预应力结构及预应力结构施工的基本常识概论

建研（北京）结构工程有限公司第一章 预应力结构及预应力结构施工的基本常识1.1 预应力的基本概念1.1.1 什么是预应力结构预应力结构就是在结构承受外荷载作用之前，预先采用人为的方法，在结构内部形成一种预先的应力状态，使结构在使用阶段产生拉（压）应力的区域预先受到压（拉）应力，这种压（拉）应力可以抵消全部或一部分在使用阶段由外荷载产生的拉（压）应力，从而达到推迟裂缝出现、限制裂缝开展和提高结构刚度的目的。以简支梁跨中截面为例，在使用阶段垂直向下荷载作用下，梁跨中截面的下部受拉。如果在使用荷载施加之前，我们采取某种方法使该截面的下部预先受到一定的压应力，这样，当施加使用荷载时，使用荷载产生的应力将首先平衡掉预先形成的压应力，然后才产生拉应力，两者抵消后最终产生的拉应力将比没有预加压应力时小得多。当预加压应力的值等于或大于荷载产生的拉应力时，甚至在混凝土中根本不产生拉应力。由于混凝土的抗压能力远远大于抗拉能力，在预应力钢筋混凝土结构中，我们主要是预先在构件的混凝土中形成压应力，用来抵消使用荷载条件下的拉应力，减小截面混凝土的拉应力，达到提高构件的承载能力，减少和推迟混凝土受拉裂缝产生的效果。这里应当注意的是，所谈的压应力或拉应力都是针对构件的某个截面甚至截面的某一边来说的，如果将施加压应力的位置搞反了，不但不能提高构件的承载能力，反而会大大降低构件的承载能力。因此在施工中应严格按设计的预应力钢筋位置进行布筋。为了在混凝土中预加应力，一般在构件内设置预应力钢筋，对其进行张拉并锚固后，利用预应力钢筋的弹性回缩力在混凝土中形成压应力。如果预应力钢筋布置成曲线形状，则对构件来说还将产生与使用荷载相反效果的附加荷载，这种荷载与使用荷载是相互抵消的，因此也会产生减小构件应力的效果。1.1.2预应力结构的优点a可以有效地避免或限制使用阶段裂缝的开展；b可以提高结构的刚度，减小构件的变形；c可以充分利用高强钢材的机械性能，节约钢材；d可以充分利用材料的性能，有效地减小构件的尺寸，为建筑物提供更大的有效空间；e可以减小结构的自重；f可以减少工程的投资。1.1.3预应力结构的分类对于预应力钢筋混凝土结构来说，主要有如下三种分类方法：a按照预应力施加的时间进行分类有先张预应力构件和后张预应力构件。这里的先后是相对于混凝土的浇筑时间来说的，在浇筑混凝土之前就对钢筋施加应力的称为先张预应力构件，如在台座上施工的预制预应力空心板就属于先张预应力构件；反之在混凝土浇筑之后才对钢筋施加应力的称为后张预应力构件，在现场施工的预应力构件多为后张预应力构件。后张预应力构件的主要特点是都要采取钢筋张拉之前混凝土不对钢筋产生握裹力的措施，比如采用预埋波纹管和采用抽拔钢管的办法在混凝土中留设孔道，或者直接在钢筋的表面满涂润滑脂后用塑料皮包裹的办法。本公司施工的预应力构件多数为后张预应力构件。b按照预应力钢筋作用的方式分为有粘结预应力构件和无粘结预应力构件。对于预应力构件来说，在预应力钢筋张拉锚固后，预应力钢筋的弹性回缩力传递到混凝土上有两种方式：一种是通过混凝土对预应力钢筋的直接握裹，将弹性回缩力沿钢筋的长度均匀地传递到混凝土上，这样就形成了有粘结预应力混凝土构件。另一种方式是预应力钢筋和混凝土之间没有握裹力（虽然还有一部分摩擦力），钢筋的弹性回缩力通过在预应力钢筋的两端的锚固端施加到构件上，这样就形成了无粘结预应力构件。由此可见这里说的“粘结”指的是混凝土和钢筋之间的粘结。对于有粘结预应力构件，预应力钢筋是和混凝土结合在一起共同工作的，构件的受力性能比无粘结预应力构件要好，因此在梁等重要构件一般采用有粘结预应力构件，无粘结预应力构件一般用在板等次要构件上。在施工中，一般有粘结预应力构件在预应力钢筋张拉后都要进行灌浆，使预应力钢筋和混凝土之间产生可靠的粘结力。c按照预应力抵消使用荷载条件下应力的多少分为部分预应力构件和全预应力构件。当在构件中预先施加的应力小于使用荷载产生的应力时，构件在使用荷载作用下混凝土中仍然会有拉应力存在，这样的预应力构件称之为部分预应力构件。当预先施加的压应力大于或等于使用荷载产生的应力时，构件在使用荷载作用下混凝土中将不会有拉应力存在，这样的预应力构件称之为全预应力构件。笼统地讲，我们将预先施加的应力和使用荷载作用下产生的应力的比值成为预应力度。预应力度小于1的预应力构件为部分预应力构件，预应力度大于等于1的预应力构件为全预应力构件。1.1.4预应力损失的基本概念我们对预应力钢筋进行张拉，但是并不是我们张拉时施加的力都能够保持下来，形成对混凝土产生的预加应力，其中相当大的部分都因为各种各样的原因被释放掉了，这些消耗掉的部分我们称之为预应力损失。a第一批预应力损失第一批预应力损失是指在预应力构件施工过程中就产生的预应力损失，包括锚具变形和混凝土内缩损失、孔道摩擦损失、加热养护由于温差引起的损失等。锚具变形和钢筋内缩损失是在锚具锚固、张拉机具放张后，由于锚具在受压后产生压应变产生的损失；钢筋与夹片及夹具与锚环之间产生滑移产生的损失；锚具各零件之间和锚具与混凝土之间的间隙被压缩产生的张拉应力损失。为了减少这部分损失，锚具应选用高硬度的材料，施工中应尽可能将夹片顶紧和减小各零件之间的间隙。