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第六章 预应力混凝土工程
主要内容：
预应力混凝土工程的先张法、后张法的施工工艺，机具设备和施工方法。电热张法、无粘结预应力混凝土施工原理、特点及应用。
学习要求：
·了解预应力混凝土的概念，及其在工程应用中的优点； ·熟悉预应力混凝土的材料品种、规格及要求； ·熟悉先张法、后张法的施工工艺； ·掌握先张法预应力筋的控制应力、张拉程序和放张顺序的确定和注意事项； ·掌握后张法孔道留设、锚具选择、预应力筋的张拉顺序、孔道灌浆等施工方法及注意要点； ·了解电热张法，掌握无粘结预应力混凝土施工原理及应用； ·熟悉预应力混凝土质量保证措施及安全技术。
学习重点、难点：
预应力混凝土工程的先张法、后张法的施工工艺，机具设备和施工方法。无粘结预应力混凝土施工原理、特点及应用。
6.1、概述
6.1.1 预应力混凝土的特点
预应力混凝土由于事先人为地施加了一个预加力，使其在受力方面有许多和普通混凝土结构不同的特点。但是，正正常配筋范围内，预应力混凝土梁的破坏弯矩，主要与构建的组成材料的性能有关，而与是否在受拉钢筋中施加拉应力的影响很小。其破坏弯矩值与同条件下的普通钢筋混凝土的破坏弯矩值几乎相同。这说明预应力混凝土结构并不能创造出超越其 本身材料强度能力之外的奇迹，而只是大大地改善了结构在正常适用阶段的工作性能。
6.1.2 预应力混凝土的材料要求
1. 预应力混凝土结构用钢筋
预应力混凝土用的钢筋种类有冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋、碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋、精扎螺纹钢筋等，预应力钢材的发展趋势为高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。
2 对混凝土的要求
在预应力混凝土结构中，一般要求混凝土的强度等级不低于C30。当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土的强度等级不低于C40。目前，在一些重要预应力混凝土结构中，已开始采用C50～C60的高强混凝土，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。在预应力混凝土构件的施工中，不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化钠等，否则会发生严重的质量事故。
6.2 预应力混凝土工程施工
预应力的施加方法，根据与构件制作相比较的先后顺序分为先张法、后张法两大类。按钢筋的张拉方法又分为机械张拉和电热张拉，后张法因施工工艺的不同，又可分为一般后张法、后张自锚法、无粘结后张法等。
6.2.1先张法
先张法是在浇筑混凝土之前，先张拉预应力钢筋，并将预应力筋临时固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土构件，待混凝土达到一定强度(一般不低于混凝土设计强度标准值的75%)，混凝土与预应力筋具有一定的粘结力时，放松预应力筋，使混凝土在预应力的反弹力作用下，使构件受拉区的混凝土承受预压应力。
先张法多用于预制构件厂生产定型的中小型构件，也常用于生产预应力桥跨结构等。先张法生产有台座法和台模法两种。
先张法施工工艺
主要步骤：
(1)张拉预应力筋；(2)混凝土浇筑与养护；(3)预应力筋放张。
(1)张拉预应力筋
1）张拉程序
可按下列之一进行： 0→1.05σcon(持荷2分钟)→σcon 或 0→1.03σcon(其中σcon为预应力筋的张拉控制应力)。
2）控制应力及最大应力： 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。 控制应力的数值直接影响预应力的效果。施工中采用超张拉工艺，使超张拉应力比控制应力提高3%～5%。
