预应力混凝土工程施工技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章 预应力混凝土工程,普通钢筋混凝土的抗拉极限应变只有,0.0001,0.0015,，在正常使用条件下受拉区混凝土开裂，构件的刚度小、挠度大。要使混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能达到,30Mpa,；对允许出现裂缝的构件，当裂缝宽度限制在,0.2,0.3mm,时，受拉钢筋的应力也只能达到,200,Mpa,左右。为了克服普通钢筋混凝土过早出现裂缝和钢筋不能充分发挥其作用这一矛盾，人们创造了对混凝土施加预应力的方法。即在结构或构件受拉区域，通过对钢筋进行张拉后将钢筋的回弹力施加给混凝土，使混凝土受到一个预压应力，产生一定的压缩变形。当该构件受力后，受拉区混凝土的拉伸变形，首先与压缩变形抵消，然后随着外力的增加，混凝土才逐渐被拉伸，明显推迟了裂缝出现时间。,预应力混凝土的概念,预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用，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，使混凝土结构在作用状态下充分发挥钢筋抗拉强度高和混凝土抗压能力强的特点，可以提高构件的承载能力。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先抵消预应力，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开展，提高了构件的抗裂度和刚度。这种利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土，叫做,预应力混凝土,。,预应力混凝土的产生,由于混凝土抗拉性能很差，使钢筋混凝土存在两个不能解决的问题：一是需要带裂缝工作，裂缝的存在，不仅使构件刚度下降很多，而且不能应用于不允许开裂的结构中；二是从保证结构耐久性出发，必须限制裂缝开展宽度，这使高强度钢筋无法在钢筋混凝土结构中充分发挥其作用，相应地也不可能充分发挥高标高混凝土的作用。这样，当荷载增加时，只有靠钢筋混凝土构件中的截面尺寸或增加钢筋用量方法来控制构件的裂缝和变形了。这样做既不经济又必然使构件自重增加。采用预应力混凝土是解决这一矛盾的有效办法。,预应力混凝土的基本原理,事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其值和分布，能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适的程度的混凝土。这就是说，它是预先对混凝土或铪构件施工加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利抵消使用荷载作用下产生的拉应力。因而使构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者减小裂缝开展的宽度，以提高构件抗裂度及刚度。,预应力混凝土的发展,1,、预应力混凝土的概念在,19,世纪末提出，但早期的试验并不成功，主要是因为对混凝土收缩与徐变的影响认识不清，预应力筋没有采用高强钢筋，因为只有高强钢筋才有足够的应变能力来抵抗混凝土的非弹性缩短。,2,、直到,1925,年高强钢筋用于预应力结构，由法国学者弗来西奈将高强钢材引入预应力混凝土结构，并且建成了一些重要的预应力结构，预应力的愿望才得以实现。,3,、我国从,1956,年推广应用预应力混凝土，现在无论在数量以及结构类型方面均得到迅速发展。,第一节 预应力混凝土及其分类,一：分类,1,：先张法和后张法混凝土,2,：有粘结和无粘结混凝土,3,：全预应力和部分预应力混凝土,二：优点,能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混凝土。与普通混凝土相比，在同样条件下具有截面小、自重轻、质量好、材料省（要节约钢材,20,40,），并能扩大预制装配化程度。