孔道摩擦损失是指由于预留孔道和预应力钢筋之间摩擦力的影响，使钢筋的张拉应力随着到张拉端的距离增大而变小，这样在远离张拉端位置钢筋的实际拉力要比张拉端的位置要小一些，这个差值就是孔道摩擦损失。为了减小这部分损失，应尽可能保持预留孔道的光滑。在工厂预制先张预应力构件时，有时具有加热养护的条件。这时一般的施工程序是在没有进行加热的条件下先对预应力钢筋进行张拉，进行混凝土浇筑成形，然后将成形后的构件连同预应力钢筋一起进行加热养护，待混凝土强度达到规定要求后，将与混凝土粘结在一起的预应力钢筋剪断放张，形成成品构件。这个过程中，在构件进行加热养护时，混凝土还没有强度，预应力钢筋和混凝土之间的粘结力为零，而在冷环境下张拉过的钢筋在受热后将产生温度变形而伸长，这样有一部分张拉的弹性伸长量就被温度伸长所替代，使钢筋的弹性伸长相应变小，而由于混凝土和钢材的温度伸长率很接近，当构件降温后混凝土和钢材将粘结在一起一同回缩，那么被温度伸长所替代的弹性伸长将不会再恢复，这样实际由弹性伸长回缩产生的预应力就变小了，这样产生的预应力损失我们称之为加热养护由温差引起的损失。这部分损失在我们经常施工的现场浇筑的预应力混凝土构件当中是不存在的。b第二批预应力损失第二批预应力损失是构件制作完成后，在使用过程中随着时间的推移产生预应力损失，包括钢筋应力松弛损失、混凝土收缩徐变损失、螺旋和环形配筋的环形预应力构件由于局部混凝土的挤压产生预应力损失等。减少第二批预应力损失的措施一般是在材料选用及材料质量方面采取措施。1.1.5预应力构件的主要控制指标在预应力构件的设计过程中主要考虑的技术指标为构件的强度、裂缝、变形和结构的预应力度。这些技术指标最终体现在预应力钢筋强度、数量、锚具的选择、预应力钢筋的布筋形状和钢筋的张拉控制应力等，所有这些都是实现设计意图的必要保证，缺一不可。因此在进行预应力结构的施工过程中，必须做到进场材料的质量检验、准确铺设预应力钢筋和严格按照设计要求的张拉控制应力对预应力钢筋进行张拉，对于有粘结预应力钢筋还要对预留孔道进行灌浆。预应力钢筋的张拉机具多采用油压千斤顶和与之配套的油泵。在张拉时是通过油泵的油压显示来控制施加到预应力钢筋上的拉（压）力的。而每一套机具在相同油压下施加拉力是不同的，为了保证张拉控制应力的实现，在张拉之前必须对张拉机具的拉力油压对应关系进行标定，并根据标定值进行张拉油压控制。在预应力张拉施工之前，还应根据钢筋的长度、曲线的形状和张拉控制应力换算出钢筋的预期伸长值，并在施工过程中进行测量。在施工中一般以表压值作为主要的控制指标，以计算预期的钢筋伸长值作为校验指标。通过钢筋伸长值的测量可以判断孔道内钢筋的变形是否均匀，和有无孔道堵塞现象。1.1.6预应力钢筋在构件中的作用A、利用预应力钢筋的回缩弹性在构件中产生预压应力。B、利用钢筋布置的形状给构件产生与外荷载相平衡的方向荷载。C、利用预应力钢筋抵抗外荷载产生的荷载效应。1.1.7施加预应力的方法A、采用张拉钢筋的方式施加预应力。B、采用给钢筋加温的方式施加预应力。C、利用其它使钢筋产生变形的办法施加预应力。1.1.8常见预应力混凝土构件就混凝土结构而言，在实际工程中常见的预应力构件有预应力混凝土梁、预应力混凝土板、预应力混凝土屋架、预应力特种结构（如环形预应力混凝土水池等）。另外还有预应力混凝土大偏心柱、边坡处理中的锚拉桩等。所有这些构件都包括预制预应力构件和现浇预应力构件两种。1.1.9常见的预应力钢筋布筋形式由于各种预应力构件的工作状态不同，构件中的预应力钢筋的布置形式有所不同。常见的预应力钢筋的布筋形式有直线形、折线形和曲线形等。所有这些布筋形式的选用原则是将预应力钢筋布置在构件的受拉部位，并考虑预应力钢筋在构件中产生的应力与荷载产生的应力方向相反。直线形常用于抗拉构件，如：锚拉桩、屋架的下弦拉杆等；也可用于单跨的抗弯构件，如：单跨简支梁、单跨简支板等。折线形常用于作用有较大集中荷载的单跨简支梁等。折线形钢筋在转折处应做弧形转折。曲线形常用于连续梁、框架梁、框架柱和预应力特种结构等。1.2 预应力结构和非预应力结构在施工中差别1.2.1钢筋的差别预应力钢筋一般采用高强低松弛的钢材，可以是钢筋或钢丝的形式，也可以是将钢丝编成钢绞线的形式。预应力结构中钢筋的强度一般都比普通预应力构件中钢筋的强度高。1.2.2预应力钢筋铺设方法的特点a由于预应力钢筋多采用钢丝或由钢丝变成的钢绞线，柔性比较大，因此在铺设时需要有较多的固定措施。b后张有粘结预应力结构中的钢绞线需要铺设在预留的孔道当中，以便在混凝土浇筑完成后进行预应力的施加。1.2.3预应力构件施工要求的特点a预应力钢筋的定位必须准确，这种定位包括竖向和横向两个方向上的定位。b预应力钢筋相配套的部件必须安装牢靠。波纹管和通气管必须保证其完整性和密闭性，锚垫板必须和所连接的预应力钢筋垂直。c预应力构件在混凝土振捣过程中必须注意不得使预应力钢筋或波纹管及其配件移位。不得损伤波纹管和无粘结预应力钢筋的塑料包裹层。必须更加强调混凝土的密实性，尤其是张拉端附近的混凝土由于钢筋较多，更应注意保证混凝土的密实性。为了保证预应力钢筋的及时张拉，应多留一些试块用于混凝土强度的中间检测。1.2.4拆模问题根据预应力混凝土的特点，在预应力钢筋张拉之前构件的承载能力较低，因此构件的竖向支撑模板在预应力钢筋张拉之前不得拆除；而为了减少模板对预应力构件侧向变形的限制，在预应力钢筋张拉之前应将构件的侧模拆除。