资源简介

(共57张PPT)
项目6 预应力混凝土工程
6.1 先张法施工
6.2 后张法施工
6.3 无粘结预应力混凝土模拟实训
　　【教学目标】 掌握预应力混凝土的概念；掌握先张法施工预应力混凝土的方法；掌握后张法施工预应力混凝土的方法；掌握无粘结预应力施工技术；熟悉预应力混凝土施工所用的机械、机具的种类和适用范围。
　　预应力混凝土是在使用荷载作用前，预先建立内应力的混凝土。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，当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先抵消预压应力，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展开，提高了构件的抗裂度和刚度。
　　预应力混凝土构件与普通混凝土构件相比，除具有能提高构件的抗裂度和刚度外的优点，还能增加构件的耐久性、节约材料、减少自重等。但是在制作预应力混凝土构件时，增加了张拉工作，相应的增添了张拉机具和锚固装置，制作工艺也较复杂。
　　1．预应力混凝土的分类
　　预应力混凝土的分类有多种方法，按施加预应力的方式，可以分为先张法和后张法两类；按施加预应力的手段，可以分为机械张拉和电热张拉两类；按预应力筋与混凝土的粘结状态，可以分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土两类；按施加预应力大小的程度，可以分为全预应力混凝土和部分预应力混凝土两类；按施工方法，可以分为预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土及组合预应力混凝土三类。
　　2．预应力混凝土的材料
　　预应力混凝土应采用高强度钢材，主要有钢丝、钢绞线、热处理钢筋等。其中，采用最多的是钢绞线与钢丝。预应力筋的发展趋势为高强度、低松弛、粗直径和耐腐蚀。
　　预应力混凝土应采用高强度等级混凝土，当采用冷拉HRB335、HRB400钢筋和冷轧带肋钢筋作预应力筋时，其混凝土强度等级不宜低于C30；当采用消除应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
　　
　　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。
6.1 先 张 法 施 工
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，这种施工方法叫先张法，如图6-1所示。
　　
图6-1 先张法施工示意图
　　先张法施工具有如下特点：
　　(1) 预应力筋在台座上或钢模上张拉，由于台座或钢模承载力有限，先张法一般只适用于生产中小型构件，如预应力屋面板、中小型预应力吊车梁等。
　　由于制造台座或钢模一次性投资大，先张法多用于预制厂批量生产构件，可多次反复利用台座或钢模。
　　(2) 预应力筋张拉后需要用夹具固定在台座上，当钢筋放松后，夹具可以回收利用，是一种工具锚。
　　(3) 预应力传递靠钢筋和混凝土之间的粘结力，因此对混凝土握裹力有严格要求，在混凝土构件制作、养护时要保证混凝土质量。
　　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、混凝土浇筑和养护等生产过程。预应力筋放松前，其拉力由钢模承受。
6.1.1 台座
　　台座是先张法施工张拉和临时固定预应力筋的支撑结构，它承受预应力筋的全部张拉力，因而要求台座必须具有足够的强度、刚度和稳定性，同时要满足生产工艺要求。
　　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。
　　台座按构造形式可分为墩式台座和槽式台座。
　　1．墩式台座
　　墩式台座由传力墩、台面和横梁组成，见图6-2。
