；预应力筋为冷拉热轧钢筋，应小于9%，其最大超张拉力应小于标准强度的95%。
4.2.3 后张法的施工工艺
【例4-1】某屋架下弦的截面尺寸为240 mm×220 mm，有4根预应力筋；混凝土采用C40；预应力筋采用HRB400级钢筋，直径为25 mm，张拉控制应力σcon＝0.85fpyk＝0.85×500＝425 N/mm2。采用0→1.03σcon张拉程序，沿对角线分两批对称张拉，屋架下弦杆构造配筋为410，孔道直径为D＝48 mm，试计算第一批预应力筋张拉应力增加值Δσ。
4.2.3 后张法的施工工艺
【解】采用两台YL60千斤顶，考虑到第二批张拉对第一批预应力筋的影响，第一批预应力筋的张拉应力应增加Δσ。
Δσ=［Es(σcon－σ1)Ap］/（EcAn）
其中，Es=180 000 N/mm2，Ec=32 500 N/mm2，σcon=425 N/mm2，σ1=28 N/mm2（计算略去），Ap=491×2=982 mm2，An=240×220-4×π×482÷4+4×78.5×200 000÷32 500=47 494 mm2。代入计算公式得：
Δσ=180 000×(425-28)×982÷(32 500×47 494)=45.5（N/mm2）
则第一批预应力筋的张拉应力为
(425+45.5)×1.03=485>0.9fpyk=450（N/mm2）
上述计算表明，分批张拉的影响若计算补加到先批预应力筋的张拉应力中，将使张拉应力过大，超过了规范规定，故采取重复张拉补足的办法。
4.2.3 后张法的施工工艺
【例4-2】在【例4-1】中，若Δσ＝12 N/mm2，试计算第一批、第二批预应力筋的张拉应力及油压表的读数。
【解】当采用超张拉Δσ时，钢筋的应力为1.03×(425+12)=450 N/mm2=0.9fpyk，故第一批预应力筋可超张拉Δσ。
第一批预应力筋的张拉应力N=1.03×(425+12)×491=221 004 N。
油压表的读数P==13.64 N／mm2（活塞的面积为16 200 mm2）。
第二批预应力筋的张拉应力N=1.03×425×491=214 935 N。
油压表的读数P==13.27 N／mm2。
4.2.3 后张法的施工工艺
C
A
B
D
该损失值与构件形式、隔离层和张拉方式有关。为了减少和弥补该项预应力损失，可自上而下逐层加大张拉力，底层张拉力不宜比顶层张拉力大5%（钢丝、钢绞线、热处理钢筋），且不得超过表4-1的规定。
（3）叠层构件的张拉。对叠浇生产的预应力混凝土构件，上层构件产生的水平摩阻力会阻碍下层构件预应力筋张拉时混凝土弹性压缩的自由变形。当上层构件吊起后，摩阻力的影响消失将增加混凝土弹性压缩变形，从而引起预应力损失。
4.2.3 后张法的施工工艺
为了使逐层加大的张拉力符合实际情况，最好在正式张拉前对某叠层第一、二层构件的张拉压缩量进行实测，然后按式（4-9）计算各层应增加的张拉力：
ΔN=(n－1) EsAp （4-9）
式中，ΔN为层间摩阻力（kN）；n为构件所在层数（自上而下计）；Δ1为第一层构件张拉压缩值(mm)；Δ2为第二层构件张拉压缩值(mm)；L为构件长度(mm)；Es为预应力筋的弹性模量（kN/mm2）；Ap为预应力筋的截面面积（mm2）。
4.2.3 后张法的施工工艺
【例4-3】【例4-2】中的预应力屋架下弦孔道长度为23 800 mm，四榀屋架叠加生产，经实测第一榀屋架压缩变形值为12 mm，第二榀屋架压缩变形值为11 mm，计算层间摩阻力ΔN。
【解】层间摩阻力ΔN为
ΔN=(n－1) EsAp
=(2－1)××180 000×982=7 427（N）
则第二榀屋架的张拉应力为σcon+=0.85×500+7.6=433 N/mm2。
第三榀屋架的张拉应力为433+7.6=440.6 N/mm2。
第四榀屋架的张拉应力为440.6+7.6=448.2 N/mm2。
上面各榀屋架预应力的张拉应力都满足不超过0.9fpyk（fpyk=450 N/mm2）的要求。
4.2.3 后张法的施工工艺