因此，预应力构件一般都会有二次拆模的问题。1.3 预应力结构的图纸及有关的计算1.3.1预应力结构的施工图纸除了与非预应力结构相同的结构布置、梁柱配筋图以外，作为非预应力结构特有的图纸包括预应力钢筋曲线图、预应力有关节点构造图和有关的设计说明。在结构布置图中，预应力构件编号的第一个字符一般为字母“Y”。预应力钢筋曲线图中一般包括曲线预应力钢筋的坐标。预应力设计说明中一般包括预应力的施工要求：如预应力钢筋及锚具的选型、预应力钢筋的张拉控制应力、灌浆封锚等有关材料要求、预应力张拉时要求的混凝土强度及其它有关注意事项。1.3.2预应力钢筋伸长值的估算由于有孔道摩擦损失，预应力钢筋在混凝土构件中各个截面处的应力是不同的，在利用预应力钢筋弹性应力应变关系进行伸长值的计算中必须考虑计算范围内钢筋应力的变化情况。对于直线孔道预应力钢筋由于孔道摩擦损失较小，可以忽略钢筋应力变化的影响，直接按公式 L=FjL/(ApEs)进行计算其中，Fj预应力钢筋张拉端的拉力。L计算范围内预应力钢筋的长度。Es预应力钢筋的弹性模量。Ap预应力钢筋的截面面积。对于曲线孔道预应力钢筋，则必须考虑钢筋应力变化的影响。如果精确的考虑钢筋应力的变化来计算钢筋伸长值，应该采用随着应力的变化沿钢筋全长进行积分的办法计算。但由于孔道摩擦力计算是一种概率统计基础上的计算，计算值与实际值之间还是有误差的，从而带来伸长值计算的误差。因此在工程使用中一般可以采用考虑孔道摩擦的近似计算办法，计算公式为L=FpLt/(ApEs)。其中，Fp各截面预应力钢筋拉力的平均值。Fp = Fj(1-(Lt+)/2) 从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线夹角的弧度值。Lt预应力钢筋的计算长度。对于多曲线段或由直线段和曲线段组成的曲线应分段进行计算，然后进行叠加。- 48 -第二章 预应力结构的材料与检验2.1预应力钢筋2.1.1预应力结构对钢筋的要求1、要有高强度。只有高强度的钢筋才能对混凝土施加较大的预应力，同时可以充分发挥由于施加了预应力混凝土受压区延缓出现带来的结构承载能力的提高。2、要求有较好的延性。预应力钢筋是构件中的主要承力件，没有足够的延性将使结构构呈现脆性破坏。3、与混凝土有较好的粘结性（无粘结预应力结构除外）。混凝土与预应力钢筋的有效粘结，可以保证钢筋和混凝土更好地共同工作。2.1.2增加钢筋强度的方法1改变钢筋的化学成份。即炼钢法，在铁中增加碳的含量可大大提高其强度，但大于一定范围将影响其塑性，故在预应力钢筋的化学成分中一般不大于0.8，其它如Si、Mn、Cr、NI、及V等都可明显改善钢的性能。2改变钢的内部全部组织，即热处理方法。当钢铁的化学成分一定以后，它的全相组织对强度、塑性等性能影响也很大。因而采用合理的热处理方法即可改善性能，在预应力钢筋中油淬火、回火钢丝应用就很广。3冷强化法。冷作变形能够改变钢材的晶格位置，形成错位，因而形成材料中的内应力。这种内应力也可改变材料的性能，我们大量的使用冷拉钢丝，钢绞线等都是经过冷拉强化后的材料拉应力越大，强度提高越多，但延性越低。综合应用以上三种方法，选用最经济同时最优化的组合就制成了我们现在常用的预应力钢筋。2.1.3常用的预应力钢筋性能及检验一、消除应力钢丝与冷拉钢丝的力学性能及尺寸允许偏差。1、性能的尺寸偏差见表2.1、.2、.3。2、冷拉钢丝代号RCD；消除应力代号S；消除应力刻痕代号SI；消除应力螺旋钢丝代号SH。3、对于钢丝的检查分自检与复检两种。自检应检查钢丝直径是否在符合表2.1规定；钢丝表面不应有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污。消除应力钢丝取弦长1m的钢丝，其自然矢高不大于20mm。复检应由有资格的检测单位进行。复检项目有抗拉强度(b)、规定非比例伸长应力(2)及伸长率三项。弯曲及松驰不要求复检。特性：表面的冷拉钢丝一般不采用。施工中如遇此种钢丝要特别小心，因其伸长值只有2，属脆性材料。表2.1 钢丝尺寸及允许偏差钢丝公称直径mm直径允许偏差mm横截面积mm2每米理论重量kg/m3.000.047.070.0554.0012.570.0995.000.0519.630.1546.0028.270.2227.000.0538.480.3028.0050.260.3949.0063.620.499 注：计算钢丝理论重量时钢的密度为7.85g/cm3。表2.2 消除应力钢丝的力学性能公称 直径mm抗拉强度b Mpa不小于规定非比例伸长应力b Mpa不小于伸长率(L0=100mm)%不小于弯曲次数松 驰次数/180o不小于弯曲半径mm初始应力相当于公称抗拉强度的百分数1000h应力损失，不大于级松驰级松驰4.001470157016701770125013301410150043106070804.58121.02.54.55.004156.0015701670133014207001470157012501330208.009.0025注:1级松驰即普通松驰级松驰即低松驰它们分别适用所有钢丝。2屈服强度p0.2值不小于公称抗拉强度的85。