图6-2 墩式台座
　　墩式台座长度可达到100～150 m，所以又称长线台座。
　　墩式台座张拉一次可生产多根预应力混凝土构件，减少了张拉和临时固定的工作，同时也减少了由于预应力筋滑移和横梁变形引起的预应力损失。
　　1) 传力墩
　　传力墩是墩式台座的主要受力结构，传力墩依靠其自重和土压力平衡张拉力产生倾覆力矩；依靠土的反力和摩阻力平衡张力产生水平位移。因此，传力墩结构造型大、埋设深度大、投资也较大。
　　为了改善传力墩的受力状况，提高台座承受张拉力的能力，可采用与台面共同工作的传力墩，从而可减小台墩自重和埋深。
　　2) 台面
　　台面是预应力混凝土构件成型的胎模，它是由素土夯实后铺碎砖垫层，再浇筑50～
　　80 mm厚的C15～C20混凝土面层组成的。
　　台面要求平整、光滑，沿其纵向要留设0.3%的排水坡度，并每隔10～20 m设置宽30～50 mm的温度缝。
　　3) 横梁
　　横梁是锚固夹具临时固定预应力筋的支点，也是张拉机械张抗预应力筋的支座，常采用型钢或钢筋混凝土制作而成。
　　横梁挠度要求小于2 mm，并不得产生翘曲。
　　2．槽式台座
　　槽式台座是由端柱、传力柱和上、下横梁以及砖墙组成的，见图6-3。
　　
图6-3 槽式台座
　　端柱、传力柱又叫钢筋混凝土压杆，是槽式台座的主要受力结构，通常采用钢筋混凝土结构。为了便于装拆转移，端柱和传力柱常采用装配式结构，端柱长5 m，传力柱每段长6 m。
　　为了便于构件运输和蒸气养护，台面最好低于地面，一砖厚的砖墙既起挡土作用，同时又是蒸汽养护预应力混凝土构件的保温侧墙。
　　槽式台座长度一般为45～76 m，45 m长槽式台座一次可生产6根6 m长吊车梁，76 m长槽式台座一次可生产10根6 m长吊车梁或3榀24 m长屋架。
　　槽式台座能够承受较为强大的张拉力，适于双向预应力混凝土构件的张拉，也适用于张拉吨位较高的大型构件，如屋架等，并易于进行蒸汽养护。
6.1.2 夹具
　　夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具，夹具要求工作可靠、构造简单、施工方便、成本低。
　　根据夹具的工作特点可将其分为张拉夹具和锚固夹具。
　　1．张拉夹具
　　张拉夹具是将预应力筋与张拉机械连接起来进行预应力张拉的工具。常用的张拉夹
　　具有：
　　(1) 偏心式夹具。偏心式夹具可用作钢丝的张拉，它由一对带齿的月牙形偏心块组成，见图6-4。偏心块可用工具钢制作，其刻齿部分的硬度比所夹钢丝的硬度大。这种夹具构造简单，使用方便。
　　
图6-4 偏心式夹具
　　(2) 压销式夹具。压销式夹具可用作直径12～16 mm的HPB235～RRB400级钢筋的张拉夹具。它是由销片和楔形压销组成，见图6-5。销片有与钢筋直径相适应的半圆槽，槽内有齿纹用以夹紧钢筋。当楔紧或放松楔形压销时，便可夹紧或放松钢筋。
　　
图6-5 压销式夹具
　　2．锚固夹具
　　锚固夹具是将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。常用的锚固夹具有：
　　(1) 钢质锥形夹具。圆锥齿板式夹具及圆锥形槽式夹具是常用的两种钢质锥形夹具，见图6-6，适用于锚固单根直径3～5 mm的冷拔低碳钢丝，也适用于锚固单根直径5 mm的碳素(刻痕)钢丝。
图6-6 钢质锥形夹具
　　这两种夹具均由套筒与销子组成。套筒为圆形，中开圆锥形孔。销子有两种形式：一种是在圆锥形销子上留有1～3个凹槽，在凹槽内刻有细齿，即为圆锥形槽式夹具；另一种是在圆锥形销子上切去一块，在切削面上刻有细齿，即为圆锥形齿板式夹具。
　　锚固时，将销子凹槽对准钢丝，或将销子齿板面紧贴钢丝，然后将销子击入套筒内，销子小头应离套筒约5～10 mm，靠销子挤压所产生的摩擦力锚紧钢丝，一次仅锚固一根钢丝。