,一、先张法的概念：,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，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。,工艺过程：张拉固定钢筋浇混凝土养护,(,至,75%,强度,),放张钢筋 适用于：构件厂生产中、小型构件,(,楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁,),先张法施工工艺如,图,6-1,所示。,第二节 先张法,一张拉设备和机具,（一）、台座,台座是先张法生产中的主要设备之一，要求有足够的强度和稳定性，以免台座变形、倾复、滑移而引起预应力值的损失。台座按构造不同，可分为墩式台座和槽式台座两类,1,墩式台座,墩式台座一般用于生产小型构件。生产钢弦混凝土构件的墩式台座，其长度常为,100,150,米，这样既可利用钢丝长的特点，张拉一次可生产多根构件，减少张拉及临时固定工作，又可减少钢丝滑动或台座横梁变形引起的应力损失。,（,1,）墩式台座的形式,墩式台座有重力式和构架式两种。重力式台座主要靠自重平衡张拉力所产生的倾复力矩，构架式台座主要靠土压力来土平衡张拉力所产生的倾复力矩。,（,2,）墩式台座的稳定性和强度验算,墩式台座的稳定性包括台座的抗倾覆和抗滑移的能力。墩式台座抗倾覆和抗滑移验算的计算简图见,墩式台座的抗倾覆能力以台座的倾覆的安全系数,K0,表示。,考虑到混凝土台墩和混凝土台面相互作用的顶点角部会出现因应力集中而局部破损的现象，所以，抗倾覆验算的倾覆点应设在台面以下,40 50 mm,处。,墩式台座的强度验算：传力墩的牛腿和外伸台面局部加厚部分，分别按钢筋混凝土结构的牛腿和偏心受压构件计算；横梁按简支梁计算。,2,槽式台座,浇筑中小型吊车梁时，由于张拉力矩和倾复力矩都很大。一般多采用槽式台座，它由钢筋混凝土立柱、上下横梁及台面组成。台座长度应便于生产多种构件：一般为,45,米（可生产,6,根,6,米长的吊车梁）或,76,米（可生产,10,根,6,米长的吊车梁，或,24,米屋架,3,榀，或,18,米屋架,4,榀）。为便于拆迁移，台座式应设计成装配式。此外，在施工现场亦可利用条石或已预制好的柱、桩和基础梁等构件，装配成简易式台座。,（二）夹具,夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具，要求夹具工作可靠，构造简单，施工方便，成本低。根据夹具的工作特点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,偏心式夹具是由一对带齿的月牙形偏心块组成的。,（,2,）楔形夹具,楔形夹具是由锚板和楔块组成的。,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,）锥形夹具,锥形夹具是用来锚固预应力钢丝的，由中间开有圆锥形孔的套筒和刻有细齿的锥形齿板或锥销组成。分别称为圆锥齿板式夹具和圆锥三槽式夹具。,圆锥齿板式夹具的套筒和齿板均用,45,号钢制作。套筒不需作热处理，齿板热处理后的硬度应达,HRC40,50,。,圆锥三槽式夹具锥销上有三条半圆槽，依锥销上半圆槽的大小，可分别锚固一根,fb3,、,fb4,或,fb5,钢丝。套筒和锥销均用,45,号钢制作，套筒不作热处理，锥销热处理后的硬度应达,HRC40,45,。,锥形夹具工作时依靠预应力钢丝的拉力就能够锚固住钢丝。锚固夹具本身牢固可靠地锚固住预应力筋的能力，称为自锚。,（,2,）圆套筒三片式夹具,圆套筒三片式夹具是用于锚固预应力钢筋的，由中间开有圆锥形孔的套筒和三片夹片组成。,圆套筒三片夹式具可以锚固,f12,或,f14,的单根冷拉,II,、,III,、,IV,级钢筋。套筒和夹片用,45,号钢制作，套筒和夹片热处理后硬度应达,HRC35,40,和,HRC40,45,。,（,3,）方套筒两片式夹具,方套筒两片式夹具用于锚固单根热处理钢筋。该夹具的特点是操作非常简单，钢筋由套筒小直径一端插入，夹片后退，两夹片间距扩大，钢筋由两夹片之间通过，由套筒大直径一端穿出。夹片受弹簧的顶推前移，两夹片间距缩小，夹持钢筋。,（,4,）镦头夹具（图示）,预应力钢丝或钢筋的固定端常采用镦头锚固。