3如需镦头锚固，订货合同中应注明要求条件。二、预应力混凝土用钢绞线1、钢绞线尺寸允许偏差及拉伸性能见表2.4、2.5、2.6。无粘结预应力筋的规格分性能见表2.7。表2.4 1x 3结构钢绞线尺寸及允许偏差钢绞线结构公称直径mm钢绞线测量尺寸mm钢绞线测量尺寸允许偏差mm钢绞线公称截面积mm2每1000mm的绞线理论重量kg绞 线钢 丝1X310.805.009.33+0.3059.346512.906.0011.20-0.1585.4671表2.5 1x 7结构钢绞线尺寸及允许偏差钢绞线结构公称直径mm直径允许偏差mm钢绞线公称截面积mm2每1000mm的绞线理论重量kg中心钢丝直径加大范围不不于，17标准型9.50+0.30-0.1554.84322.011.1074.258012.70-0.40-0.2098.777415.20139110117模拔型12.7011289015.201651295表2.6 钢绞线尺寸及拉伸性能钢绞线结构钢绞线公称直径mm强度级别Mpa整根钢绞线的最大负荷kN屈服负荷kN伸长率1000 h松驰率，不大于级松驰级松驰初 始 负 荷 不小于70公称最大负荷 80公称最大负荷 70公称最大负荷 80公称最大负荷 1310.80172010286.73.58.0122.54.512.9014712517标准型9.50186010286.611.10186013811712.70186018415615.2017202392031860259220模拔型12.70186020917815.201820300255注：1级松驰即普通松驰级，级松驰即低松驰级，它们分别适用所有钢绞线。2屈服负荷不小于整根钢绞线公称最大负荷的85。表2.7 无粘结预应力金的规格与性能项目规格和性能碳素钢丝束75钢绞线1X712.01X715.01000 h松驰值,%(初始负荷为70%破断负荷)不大于级松驰8.08.08.0级松驰2.52.52.5截面积，mm2137.4189.45139.98重量,kgm1.080.7防府润滑脂重量g/m大于504350高密度聚乙稀护套厚度mm0.81.20.81.20.81.2摩擦试验： 无粘结预应力筋与壁之间的摩擦系数 考虑无粘结预应力筋壁每米长度局部 偏差对摩擦的影响系数0.10.00350.120.0010.12 钢材的抗拉强度b,也服强度.0.2及伸长率与表2.6规格相同.2、自检时有粘结钢绞的钢丝表面不仅有裂纹、小刺、机械损伤、皮坑及油污。无粘结钢绞线护套不得有破裂和明显折皱。复检按表2.6检查b、0.2及伸长率。三、预应力混凝土用热处理钢筋（包括螺纹钢筋与光圆钢筋）1、该钢筋是热轧后淬火和回火的调质处理钢筋，其规格、化学成份和机械性能见表2.8、表2.9。表2.8 钢号的化学成分牌号化学成分CSiMnCrPS不大于40Si2Mn0.36-0.451.40-1.900.80-1.200.0450.04548Si2Mn0.44-0.531.40-1.900.80-1.200.0450.04545Si2Cr0.41-0.511.55-1.950.40-0.700.30-0.600.0450.045表 2.9 公称直径Mm牌号屈服强度0.2kgf/mm2(N/mm2)抗拉强度bkgf/mm2(N/mm2)伸长率10%松驰不小于不大于640Si2Mn135(1325)150(1470)6初始栽荷70%b3.58.248Si2Mn1045Si2Cr 注；括号中的单位及数值系国际单位制（SI）。2、其标记代号为：RB1508.2GB44631984其中RB为代号，150指强度级别，8.2表示公称直径，GB44631984是生产标准。3、自检不可有肉眼可见的裂纹、结疤、折叠，表面不得有油污 等影响使用的缺陷。复检只检验屈服强度0.2、抗拉强度b及伸长率。4以上三种预应力钢筋均不得电焊或气焊。复检中每个工程应取样一支检验，如不合格该盘应退货，再取两盘从中各取一支检验，如再有不合格时，应与供方协商整批做退货处理。2.2混凝土2.2.1混凝土的性能混凝土是预应力构件的重要组成。它是由水泥、水、沙子和石子等原料搅拌后入模浇筑，并经养护硬化做成的人工石材。混凝土按规范规定分12个强度等级，它们的机械性能由下表列出：表2.10 混凝土的性能强度类别符号混凝土强度级别C7.5C10C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60轴心抗压fck56.71013.5172023.52729.5323436弯曲抗压fcmk5.57.5111518.5222629.532.53537.539.5抗拉ftk0.750.91.21.51.7522.252.452.62.752.852.95轴心抗压 设计值fc3.757.51012.51517.519.521.523.52526.5弯曲抗压 设计值fcm4.15.58.51113.516.51921.523.52627.529抗拉设计值ft0.550.650.91.11.31.51.651.81.922.12.2弹性模量EC(x104)1.451.752.42.552.83003.153.253.353.453.553.60注：混凝土标号的强度值是指混凝土强度等级，系采用150mm的立方体试件经标准方法的标准养护，在28d龄期时用标准试验方法测得具有95保证率的抗压强度值。