　　(2) 圆套筒二片式夹具。圆套筒二片式夹具适用于夹持12～16 mm的单根冷拉HRB335～RRB400级钢筋，由圆形套筒和圆锥形夹片组成，见图6-7。
　　圆形套筒内壁呈圆锥形，与夹片锥度吻合，圆锥形夹片为二个半圆片，半圆片的圆心部分开成半圆形凹槽，并刻有细齿，钢筋就夹紧在夹片中的凹槽内。套筒和夹片均用45号钢制作，套筒热处理后硬度为HRC35～HRC40，夹片为HRC40～HRC45。
　　当锚固螺纹钢筋时，不能将其锚固在纵肋上，否则易打滑。为了拆卸方便，可在套筒内壁及夹片外壁涂上润滑油。
　　(3) 圆套筒三片式夹具。圆套筒三片式夹具适用于夹持12～14 mm的单根冷拉HRB335～RRB400级钢筋，其构造基本与圆套筒二片式夹具相同，只不过夹片由三个组成，见图6-8。
　　(4) 镦头夹具。镦头夹具属于自制的夹具，见图6-9。钢筋的镦头是采用液压冷镦机进行的，钢筋直径小于22 mm时采用热镦方法，钢筋直径等于或大于22 mm时采用热锻成型方法。
　　(5) 楔形夹具。楔形夹具由锚板与楔块两部分组成，楔块的坡度约为1/15～1/20，两侧面刻倒齿。锚板上留有楔形孔，楔块打入楔形孔中，钢丝就锚固于楔块的侧面，每个楔块可锚1～2根钢丝。
　　这种夹具适用于锚固直径3～5 mm的冷拔低碳钢丝及碳素钢丝。
1—销片；2—套筒；3—预应力筋
图6-7 圆套筒二片式夹具
图6-8 圆套筒三片式夹具
1—垫片；2—镦头预应力筋；3—承力板
图6-9 镦头夹具
6.1.3 张拉设备
　　张拉预应力筋的机械设备，要求其工作可靠、操作简单，能以稳定的速率加荷。
　　先张法施工中预应力筋可单根进行张拉或多根成组进行张拉。
　　1．电动卷扬张拉机
　　电动卷扬张拉机是把慢速电动卷扬机装在小车上制成。在长线台座上张拉钢筋时，由于千斤顶行程不能满足要求，小直径钢筋可采用卷扬机张拉。
　　该设备的优点是张拉行程大，张拉速度快，但仅用于先张法单根预应力筋的张拉。
　　为了使张拉力准确，张拉速度以1～2 m/min为宜。张拉机与弹簧测力计配合使用时，宜装行程开关进行控制，使其达到规定的张拉力时能自动停车。
　　2．电动螺杆张拉机
　　电动螺杆张拉机既可以张拉钢筋也可以张拉钢丝。它由张拉螺杆、电动机、变速箱、测力装置、拉力架、承力架和张拉夹具等组成。为了便于工作和转移，常将其装置在带轮的小车上。
　　电动螺杆张拉机是用工具螺旋推动原理制成的，即将螺母的位置固定，由电动机通过变速箱变速后，使设置在大齿轮或涡轮内的螺母旋转，迫使螺杆在水平方向产生移动，从而使与螺杆相连的预应力筋受到张拉。
　　
　　
图6-10 电动油泵
　　3．普通液压千斤顶
　　先张法施工时常常会进行多根钢筋的同步张拉，当用钢台模以机组流水法或传送带法生产构件时，可用普通液压千斤顶进行张拉，其张拉装置多采用四横梁式。
　　普通液压千斤顶行程小，工效较低，但其一次张拉力大，其动力装置为高压电动油泵，见图6-10。
　　高压油泵是向液压千斤顶各个油缸供油，使其活塞按照一定速度伸出或回缩的主要设备，用千斤顶张拉预应力筋时，油压表的读数表示千斤顶张拉油缸活塞单位面积的油压力，可直接通过液压表的读数求得张拉应力值。
6.1.4 施工工艺
　　先张法施工时先对预应力筋进行张拉，并锚固到台座的横梁上，然后进行构件的制作。与预应力施工相关的工序有预应力筋的张拉、混凝土的浇筑、预应力筋的放张等三个步骤。
　　1．预应力筋的张拉
　　预应力筋的张拉应根据设计要求采用合适的张拉方法、张拉顺序及张拉程序进行，并应有可靠的质量保证措施和安全技术措施。
　　1) 张拉控制应力的确定
　　张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按设计规定采用。
　　《混凝土结构设计规范》(GB50010)规定：预应力钢筋张拉控制应力σcon不宜超过表6-1规定的张拉控制应力的限值，以确保张拉力不超过其屈服强度，使预应力筋处于弹性工作状态，对混凝土建立有效的预压应力，但也不应小于0.4fptk。