(2)混凝土浇筑与养护
1）为了减少预应力损失，在设计配合比时应考虑减少混凝土的收缩和徐变。应采用低水灰比，控制水泥用量，采用良好的级配及振捣密实。
2） 振捣混凝土时，振动器不得碰撞预应力钢筋。混凝土未达到一定强度前也不允许碰撞和踩动预应力筋，以保证预应力筋与混凝土有良好的粘结力。
3）预应力混凝土可采用自然养护和湿热养护。
（3）预应力筋放张方法：
对于中小型预应力混凝土构件，预应力丝的放张宜从生产线中间处开始，以减少回弹量且有利于脱模；对于大构件应从外向内对称、交错逐根放张，以免构件扭转、端部开裂或钢丝断裂。放张单根预应力筋，一般采用千斤顶放张，如图6-18(a)所示。构件预应力筋较多时，整批同时放张可采用砂箱、楔块等放松装置。砂箱装置如图6-18(b)所示。 楔块放张装置如图6-18(c)所示。
6.2.2 后张法
后张法是先制作混凝土构件，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。预应力筋的张拉力主要是靠构件端部的锚具传递给混凝土，使混凝土产生预压应力。
后张法的特点是直接在构件上张拉预应力筋，构件在张拉过程中受到预压力而完成混凝土的弹性压缩，因此，混凝土的弹性压缩，不直接影响预应力筋有效预应力值的建立。后张法适宜于在施工现场制作大型构件（如屋架等），以避免大型构件长途运输的麻烦。但后张法预应力的传递主要依靠预应力筋两端的锚具，锚具作为预应力筋的组成部分，永远留置在构件上，不能重复使用，这样，不仅需要耗用钢材多，而且锚具加工要求高，费用昂贵，加上后法工艺本身要预留孔道、穿筋、张拉、灌浆等因素，故施工工艺比较复杂，成本也比较高。
后张法施工工艺
(1)孔道留设
1）孔道留设的基本要求
构件中留设孔道主要为穿预应力钢筋(束)及张拉锚固后灌浆用。
2）孔道留设的方法
后张法构件中孔道留设一般采用钢管抽芯法、胶管抽芯法、预埋管法。预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线形三种。钢管抽芯法只用于直线形孔道，胶管抽芯法和预埋管法则适用于直线、曲线和折线形孔道。
(2)预应力筋张拉
1）张拉条件：①对混凝土块体的要求　预应力筋张拉时，构件的混凝土强度应符合设计要求，如设计无要求时，混凝土强度不应低于设计强度标准值的75％，以确保在张拉过程中，混凝土不至于受压而破坏。 ②做好各种准备工作。
2)张拉控制应力和超张拉最大应力：(比先张法均低0.05f)
3)张拉顺序
预应力筋张拉顺序应按设计规定进行；如设计无规定时，应采取分批分阶段对称地进行。
(3) 孔道灌浆
预应力筋锚固张拉后，应进行孔道灌浆，其主要作用是保护预应力筋，防止其锈蚀，并使预应力筋与结构混凝土形成整体。因此，孔道灌浆宜在预应力筋张拉锚固后尽早进行。
6.2.3电热法施工
1.电热法基本原理
电热法张拉顶应力筋是利用钢筋热胀冷缩的原理来实现的。电热张拉预应力筋时，为了达到良好的电热效果和施工安全，常采用强电流、低电压通过钢筋。钢筋通电后，电能转化为热能，使钢筋受热而产生纵向伸长，待预应力筋伸长值达到规定长度时，切断电流并立即锚固，然后由于钢筋冷却收缩，从而达到建立预应力的方法，称为电热法。
2.及其适用范围
电热法既适用于制作先张法构件，也适用于后张法构件。
3.电热法的特点
电热张拉法与机械张拉法相比，具有设备简单，操作方便，效率高，成本低；劳动强度低和电热过程对冷拉钢筋起电热时效作用，在曲线配筋构件中可以减小摩阻损失等优点。
6.3 无粘结预应力混凝土
6.3.1.无粘结预应力混凝土的特点：
随着建筑科学得技术的不断发展，施工技术和管理水平得日益提高，建筑物的使用功能和用户的需求都在发生变化。超高、超长、超大建筑正成为一种趋势。作为满足这种超高、超长、超大建筑得技术保证手段，无粘结预应力技术越来越多的被用于民用建筑中。同时，无粘结预应力的施工工艺也正逐步趋于成熟。