用feu表示。Fck=0.67fcu ftk=(0.70.75) fck 强度越大，取值越小。2.2.2影响混凝土强度的因素与预应力施工混凝土是一种复合材料。对于我们搞预应力工程的人员，应当了解它具有的特性，以便分析工程质量。1混凝土与原料的关系。首先混凝土的性能与其骨料（石子、沙子）有密切关系。骨料的强度低，混凝土的强度也会低。2水泥与水。水泥与水结合凝胶体把骨料凝结在一起，因此水泥质量（水泥标号、种类）和水泥与水的混合比例以及凝固时的条件（包括相对湿度、温度以及养护时间等）影响也很大。在高层建筑中常用的是标号425的硅酸盐水泥和普通水泥。3添加剂。添加剂主要用于改善混凝土的性能，如：调整混凝土的硬化时间、减少混凝土的用水量、改善混凝土的密实性、提高混凝土的抗冻性等。品种很多，机理各不相同。在预应力混凝土中不得使用带有腐蚀性的添加剂，如氯化钙、纯碱氯化钠等。2.2.3预应力构件对混凝土的要求预应力构件中的混凝土首先要求必须是高强度的，当预应力筋强度1000Mpa时混凝土C40。其次，浇筑成型的混凝土尤其要注意其密实性，不能有疏松、孔洞等缺陷，出现疏松、孔洞时应清除全部疏松孔洞部分。然后用高于原标号12级的混凝土并加适当的微膨胀剂充填修补后方可使用。2.2.4预应力张拉前混凝土裂缝产生的原因1混凝土的收缩与膨胀。混凝土在结硬过程中，体积会发生变化。当在空气中结硬时，体积会收缩，而在水中结硬时，体积会膨胀。总的来说，收缩值比膨胀值大的多。收缩变形随时间而变化，第一年可达（50400）x106k，头7天收缩量为1/4k，头两个月测可达（0.3-0.4）k，因此，收缩裂纹在早期就可出现。混凝土收缩变形的大小，影响因素很多，重要的有如下几方面：混凝土的组成：水泥用量大，水灰比大，收缩就大；而骨料配合好，密度大，弹性模量高，粒度大可减小收缩。构件的养护条件，高温湿养收缩就小。反之，高温干养收缩就大的多，特别容易出现裂纹。混凝土的最终收缩量与构件的体表比有关，体表比越小的构件收缩量较大，出现裂纹的可能性也越大。混凝土的线胀的系数约为（1.01.5）X105，而钢的线胀系数为1.2X10-5两者基本相同，因而引起的内应力很小，对混凝土会不产生有害影响。2施工载荷与支护由于预应力混凝土构件主要由预应力钢筋筋承受荷载，因而在混凝土强度未达到一定标准，预应力筋未进行张拉时，预应力钢筋是不起作用的。构件的自重可使构件产生较大的拉应力，甚至可能拉裂。因此在此期间支护非常重要，支护一定要牢固，决不许拆除或损坏。在施工中，施工设备、施工物料及施工人员均构成对构件的外力，这种外力随机性很大。因此，施工中应特别注意不可使这些外力过大，对构件造成无法挽救的影响。2.2.5裂缝综合分析在对混凝土构件施加应力之前，为减少构件预压变形的阻力，应将不影响支撑的侧向模板拆除。拆除侧向模板之后，应仔细检查混凝土构件的变形情况及浇筑质量。变形情况主要是垂直方向梁的平直度与上拱度（或下垂度）。浇筑质量除前面说的孔洞、疏松以外，则应特别注意裂缝情况，并应认真区分是收缩裂缝还是受外力产生的受弯裂缝。收缩裂缝的特点是：1裂缝位置在梁的侧面分布不规则，上、中、下各部均可出现。2裂缝呈形，中间较宽，两端渐小。受弯裂缝的特点是：1、裂缝垂直于杆件的长度方向，一般有等间距的数条；2、梁中裂缝在中心线以下，与柱接近处在中心线以上； 3、裂缝形状，当在梁中部时梁底最宽，并向上逐渐缩小，接近柱子时正好相反；4、梁中底部裂缝一般与侧面裂缝相联通。剪切裂缝的特点是：1、裂缝一般沿斜向开展；2、裂缝多为贯通形。一般情况下，当裂缝宽度较小且不贯通时，收缩裂缝对预应力的张拉影响较小，在施加预应力之后可减小。受弯裂缝应慎重对待：裂缝较小而且裂缝的较宽端在预应力钢筋同测时，可以考虑进行预应力张拉，张拉后裂缝也可消除或减小；裂缝宽度较大或裂缝的较宽端和预应力钢筋不在同一侧时，则不应直接进行预应力的张拉施工。注：剪切裂缝必须进行处理后方可进行预应力的张拉施工。2.2.6混凝土预制构件尺寸偏差对预应力施工的影响混凝土预制构件主要是梁类预制构件，如吊车梁、托架、折线形屋架等。这些构件的特点是载荷面大、跨度大，而断面尺寸相对较小。因此，如果混凝土构件尺寸不准确，施加的应力不对称，将会加大构件的变形，甚至造成破坏。如折线形屋架在下弦杆施压过程中因构件弯曲或预应力筋的孔道不直而造成杆件失稳，致使整个折线形屋架折断。为预防事故的发生，张拉前应检查混凝土预制构件的尺寸偏差，下面列出各种构件的允许偏差值：表2.11 混凝土预制构件的允许偏差项次项 目允许偏差mm项次项 目允许偏差mm1长度板、梁1056侧向弯曲梁、柱、板L/750且不大于202柱5107侧向弯曲 墙薄腹梁、桁架L/1000且不大于203墙板58对角线、板、墙板104薄腹梁、桁架15109表面平整55宽度、高度、板、梁、柱、墙板、薄腹梁、桁架510预应力构件预留孔道位置3当构件超出偏差值时，应做出记录，才采取适当措施。对该类构件在张拉时应根据实际情况对侧弯变形及超拱弯形做出测量的安排，并监视在张拉过程中侧弯及起拱变形情况使之保持在许可的变形范围内。