　　表6-1　张拉控制应力限值
注：fptk为预应力筋极限抗拉强度标准值，fpyk为预应力筋屈服强度标准值。
　　当符合下列条件之一时，上述张拉控制应力限值可相应提高0.05fptk或fpyk：
　　① 要求提高构件在施工阶段的抗裂性能并在使用阶段受压区内设置的预应力筋；
　　② 要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。
　　2) 张拉程序
　　预应力的张拉程序有超张拉和一次张拉两种。
　　(1) 超张拉。超张拉是指张拉应力超过规范规定的控制应力。预应力筋进行超张拉主要是为了减少松驰引起的应力损失值。
　　所谓应力松弛是指钢材在常温、高应力作用下，由于塑性变形而使应力随时间延续而降低的现象。这种现象在张拉后的头几分钟内发展得特别快，往后则趋于缓慢。
　　
　　第一种超张拉程序中，超张拉3%，其目的是为了弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般情况下多采用这种张拉方法。
　　第二种超张拉程序中，超张拉5%并持荷2 min，其目的是为了在高应力状态下加速预应力松弛早期发展，以减少应力松弛引起的预应力损失。
　　以上两种张拉程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。
　　(2) 一次张拉。直接把张拉应力拉至控制应力，即0con → σcon。
　　3) 预应力值的校核
　　预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。
　　预应力筋理论伸长值ΔL按下式计算：
　　
　　式中：Fp ——预应力筋平均张拉力，单位为kN；直线筋取张拉端拉力；两端张拉的曲线筋取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；
　　L ——预应力筋的长度，单位为mm；
　　Ap ——预应力筋的截面面积，单位为mm2；
　　Es ——预应力筋的弹性模量，单位为kN/mm2。
　　预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为10%σcon时测量，并加上初应力以内的推算伸长值。
　　4) 预应力筋张拉注意事项
　　为避免台座承受过大的偏心力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。
　　采用钢质锥形夹具锚固时，敲击锥塞或楔块应先轻后重，同时倒开张拉设备并放松预应力筋，两者应密切配合，既要减少钢丝滑移，又要防止锤击力过大导致钢丝在锚固夹具处断裂。
　　对重要结构构件(如吊车梁、屋架等)的预应力筋，用应力控制方法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。
　　同时张拉多根预应力钢丝时，应预先调整初应力(10%σcon)，使其相互之间的应力一致。
　　2．混凝土的浇筑与养护
　　预应力筋张拉完毕后应立即浇筑混凝土，混凝土的浇筑应一次完成，不允许留设施工缝。
　　混凝土的用水量和水泥用量必须严格控制，以减少混凝土由于收缩和徐变而引起的预应力损失。
　　为了减少混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失，在确定混凝土配合比时，应优先选用干缩性小的水泥，采用低水灰比，并控制水泥用量，对骨料采取良好的级配等。
　　预应力混凝土构件浇筑时必须振捣密实，特别是在构件的端部，以保证预应力筋和混凝土之间的粘结力。
　　构件制作时应避开台面的温度缝，当不可能避开时，在温度缝上可先铺薄钢板或垫油毡，然后再浇筑混凝土。
　　采用平卧迭浇法制作预应力混凝土构件时，其下层构件混凝土的强度需达到5 MPa后，方可浇筑上层构件混凝土并应有隔离措施。