（4）张拉方法和张拉端设置的要求。为了减少预应力筋与预留孔壁摩擦引起的预应力损失，对于抽芯成型孔道的曲线预应力筋和长度大于24 m的直线预应力筋，应在两端张拉；对于长度等于或小于24 m的直线预应力筋，可在一端张拉；对于预埋波纹管孔道的曲线预应力筋和长度大于30 m的直线预应力筋，宜在两端张拉；对于长度等于或小于30 m的直线预应力筋，可在一端张拉。当同一截面中有多根一端张拉的预应力筋时，张拉端宜分别设在构件的两端，以免构件受力不均匀。安装张拉设备时，对于直线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道的中心线重合；对于曲线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线方向重合。
4.2.3 后张法的施工工艺
（5）预应力值的校核和伸长值的测定。为了了解预应力值建立的可靠性，需对预应力筋的应力及损失进行检验和测定，以便在张拉时补足和调整预应力值。检验应力损失最方便的办法是在预应力筋张拉24 h后孔道灌浆前重拉一次，测读前后两次应力值之差，即钢筋预应力损失（并非应力损失全部，但已完成很大部分）。预应力筋张拉锚固后，实际预应力值与工程设计规定检验值的相对允许偏差为±5%。
4.2.3 后张法的施工工艺
在测定预应力筋伸长值时，须先建立10%σcon的初应力，预应力筋的伸长值也应从建立初应力后开始测量，但须加上初应力的推算伸长值，推算伸长值可根据预应力弹性变形呈直线变化的规律求得。例如，某筋应力自0.2σcon增至0.3σcon时，其变形为4 mm，即应力每增加0.1σcon变形增加4 mm，故该筋在初应力为10%σcon时的伸长值为4 mm。对后张法尚应扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。预应力筋在张拉时，通过伸长值的校核可以综合反映出张拉应力是否满足，孔道摩阻损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常现象等。如实际伸长值与计算伸长值的偏差超过±6%，应暂停张拉，分析原因后采取措施。
4.2.3 后张法的施工工艺
3.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。灌浆的目的是防止钢筋锈蚀，增加结构的整体性和耐久性，提高结构抗裂性和承载能力。
灌浆用的水泥浆应有足够的强度和黏结力，且应有较好的流动性、较小的干缩性和泌水性。水泥强度等级一般应不低于42.5，水灰比控制在0.40～0.45，搅拌后3 h泌水率宜控制在2%，最大不得超过3%，水泥浆的稠度控制在14～18 s。对孔隙较大的孔道，可采用砂浆灌浆。
4.2.3 后张法的施工工艺
为了增加孔道灌浆的密实性，减少水泥浆收缩，可掺入0.05%～0.1%的脱脂铝粉或其他类型的膨胀剂。在水泥浆或砂浆内可以掺入对预应力筋无腐蚀作用的外加剂，如占水泥重量0.25%的木质素磺酸钙，或占水泥重量0.05%的铝粉。不掺外加剂时，可用二次灌浆法。
灌浆前，用压力水冲洗并湿润孔道。用电动或手动灰浆泵进行灌浆。灌浆工作应连续进行，不得中断，并应防止空气压入孔道而影响灌浆质量。灌浆压力宜控制在0.3～0.5 MPa。灌浆顺序应先下后上，以避免上层孔道漏浆而把下层孔道堵塞。
4.2.3 后张法的施工工艺
孔道末端应设置排气孔，灌浆时待排气孔溢出浓浆后，才能将排气孔堵住并继续加压到0.5～0.6 MPa，并稳定2 min，关闭控制闸，保持孔道内压力。每条孔道应一次灌成，中途不得停顿，否则应将已压入的水泥浆冲洗干净，重新灌浆。
灌浆后，切割外露部分的预应力钢绞线（留30～50 mm）,锚具采用封头混凝土保护起来。封头混凝土的尺寸应大于预埋钢板，厚度大于或等于100 mm，封头内应配钢筋网片，细石混凝土的强度等级为C30～C40。
孔道灌浆后，当灰浆强度达到15 N/mm2时才能移动构件；当灰浆强度达到100%设计强度时，才允许吊装。

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