如果遇到无法克服的变形状况或其它危及构件安全的状况，应立即停止张拉，经分析研究后处理。张拉过程中侧弯的位移尺寸不得过其断面有效尺寸的2，起拱位移不得超过梁长尺寸的0.1。2.2.7混凝土徐变的影响混凝土在载荷的长期作用下，随时间增长的变形称为徐变。影响徐变的因素有三：内在因素，环境影响和应力条件。前两条内容与收缩基本相同。第三条与预应力有关，当预应力导致混凝土应力大于（0.550.75）轴心抗压设计值时，将会产生非线性徐变，这是不可接受的。在压应力小于0.550.75时，随压应力的减小，徐变也随之减小。如图： 1.5 1.0 0.5 0 5 10 15 时间 t时间 压力与徐变的关系 线性徐变与非线性徐变随着混凝土徐变的发生，预应力值相应减小。因此，混凝土未达到强度之前进行张拉，将会大大增加徐变和应力损失。一般规定，混凝土强度应达到标号强度100方可张拉。但设计中已经明确指出可在80强度时张拉的，可按设计规定执行。第三章 后张有粘结预应力施工3.1概述3.1.1概念在后张预应力结构中凡张拉后通过灌浆或其它措施使预应力束与混凝土产生粘结力而不能发生纵向相对滑动的预应力结构叫做后张有粘结预应力结构。后张有粘结预应力技术是通过在构件中预留孔道，允许孔道内预应力筋在张拉时可自由滑动，张拉完成后在孔道内灌注水泥浆或其它类似材料，而使预应力筋与混凝土永久粘结不产生滑动的施工技术。后张有粘结预应力技术在房屋建筑中主要用于框架、刚架结构、各种梁系结构，平板楼盖结构也可采用预留扁形孔道施工的后张有粘结预应力工艺。在特种工程结构中，该技术主要用于水工、核能、海洋结构等领域，其特有工艺也可用于结构加固、重物提升与平移、深基坊支护等特殊部位，以解决工程难题。3.1.2后张有粘结预应力施工工艺后张有粘结预应力施工工艺分为先穿束和后穿束两种：1、先穿束：支设底模钢筋骨架绑扎敷管成孔支模、穿束混凝土浇筑张拉灌浆封锚2、后穿束： 支设底模钢筋骨架绑扎敷管成孔支模混凝土浇筑穿束张拉灌浆封锚准 备 阶 段张拉及封锚阶段施 工 阶 段 张拉、灌浆、封锚孔道敷设、穿束、混凝土浇筑下料、编束模板工程、钢筋工程张 拉材料进场、复拉 图3.1后张有粘结预应力施工工艺图注：对于分体拼装构件还应增加分体验收、拼装、立缝、灌浆和连接板焊接等工序。3.2预应力筋下料3.2.1下料长度的计算预应力筋下料长度的计算应综合考虑预应力钢材品种，锚具形式、焊接接头、冷拉伸长率、镦粗头、弹性缩率、构件孔道长度、张拉设备与施工方法等因素。1、冷拉钢筋下料长度用螺丝端杆锚具，以拉杆或千斤顶在构件上张拉时（1）两端用螺丝端杆锚具，下料长度： L(L+2L2-2L1)/(1+r-)+nLo（2）一端用螺丝端杆，另一端用帮条锚具 L(L+L2+L3-L1)/(1+r-)+nLo式中：L1为预应力筋的成品长度 Lo为预应力筋钢筋部分的成品长度 L为预应力筋部分的下料长度 L构件的孔道长度或台座长度 L1螺丝端杆长度 L2螺丝端杆伸出构件的长度张拉端：L22Hh5mm固定端：L2Hh10mm式中：H为螺母高度；h为垫板厚度；L3镦头或邦条锚具长度；Lo每个对焊接头的压缩长度；n为对焊接头的数量；r钢筋冷拉位长率；钢筋冷拉弹性回缩率。见图3.2图3.2 冷拉钢筋下料长度计算示意图2、钢丝束下料长度（1）采用钢质锥形锚具，以锥锚式千斤顶在构件上张拉时钢丝下料长度两端张拉：Ll+2(l1+l2+80)一端张拉：Ll+2(l1+80)+l2式中：L为构件的孔道长度； （直线型孔道按构件投影长度， l1为锚环厚度； 曲线型孔道按孔道实际长度。）l2千斤顶分丝头至开盘外端距离，对YZ85型千斤顶为470mm（包括大缸伸出40mm）。（2）采用镦头锚具，以拉杆式或穿心式千斤顶在构件上张拉时钢丝的下料长度L计算。 Ll+2（h+）-K（H-H1）-L-CL构件的孔道长度按实际丈量 h锚底部厚度或锚板厚度钢丝镦头长度对S5取10mm K系数一端张拉时取0.5，两端张拉时取1.0H锚环高度 H1螺母高度。L钢丝束张拉伸长值 C张拉时构件混凝土弹性压缩值。3、钢绞线下料长度采用夹片锚具（JM、XM、QM与OVM）以穿心式千斤顶在构件上张拉时钢绞线束下料长度L（1）两端张拉：LLT+2l1（2）一端张拉：LLT+l1式中：L为构件孔道实际长度 孔道是直线型时取构件投影长度，即投影长度尺寸加张拉尺寸； 孔道是曲线型时如图3.3；图3.3 曲线预应力束示意图lT（18H23L22）L2 式中：L2为投影长度；H为抛物线的矢高 对多段曲线或由直线段与曲线段组成的曲线筋，lT应分段计算，然后叠加。L1为工作长度；YDC2000千斤顶取800m；QYD270千斤顶取200m，变向张拉增加400mm。3.2.2预应力筋制做的基本要求：下料工艺：钢绞线盘卷就位搭设放线架外观检查放线校核、断料成盘1、安线：钢绞线一般成卷交货，无轴包装、盘重大、盘卷小，为防止在下料过程钢绞紊乱并弹出伤人，事先要设放线架。下料时将钢绞线盘卷在立放状态下，由内圈道抽出这样较为安全方便。放线架措施要以将盘卷先固定稳定为目的的，防止钢绞线发散、失稳，需要紧贴钢绞线，并根据盘卷就位形成（立面、平面）措施。