　　混凝土可采用自然养护或蒸汽养护，其中自然养护不得少于14天。
　　当预应力混凝土采用蒸汽养护时，要尽量减少由于温度升高而引起的预应力损失。
　　在台座上用蒸汽养护时，温度升高后，预应力筋会膨胀而台座的长度并无变化，因而会引起预应力筋应力减小，这就是温差引起的预应力损失。为了减少这种温差应力损失，在保证混凝土达到一定强度之前，温差不能太大(一般不超过20℃)，故在台座上采用蒸汽养护时，其最高允许温度应根据设计要求的允许温差(张拉钢筋时的温度与台座温度的差)经计算确定。
　　当混凝土强度养护至7.5 MPa(配粗钢筋)或10 MPa(钢丝、钢绞线配筋)以上时，则可不受设计要求的温差限制，按一般构件的蒸汽养护规定进行。这种养护方法又称为二次升温养护法。
　　在采用机组流水法用钢模制作、蒸汽养护时，由于钢模和预应力筋同样伸缩，所以不存在因温差而引起的预应力损失，可以采用一般加热养护制度。
　　3．预应力筋放张
　　预应力筋放张过程是预应力的传递过程，是先张法构件能否获得良好质量的一个重要生产过程，应根据放张要求，确定合理的放张顺序、放张方法及相应的技术措施。
　　1) 放张要求
　　放张预应力筋时，混凝土强度必须符合设计要求。当设计无要求时，不得低于设计的混凝土强度标准值的75%。
　　对于重叠生产的构件，要求最上一层构件的混凝土强度不低于设计强度标准值的75%时方可进行预应力筋的放张。过早放张预应力筋会引起较大的预应力损失或产生预应力筋滑动。
　　预应力混凝土构件在预应力筋放张前要对混凝土试块进行试压， 以确定混凝土的实际强度。
　　2) 放张顺序
　　预应力筋的放张顺序，应符合设计要求。当设计无专门要求时，应符合下列规定：
　　(1) 对承受轴心预压力的构件(如压杆、桩等)，所有预应力筋应同时放张。
　　(2) 对承受偏心预压力的构件，应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋。
　　(3) 长线台座生产的钢弦构件，剪断钢丝宜从台座中部开始；叠层生产的预应力构件，宜按自上而下的顺序进行放张；板类构件放张时，宜从两边逐渐向中心进行。
　　(4) 当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张，以防止放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。
　　(5) 放张后预应力筋的切断顺序，宜由放张端开始，逐次切向另一端。
　　3) 放张方法
　　对于预应力钢丝混凝土构件，分两种情况放张：配筋不多的预应力钢丝放张采用剪切、割断和熔断的方法，自中间向两侧逐根进行，以减少回弹量，利于脱模；配筋较多的预应力钢丝放张采用同时放张的方法，以防止最后的预应力钢丝因应力突然增大而断裂或使构件端部开裂。
　　对于预应力钢筋混凝土构件，放张应缓慢进行。配筋不多的预应力钢筋，可采用剪切、割断或加热熔断逐根放张；配筋较多的预应力钢筋，所有钢筋应同时放张，可采用楔块或砂箱等装置进行缓慢放张，见图6-11。
　　
图6-11 预应力筋放张装置
　　(1) 楔块放张。楔块装置放置在台座与横梁之间，放张预应力筋时，旋转螺母使螺杆向上运动，并带动楔块向上移动，钢块间距变小，横梁向台座方向移动，便可同时放松预应力筋。楔块放张，一般用于张拉力不大于300 kN的情况。
　　(2) 砂箱放张。砂箱装置放置在台座和横梁之间，由钢制的套箱和活塞组成，内装石英砂或铁砂。
　　预应力筋张拉时，砂箱中的砂被压实，并承受横梁的反力。预应力筋放张时，应将出砂口打开，使砂缓慢流出，从而使预应力筋缓慢地放张。
　　砂箱装置中的砂应采用干砂并选定适宜的级配，防止出现砂子压碎引起流不出的现象或者增加砂的空隙率，使预应力筋的预应力损失增加。
　　采用砂箱放张能控制放张速度，工作可靠，施工方便，可用于张拉力大于1000 kN的情况。

展开更多......

收起↑