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第5章
预应力混凝土
目 录
5.1 概述
5.2 先张法
5.3 后张法
5.4 其他预应力混凝土简介
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§5.1 概 述
预应力混凝土工作原理
预应力用钢材
预应力对混凝土的要求
预应力混凝土
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5.1.1 预应力混凝土工作原理
1. 预应力混凝土
预应力混凝土是指在构件
承受外荷载之前，预先建立内应力的混凝土。预应压力的大小和分布应能减小或消除外荷载所产生的拉应力，从而防止或推迟了混凝土裂缝的出现，并限制了裂缝的开展。
2. 预应力混凝土的优点
① 提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性；
② 构件截面小、自重轻、刚度大、抗裂度高、耐久性好、材料省（可节省钢材40%~50%、混凝土20%~40%）；
③ 提高预制装配化程度，为建造大跨度结构创造条件。
5.1.1 预应力混凝土工作原理
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5.1.2 预应力用钢材
1. 预应力螺纹钢筋
（1）热处理钢筋：由普通热轧中碳低合金钢筋经淬火和回火调制热处理制成，具有强度高、韧性好和粘结力强等优点。
（2）精轧螺纹钢筋：用热轧方法在钢筋表面上轧出不带纵肋的螺纹外形的钢筋，钢筋的接长使用螺纹套筒，端头锚固采用螺母。具有强度高、锚固简单、施工方便、无需焊接等优点。
精轧螺纹钢
热处理钢筋
5.1.2 预应力用钢材
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2. 预应力钢丝
用优质高碳钢盘条经过表面准备、拉丝及稳定化处理而成的钢丝总称。
（1）中强度预应力钢丝：抗拉强度为800~1200MPa，分为光面和螺纹肋。
光圆预应力钢丝
螺纹肋预应力钢丝
螺纹肋预应力钢丝实物图
5.1.2 预应力用钢材
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（2）消除应力钢丝：冷拔后在塑性变
形下经回火处理而成。不仅弹性极限和屈
服强度提高，而且应力松弛率大大降低，
故特别适用于抗裂要求高的工程。
预应力钢丝
3. 预应力钢绞线
由多根碳素钢丝在绞线机上成螺旋形绞合，再经低温回火消除应力制成的。根据深加工的要求不同可分为普通松弛钢绞线、低松弛钢绞线和镀锌钢绞线等几种。主要有3股（1×3）和7股（1×7），直径一般为9~15mm，柔性好，施工方便。
5.1.2 预应力用钢材
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整盘预应力钢绞线
1×3、1×7结构钢绞线外形示意图
钢绞线制作
7股预应力钢绞线
5.1.2 预应力用钢材
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4. 非金属预应力筋
用纤维增强塑料制成的预应力筋，
主要有玻璃纤维增强塑料、芳纶纤维
增强塑料及碳纤维增强塑料预应力筋
等几种形式。耐腐蚀性强、抗拉强度
高、施工轻便等优点，但是抗剪强度
低、成本高。
成品碳纤维增强塑料预应力筋
成品玻璃纤维增强塑料预应力筋
芳纶棒材
5.1.2 预应力用钢材
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5.1.3 预应力对混凝土的要求
在预应力混凝土结构中，混凝土强度等级应不低于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时不宜低于C40。在预应力混凝土生产中（包括灌浆材料），不能掺用对钢筋有锈蚀作用的氯盐（如氯化钙、氯化钠等）。预应力混凝土强度应遵守设计规定，设计无规定时应计算确定，并不低于设计强度的75%。
5.1.3 预应力对混凝土的要求
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§5.2 先 张 法
先张法基本概念
先张法施工工艺
先张法施工机具
先张法施工
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5.2.1 先张法基本概念
1. 先张法的基本概念
先张法是在构件浇筑混凝土之前，在台座或钢模上张拉预应力筋的方法。其施工过程是：
首先用夹具临时固定预应
力筋，再浇筑混凝土，待
混凝土达到一定强度后，
放张并切断构件外的预应
力筋，通过预应力筋与混
凝土的粘结力使混凝土产
生预压应力（右图） 。
1—夹具；2—横梁；3—台座承力结构；4—预应力筋；5—台面；6—混凝土构件
5.2.1 先张法基本概念
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5.2.2 先张法施工机具
1. 台座
先张法生产构件时张拉和临时固定预应力筋的支撑结构，必须具有足够的强度、刚度和稳定性，以防止因台座变形、倾覆和滑移而引起预应力的损失。
（1）墩式台座
以混凝土墩作为承力
结构，由台面、台墩和横
梁组成。长度100～150m，
适于中、小型构件。
墩式台座
1—混凝土墩；2—横梁；3—台面；4—预应力筋
5.2.2 先张法施工机具
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墩式台座
5.2.2 先张法施工机具
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墩式台座与预应力构件制作现场
5.2.2 先张法施工机具
5.2.2 先张法施工机具
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台座横梁及张拉设备
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（2）槽式台座
由钢筋混凝土承压杆、上横梁、下横梁及台面组成，既可承受张拉力，又可作为蒸汽养护槽，长度一般为45m或76m。宽度随构件外形及制作方式而定，一般不小于1m。为便于混凝土的运输和蒸汽养护，台座多低于地面，但需考虑地下水位的影响及防雨排水的措施。
槽式台座
1—钢筋混凝土承压杆；2—砖墙；3—下横梁；4—上横梁
5.2.2 先张法施工机具
5.2.2 先张法施工机具