在施工中多采用立面状态，如下图3.4：图3.4 放线示意图在前后立面各有（横3、竖4）7根钢管搭成护架，两护架之间钢绞线侧面用钢管连接，在后侧盘卷与护架之间加设档板，下线由内圈抽出线头，通过护架中孔而出。钢绞线下料场应平坦下垫方木或彩条布，不宜将钢绞线直接接触地面以免生锈，也不宜在混凝土地面上生拉硬拽，磨伤钢绞线。2、外观检查(1) 成品钢绞线不得有裂缝、小刺、劈裂、机械损伤、氧化铁皮、润滑剂、油渍，但允许有浮锈和回火色；(2) 直径15.20mm，即钢绞线外接圆直径误差0.2+0.4mm。捻矩为钢绞线公称直径的1216倍。(3) 伸直线，取弦长为1m的钢绞线，其弦与弧最大自然矢高不大于25mm。3、切断钢绞线为高强钢材，如局部受热后急剧冷却，将引起该部位马氏体组织脆性变态，小于张拉力的荷载即可能造成脆断，危险性很大，因此在现场加工和断料或者靠近钢绞线烧割和焊接时要非常小心，使预应力筋不受过高温度、焊接火烧或接地电流的影响。钢绞线断料宜采用砂轮切割机切割，断料时要保证切口整齐，不歪斜、不发散。断料前应检查钢绞线长度是否顺直，到达下料挡头。断料后应再复核下料长度是否正确（误差控制在100mm150mm，然后再成批下料，为保证下料长度正确，故采用钢管限位法或用牵引索拉紧状态下进行。4、收盘根据线的长度盘成线圈，并用铁丝扎牢，贴上标签，标明长度、型号，以利于运输和施工。3.2.3钢丝下料1、操作工艺同钢绞线。钢丝下料场一般应在平坦的场面进行，下料精确度要求更高，采用镦头锚具时，钢丝的等长要求较严，同束钢丝下料长度15m及大于15m的构件，相对差值（指同束最长与最短钢丝之差）不应大于5mm；长度为6m及小于6m的构件，当钢丝采用镦头夹具成组张拉时，其下料长度的相对差值不得大于2mm。为达到张拉要求，建议采用钢管限位法。2、钢丝编束为保证钢丝束两端钢丝排列顺序一致。穿束与张拉时不至紊乱，各钢丝受力均匀，每束钢丝都必须进行编束，随着所用锚具形式不同，编束方法也有差异。采用镦头锚具时，根据钢丝分圈布置的特点，首先将内圈和外圈钢丝分别用钢丝顺序编孔，然后将内圈钢丝放在外圈钢丝内扎牢。为了简化钢丝编束，钢丝的一端可直接穿入锚环，另一端距端部约20cm处编束，以便穿锚板时钢丝不紊乱。钢丝束的中间部分可根据长度适当编扎几道。采用钢质锥形锚或锥形螺杆锚具时，钢丝编束可分为空心束和实心束两种，但都需要圆盘梳丝板理顺钢丝，并在距钢丝端510mm处编孔一道，使张拉分丝时不致紊乱。采用空心束时，每隔1.5m放一个弹簧衬圈，其优点是束内空心。灌浆时每根钢丝都被水泥浆包裹，钢丝束握裹力好。但钢丝束外径大、穿束困难，钢丝受力也不匀。采用实心束可简化工艺，减少孔道摩擦损失。3、成品或半成品预应力钢材存放加工后预应力钢材现在虽临时堆放，但也应加强防护措施，成盘钢绞线应搁置方木支垫上，离地高度100mm，钢绞线堆放支点不于四个，方木宽度不少于100mm，并按长度、部位分组堆放，上面覆盖防雨布。4、下料安全事项(1) 预应力下料应有安全技术交底，包括：用电设备安全规定，操作安全事项；(2) 因预应力供贷状态，其内应力较高，放线及切割时易弹出伤人，同时还造成预应力钢丝或钢绞线易夹持砂轮锯片，引起碎片飞出伤人；(3) 在放线时，要顺着钢绞线弹出力让其移动旋转，不可抓持过死，更不宜戴手套。3.3固定端制作3.3.1挤压锚具1、挤压锚具是利用液压压头机将套筒挤紧在钢丝线端头上的（握裹式锚具），钢套筒采用45号钢，其尺寸：对J15钢绞线为35*58mm，套筒内衬有硬钢丝螺旋圈，锚具下设有钢垫板与螺旋筋，这种锚具适用构件端部的设计力大或端部受到限制的情况。2、挤压前检查（准备）：挤压机和油泵液压系统连接到位，挤压机活塞载空运行23次无异后方能挤压。挤压时钢绞线断面整齐，不得歪斜。钢绞线、钢丝衬套、挤压元件、挤压模、挤压杆属于同一系列，能配套使用。3、挤压操作：（1）将钢丝衬套慢慢旋入钢绞线端部，用双手使其并紧同时旋转，紧紧地裹在钢绞线上各钢丝并拢，其一端与钢绞线平齐，否则锚固不牢。钢丝衬套可由2条拼成；（2）再把挤压元件安装到位；安装时，钢绞线、挤压套、挤压模、活塞连杆保持同轴；（3）在挤压元件上刷润滑剂，同时钢绞线应顶紧挤压机顶杆凹槽，扶正对中；（4）操纵油泵，向挤压机供压，在挤压过程中不得间歇，一次完成；（5）挤压时钢绞线15系列时，表压大于15Mpa，小于45Mpa；（6）挤压元件通过喇叭口形模具，压力降低，操纵阀杆使千斤顶回程完成了挤压工序；（7）检查挤压锚头外径尺寸，能通过止通规产品合格，否则说明挤压模孔磨损严重，需要更换或用千分尺测量挤压后锚固头外径尺寸，15系列外径不得大于30.65mm。为确保挤压后挤压锚的质量，应严格执行国家的混凝土结构工程施工及验收规范（GB500592）进行验收。当挤压元件调质不匀，或热处理指标不到或安装不同轴时造成在挤压过程中表压虽已达到最高表压但挤压元件还不能通喇叭形模具，此时应停止挤压，沿挤压机边缘处切掉钢绞线，反装上模具，开动油泵用千斤顶活塞将挤压元件退掉，然后重新制作。4、挤压注意事项：（1）每次挤压后应清理模孔中的污泥、铁锈及碎钢丝，并涂油或在挤压件上抹油。（2）挤压工艺完工后将活塞回程到位，油管卸掉后挤压机油嘴戴好防尘帽。（3）定期进行检查螺母有无松动，对于易损件要及时更换。（4）要存放好、防雨、防晒、防尘。