无粘结预应力钢筋由7－Φ5高强钢丝组成钢丝束或用7－Φ5高强钢丝扭结而成的钢铰线，通过防锈、防腐润滑油脂等涂层包裹塑料套管而构成的新型预应力筋。它与施加预应力的混凝土之间没有粘结力，可以永久地相对滑动，预应力全部由两端的锚具传递。
无粘结预应力筋是用连续挤出成型工艺在预应力筋表面涂包一层润滑防腐蚀油脂，并用高密度聚乙烯（HDPE）挤塑套管包裹制成的。无粘结预应力的技术特点是利用油脂和塑料外套管隔绝预应力筋与混凝土之间的粘结，从而能够在后张工艺中张拉，并通过锚具传递预应力筋对混凝土的压力。无粘结筋既可以用于现浇构件中，也可以用于预制构件中。它减少了传统后张工艺中的孔道制作、穿束、灌浆等工序，比有粘结预应力施工工艺简便，特别具有铺筋简便、预应力筋走向可随结构内力弯矩变化而变化的特点。
6.3.2.无粘结预应力材料
1.无粘结预应力筋
无粘结预应力筋是由7根φ5mm高强钢丝组成的钢丝束或扭结成的钢绞线，通过专门设备涂包涂料层和包裹外包层构成的。无粘结预应力筋主要有预应力钢材、涂料层、外包层和锚具组成。无粘结预应力筋所用钢材主要有消除应力钢丝和钢绞线。外包层主要由塑料带或高压聚乙烯塑料管制作而成。
2.无粘结预应力锚固系统
. 无粘结预应力构件中，预应力筋的张拉力主要是靠锚具传递给混凝土的。因此，无粘结预应力筋的锚具不仅受力比有粘结预应力筋的锚具大，而且承受的是重复荷载。无粘结预应力混凝土中，锚具必须具有可靠的锚固能力，要求不低于无粘结预应力筋抗拉强度的95%。
无粘结筋的锚具性能应符合Ⅰ类锚具的规定。预应力筋为高强钢丝时，主要是采用镦头锚具。
6.3.3.成型工艺
1.涂包成型工艺
涂包成型工艺可以采用手工操作完成内涂刷防腐沥清或防腐油脂，外包塑料布。也可以在缠纸机土上连续作业，完成编束、涂油、辙头、缠塑料布和切断等工序。
2.挤压涂塑工艺
挤压涂塑工艺主要是钢丝通过涂油装置涂油，涂油钢丝束通过塑料挤压机涂刷聚乙烯或聚丙烯塑料薄膜，再经冷却筒模成型塑料套管。此法涂包质量好，生产效率高，适用于大规模生产的单根钢绞线和7根钢丝束。
6.3.4.无粘结预应力结构体系施工工艺
1. 编制依据：
JGJ/T92—93（无粘结预应力混凝土结构技术规程）
2. 无粘结预应力结构体系施工工艺流程
支梁、板模板—→梁钢筋制安—→穿内梁预应力束（先纵向梁，后横向梁）—→梁预应力束定位（包括固定端）—→ 梁钢筋笼入模—→ 检查预应力束定位，—→ 板底筋制安—→ 铺板内预应力束（按编网顺序）—→ 板面筋制安—→板预应力束定位—→ 张拉端锚具预埋定位 检查验收—→ 浇混凝土—→ 张拉端锚具处整理—→预应力张拉—→ 固锚、割束—→张拉端二次砼浇筑封锚。
3、常见事故的处理
预应力无粘结砼的施工要遵循施工程序，严格按照有关规范进行施工，施工质量是完全可以保证的，但由于施工中人为的或其它因素的影响，也常有质量缺陷发生，最常见有以下几种情况：
（1） 无粘结预应力束外包层破损（2） 张拉端锚板移位（3） 张拉端（或锚固端）张拉时砼被挤压破碎，锚具倾斜、前移、预应力束向上翘起（当锚具埋设位置不正确，锚板露出过多时，进行张拉时也会出现此种情况）
4安全措施
　　（1）张拉人员进工地必须带安全帽和安全带，在脚手架上张拉施工时安全带应拴牢在脚手架上。
　　（2）千斤顶和油泵必须有安全措施，宜用绳索吊在脚手架上，以免失手掉落下楼，造成设备损坏和安全事故。
　　(3)张拉人员必须站在千斤顶两侧位置操作，不得在千斤顶正面操作；
　　（4）锚固端或张拉端不得站有人。
(5)张拉位置下面不应有人通行，以免锚具、工具等掉落，造成人员伤害。
本章小结
1.预应力混凝土结构的基本原理及其优缺点。
2.预应力混凝土的建立方法。
3.预应力混凝土构件对材料的要求。
4.先张法、后张法和电热法的施工工艺与工法。
5.无粘结预应力结构体系施工工艺与质量控制。
6.预应力混凝土安全要求与施工验收规定。

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