冷拔低碳钢丝可采用冷镦或热墩方法制作镦头；碳素钢丝只能采用冷镦方法制作墩头；直径小于,22,毫米的钢筋可在对焊机上采用热镦方法制作镦头；大直径的钢筋只能采用热镦方法,（三）张拉机械,先张法施工中预应力筋可单根张拉或多根成组张拉。常用的张拉机械有：,1,YC,20,穿心式千斤顶,YC,20,型穿心式千斤顶由偏心式夹具、油缸和弹性顶压头组成。最大张拉力,200kN,，张拉行程,200,毫米，自重,19,千克。适于张拉直径,12,20,毫米的单根预应力钢筋。,张拉预应力钢筋的工作过程,油嘴,6,进油，油缸向左侧伸出，由于偏心式夹具夹紧了预应力钢筋，预应力钢筋被张拉。,2,电动螺杆张拉机,电动螺杆张拉机由张拉螺杆、变速箱、拉力架、承力架和张拉夹具组成。最大张拉力为,300,600kN,，张拉行程为,800,毫米，自重,400,千克，为了便于转移和工作，将其装置在带轮的小车上。电动螺杆张拉机可以张拉预应力钢筋也可以张拉预应力钢丝。,电动螺杆张拉机的工作过程：工作时顶杆支承到台座横梁上，用张拉夹具夹紧预应力筋，开动电动机使螺杆向右侧运动，对预应力筋进行张拉，达到控制应力要求时停车，并用预先套在预应力筋上的锚固夹具将预应力筋临时锚固在台座的横梁上。然后开倒车，使电动螺杆张拉机卸荷。,3,油压千斤顶,油压千斤顶可张拉单根预应力筋或多根成组预应力筋。多根成组张拉时，可采用四横梁式张拉装置进行。,四横梁式油压千斤顶张拉装置，用钢量较大，大螺丝杆加工困难，调整预应力的初应力费时间，油压千斤顶行程小，工效较低，但其一次张拉力大,。,二、先张法施工工艺,（一）预应力筋的张拉,预应力筋的张拉应根据设计要求进行,1,张拉控制应力,预应力筋的张拉工作是预应力施工中的关键工序，应严格按设计要求进行。,预应力筋张拉控制应力的大小直接影响预应力效果，影响到构件的抗裂度和刚度，因而控制应力不能过低。但是，控制应力也不能过高，不允许超过其屈服强度，以使预应力筋处于弹性工作状态。否则会使构件出现裂缝的荷载与破坏荷载很接近，这是很危险的；此外过大的超张拉会造成反拱过大，预拉区出现裂缝也是不利的。因此，预应力筋的张拉控制应力应符合设计要求。当施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高,5%,但其最大 张拉控制应力不得超过下表的规定。,钢丝、钢绞线属于硬钢，冷拉热轧钢筋属于软钢。硬钢和软钢根据它们是否存在屈服点划分的，由于硬钢无明显屈服点，塑性较软钢差，所以其控制应力系数较软钢低。,2,张拉程序的确定,预应力筋的张拉程序：,0105,控制应力（持荷,2,分钟）控制应力，或,0103,控制应力。,预应力筋进行超张拉（,1.03,1.05,控制应力）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。这种现象再张拉后的头几分钟内发展得特别快，往后则趋于缓慢。例如，超张拉,5%,并持荷,2,分钟，再回到控制应力，松弛以完成,50%,以上。,3,预应力筋的张拉,预应力筋的张拉力根据设计的张拉控制应力与钢筋截面积及超张拉系数之积而定。,预应力钢丝的应力可利用,2CN-1,型钢丝测力计或半导体频率记数测力计进行测定。,2CN-1,测力计工作构造示意图,（二）混凝土的浇筑和养护,混凝土的浇筑必须一次完成，不允许留设施工缝。混凝土的强度等级不得小于,C30,。为了减少混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失。在确定混凝土的配合比时，应采用低水灰比，控制水泥的用量，对骨料采取良好的级配，预应力混凝土构件制作时，必须振捣密实，特别是构件的端部，以保证混凝土的强度和粘结力。,（三）预应力筋的放张,先张法施工的预应力放张时，预应力混凝土构件的强度必须符合设计要求。设计无要求时，其强度不低于设计的混凝土强度标准值的,75,。过早放张预应力会引起较大的预应力损失或预应力钢丝产生滑动。对于薄板等预应力较低的构件，预应力筋放张时混凝土的强度可适当降低。预应力混凝土构件在预应力筋放张前要对试块进行试压。,预应力混凝土构件的预应力筋为钢丝时，放张前，应根据预应力钢丝的应力传递长度，计算出预应力钢丝在混凝土内的回缩值，以检查预应力钢丝与混凝土粘结效果。若实测的