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槽式台座及张拉设备
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槽式台座及整体张拉布置
张拉夹具
锚固夹具
台座式千斤顶
活动横梁
台座固定横梁
传力柱（压杆）
预应力筋
预应力构件
5.2.2 先张法施工机具
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2. 夹具
夹具是指在先张法施工中为保持预应力筋拉力并将其固定在张拉台座（或设备）上用的临时性锚固装置。按所夹持的预应力筋种类分为钢筋夹具和钢丝夹具。
（1）钢筋夹具
钢筋锚固多用螺丝端杆锚具、镦头锚和销片夹具等。张拉时可用连接器与螺丝端杆锚具连接，
或用销片夹具等。销片式夹具
由圆套筒和圆锥型销片组成，
有两片式和三片式。
两片式销片夹具
1-销片；2-套筒；3-预应力筋
5.2.2 先张法施工机具
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（2）钢丝夹具
钢丝夹具可夹持直径3~5mm的钢丝，常用的锚固夹具有圆锥齿板式、圆锥槽式和镦头夹具等。常用的张拉夹具有钳式、偏心式和楔形等。
（a）圆锥齿板式；（b）圆锥槽式1—套筒；2—齿板；3—钢丝；4—锥体
镦头夹具
1—垫片；2—墩头钢丝；3—承力板
5.2.2 先张法施工机具
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3. 张拉机具
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）钢丝的张拉机具
分单根张拉和多根张拉。在台座上生产常采用单根张拉，一般使用小型卷扬机或电动螺杆张拉机张拉，成组钢丝的张拉多用千斤顶在模板上进行。
（2）钢筋的张拉机具
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，多根钢筋成组张拉时可采用四横梁式张拉装置进行。
5.2.2 先张法施工机具
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穿心式千斤顶
拉杆式千斤顶
台座式千斤顶
5.2.2 先张法施工机具
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5.2.3 先张法施工工艺
台座准备
刷隔离剂
铺预应力筋
张 拉
侧模安装
浇筑混凝土
养 护
放 张
脱模
出槽
堆放
制作试块
试块试压
先张法施工工艺流程图
5.2.3 先张法施工工艺
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1. 张拉预应力筋
（1）张拉方法和张拉顺序
分为单根张拉和多根成组张拉，并应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。
（2）张拉程序
① 0→1.05σcon(持荷2min)→σcon
② 0→1.03σcon
超张拉——减少由于钢筋松弛变形造成的预应力损失。
当张拉低松弛钢绞线时，可以采用一次张拉：0→σcon。当多根预应力筋同时张拉时，应预先调整初应力值，使其相互之间的应力一致。
5.2.3 先张法施工工艺
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（3）张拉控制应力
预应力筋张拉时的控制应力应符合设计及专项施工方案的要求，但不宜超过下表中的限值。控制应力高，建立的预应力值大，其抗裂性提高。
fptk——极限抗拉强度标准值
fpyk——屈服强度标准值
5.2.3 先张法施工工艺
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（4）张拉应力校核
预应力筋的张拉，一般采用张拉力控制，伸长值校核，张拉时预应力筋的理论伸长值与实
际伸长值的允许偏差为±6%。
预应力筋张拉锚固后，
用内力测定仪检查预应力值，
其偏差不得大于或小于设计
规定相应阶段预应力值的5％。
预应力筋张拉锚固后，
对设计位置的偏差不得大于
5mm，且不得大于构件截面
最短边长的4%。
实际伸长值量测
5.2.3 先张法施工工艺
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2. 预应力混凝土浇筑与养护
（1）混凝土浇筑
要求：一条生产线一次浇完，不留施工缝；
　　　　 低水灰比，控制水泥用量；
混凝土应振捣密实，振动器不得碰撞预应力钢筋。
（2）混凝土养护
可采用自然养护、蒸气养护或太阳能养护。
当采用蒸气养护时，为减小温差所引起的预应力损失，通常采取“二次升温法”。即初次升温，应控制温差不超过200C。；当构件混凝土强度达到7.5~10N/mm2时，再按常规继续升温养护。
5.2.3 先张法施工工艺
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3. 预应力筋的放张
（1）放张要求：符合设计要求（一般不得低于设计强度等级的75%）。
（2）放张顺序
1）对轴心受预压构件（如压杆、桩等）所有预应力筋应同时放张。
2）对偏心受预压构件（如梁等）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）如不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错的放张，以防止在放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。
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。
5.2.3 先张法施工工艺
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（3）放张方法
钢丝可用剪切，锯割。
配筋不多的中小型钢筋
混凝土构件，采用砂轮锯或
切断机切断等方法放松。
配筋多的钢筋混凝土构
件，应同时放松，若逐根放
松，则最后几根钢筋会因为
承受的拉力太大而突然断裂。
放张的方法可用千斤顶、砂
箱和楔块等进行。
5.2.3 先张法施工工艺
活塞
钢套箱
进砂口
出砂口
砂子
钢套箱底板
砂箱放张法
横梁
螺杆
螺母
承力板
台座
钢块
钢块
钢楔块
楔块放张法

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