3.3.2压花锚具压花锚具是利用液压压花机将钢绞线端头压成梨形散花头，一种粘结式锚具。梨形头的尺寸：对J15钢绞线不小于95X150mm。压花设备采用压花机，由液压千斤顶、机架、机具组成，压花机的最大推力350KN，行程为140mm。3.3.3碳素钢丝镦头镦头锚具是锚固高强钢丝束的锚具形式之一，其固定端锚具：在每根钢丝端用液压镦头器将其镦粗成大半圆形，钢丝的拉力由承压板承担，形成钢丝束，为预应力筋的镦头锚固定端。1、镦头设备：5碳素钢丝采用LD10钢丝冷镦器。高强钢丝镦头器根据工作状态分为液压式镦头器和机械式镦头器，由于液压镦头器体积小、重量轻、操作方便、镦头质量稳定，目前国内厂主要生产液压式镦头器。以5碳素钢丝为例，多采用LD10型钢丝冷镦器。2、镦头操作工艺：把需镦头钢丝插入冷镦器，开启油泵向夹紧油缸供油，夹紧活塞伸出时带有锥面夹片夹紧钢丝，继续供压镦头活塞将钢丝镦出半圆形头，停止供油，各零件自动复位，取出镦好的钢丝，再重复上述过程，进行镦头作业。钢丝镦粗的头形通常有蘑菇形和平面形两种。前者受锚板的硬度影响。如锚板较软，镦头易陷锚孔而断于镦头处；后者有平台，受力性能好。3、质量控制：钢丝镦头是镦头锚具的一项关键技术，对镦头质量和尺寸（头形）要严格控制。对冷镦头的要求，头形尺寸要符合要求，头形圆整、不偏歪、颈部母材不受损伤，钢丝镦头的强度不得低于母材强度标准值的98。钢丝通过冷镦，理论上应与钢丝等强，但限于镦头设备与操作条件，有时镦头强度低与钢丝强度，因此混凝土结构工程施工及验收规范中规定“钢丝的镦头强度不得低于钢丝强度标准值的98”。表3.1 镦头压力与头形尺寸钢丝直径镦头压力头形尺寸直径高度S5323677.54.7-5.2S7404310-116.7-7.34、钢丝镦头常见质量问题高强钢丝的冷镦头开裂，是工程中常遇到的一个问题，其裂纹形态主要有：劈裂和滑移。劈裂是平行于钢丝轴线开口裂纹，滑移是与钢丝轴线约呈45O的剪切裂纹，通过国内外有关单位大量试验与工程实例认为：钢丝强度越高，镦头裂纹出现的次数越多。劈裂裂纹主要与钢材缺陷有关。镦头裂纹只要不延伸到母材或不贯通，一般不影响镦头的承载能力。规范中明确指出，不贯通的劈裂和滑移裂纹是允许的，已延伸至母材或将镦头分为两半或水平裂纹是不允许的。滑移裂纹出现主要与轧制加工有关。3.3.4固定端制作技术及安全交底预应力筋固定端的制作是极为重要的一道工序，因为制作完成的固定端锚具一般都埋在混凝土结构内部无法更换，因而不允许失效。在施工中应有详细的技术交底要求和质量验收方法来保证。具体操作要求及质量标准可参见相关锚具的使用说明书。安全交底内容包括：机械设备用电安全操作标准，其它注意事项等。3.4孔道制作和孔道成型方法预应力筋孔道布置：预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种。孔道的直径与布置主要根据预应力混凝土构件或结构的受力性能，并参考预应力筋张拉锚固体系特点与尺寸确定。3.4.1孔道直径预留孔道的大小以保证穿筋时顺利和孔道灌浆畅通。对粗钢筋孔道直径应比预应力筋直径、钢筋对焊接头外径或需穿过孔道的锚具或连接器外径大1015mm。对钢绞线或钢丝，孔道的直径应比预应力束外径或锚具外径大510mm且面积应大于预应力筋面积两倍。3.4.2孔道的布置按照图纸设计要求，或无具体要求预应力筋孔道的净距不应小于50mm，且比振动棒直径大20mm。孔道呈构件边缘的净距不小于40mm（凡需要起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱）。孔道至构件底部净距不小于50mm，这样预应力筋孔道便可以位于非预应力钢筋主筋之内，孔道裂缝宽度比表面要少一些。3.4.3孔道端头排列预应力筋孔道端头连接承压板或铸铁喇叭管，由于锚下局部承压要求及张拉设备操作承压的要求。预留孔道端部排列间矩往往与构件内部排列间距不同。此外，由于成束预应力筋的锚固的要求，预留孔道端部常常需要扩大孔径，形成喇叭口形孔道。构件端部排列间距及扩大孔径各不相同，详细尺寸可参见相关张拉锚固体系的技术资料和设计施工图纸。1、钢绞线束QM锚垫板的排列（1）局压要求： 相邻锚具的中心距：aD20mm； 锚板中心短构件边缘距：bD/220 D为螺旋筋直径；（2）千斤顶操作空间 千斤顶的最小操作空间千斤顶长度8001000mm，千斤顶外径100mm。 以YDL-2000型千顶为例，如下图3.5：图3.5 千斤顶安装操作空间示意图A为钢绞线预留长度即工作长度，D为千斤顶直径尺寸，YDC2000型为360mm。A750、B1200、C220，张拉端的最小间距a200。3.4.4钢丝束镦头锚体系端部扩孔布置钢丝束镦头锚的张拉端需要扩孔，扩孔直径=锚环直径6mm，孔道间距S，主要根据螺母直径D1和锚板直径D2确定，可按下式计算：一端张拉：S1/2（D1D2）5mm两端张拉：SD15mm扩孔长度（主要是根据钢丝束伸长值L和空束后另一端镦头时能抽出300450mm操作长度确定，可按下式计算一端张拉时：L1L0.5H300450mm两端张拉时：L20.5（LH） 式中H为锚环高度孔道布置见图341，采用一端张拉时，张拉端交错布置以便两束同时张拉，并可避免端部削弱过多，也要减少孔道间距。3.4.5孔道成型方法