先张法预应力施工 45页

建筑施工技术 4.1 先张法施工 4.2 后张法施工 4.3 无粘结预应力混凝土施工 第四章 预应力混凝土工程施工 美国混凝土协会（ ACI ）对预应力混凝土下的定义是：“预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。” 预应力混凝土是在外荷 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 。 1 . 预应力混凝土概述 2 . 预应力混凝土分类 1 、先张法预应力混凝土与后张法预应力混凝土 2 、全预应力和部分预应力 全预应力是在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉应力，即为全截面受压。部分预应力是在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现拉应力或开裂，即只有部分截面受压。 3 、有粘结预应力与无粘结预应力 有粘结预应力是指沿预应力筋全长其周围均与混凝土粘结、握裹在一起的预应力。（ 先张预应力结构及预留孔道穿筋压浆的后张预应力结构均属此类 ）无粘结预应力是指预应力筋伸缩、滑动自由，不与周围混凝土粘结的预应力。这种结构的预应力筋表面涂有防锈材料，外套防老化的塑料管，防止与混凝土粘结。（ 无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相结合 ） 3 . 预应力混凝土的优缺点 优点 1 、抗裂性好，刚度大 由于对构件施加预应力，大大推迟了裂缝的出现，在使用荷载作用下，构件可不出现裂缝，或使裂缝推迟出现，所以提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。 2 、节省材料，减小自重 其结构由于必须采用高强度材料，因此可减少钢筋用量和构件截面尺寸，节省钢材和混凝土，降低结构自重，对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性 （ 可节约钢材 40% ～ 50% 、混凝土 20% ～ 40 % ） 。 3 、 提高构件的抗剪能力 由于纵向预应力钢筋具有锚栓作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展，又由于预应力混凝土梁的曲线钢筋合力的竖向分力将部分地抵消剪力，因而提高了构件的抗剪能力。 4 、 提高构件的耐疲劳性能 因为具有强大预应力的钢筋，在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，故此可提高抗疲劳强度，这对承受动荷载的结构来说是很有利的。 5 、在使用荷载作用下，预应力混凝土构件基本上处于弹性工作阶段。 缺点 1 、工艺较复杂，对质量要求高，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。 2 、需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。先张法需要有张拉台座；后张法还要耗用数量较多、质量可靠的锚具等。 3 、预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。 4 、预应力反拱度不易控制。它随混凝土徐变的增加而增大，造成桥面不平顺。 4 . 预应力钢筋 1 、钢丝 1 ）冷拔低碳钢丝，直径： 3 ～ 5 ｍｍ 2 ）碳素钢丝，直径： 3 ～ 8 ｍｍ 2 、钢绞线 由 7 根碳素钢丝捻制而成，直径： 9 ～ 15mm 3 、热处理钢筋 直径： 6 ～ 10 ｍｍ 4 、精轧螺纹钢筋 直径： 25 ， 32 ｍｍ 精轧螺纹钢筋 预应力混凝土用螺纹钢筋（也称精轧螺纹钢筋）是在整根钢筋上轧有外螺纹的大直径、高强度、高尺寸精度的直条钢筋。该钢筋在任意截面处都拧上带有内螺纹的连接器进行连接或拧上带螺纹的螺帽进行锚固。 4.1 先张法施工 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。先张法施工中常用的预应力筋有：钢丝、钢筋。 适用于：在构件厂生产中、小型构件（空心板、屋面板、吊车梁、薄腹梁 …… ） 先张法台座生产示意图 1— 锚固夹具； 2— 横梁； 3— 台座承力结构； 4— 预应力筋； 5— 台面； 6— 混凝土构件 张拉固定钢筋→浇混凝土→养护 ( 至 75% 强度 )→ 放张钢筋 （ 1 ）、台座：墩式台座、槽式台座 （ 2 ）、夹具 （ 3 ）、张拉设备：电动螺杆张拉机 液压千斤顶 卷扬机 1 . 施工设备 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。 组成：台面、横梁、承力台墩。 分类：墩式台座、槽式台座、钢模台座等。 适用：生产中、小型构件。 要求： 有足够的强度； 刚度和稳定性； 满足生产工艺。 （ 1 ）墩式台座 台座 台面 台座 钢横梁 线杆连接器 预应力筋 墩式台座由现浇钢筋砼做成，台座应具有足够的强度、刚度和稳定性，台座设计应进行 抗倾覆验算 与 抗滑移验算 。 （ 2 ）槽式台座 组成：端柱、传力柱、横梁和台面。既可承受张拉力和倾覆力矩 , 加盖后又可作为蒸汽养护槽。 适用：张拉吨位较高的大型构件，如屋架、吊车梁等。 要求：槽式台座设计需进行强度和稳定性计算。 1- 传力柱 2- 砖墙 3- 下横梁 4- 上横梁 （ 3 ）钢模台座 钢模台座主要在工厂流水线上使用。它是将制作构件的模板作为预应力钢筋锚固支座的一种台座。模板具有相当的刚度，可将预应力钢筋放在模板上进行张拉。 箱梁钢模组装 箱梁端部模板作张拉台座 2 ） 夹具 夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具。分为： 锚固夹具、张拉夹具 锚固夹具是将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。 （ 1 ）钢质锥形夹具 GE 钢质锥形锚具 锥形夹具 圆套筒三片式夹具 方套筒二片式夹具 圆套筒二片式夹具 如图所示，采用镦头夹具时，将预应力筋端部热镦或冷镦，通过承力板锚固。 （ 2 ）墩头夹具 固定端镦头夹具 单根镦头钢筋螺杆夹具 张拉夹具（单位： mm ） （ 3 ）张拉夹具 3 ） 张拉设备 张拉设备要求工作可靠，能准确控制应力，能以稳定的速率加大拉力。在先张法中常用的张拉设备有液压千斤顶、卷扬机、电动螺杆张拉机。 （ 1 ）液压千斤顶 YZ 锥锚液压千斤顶 主要用于张拉带锥形锚具的 钢丝束 。 穿心式液压千斤顶 穿心式千斤顶具有一个穿心孔，适用于 钢筋和钢绞线 。 拉杆式液压千斤顶 主要用于张拉力较大的 钢筋 张拉。 电动螺杆张拉机 （ 2 ）电动螺杆张拉机 适用于张拉预应力 钢筋 或预应力 钢丝 。 （ 3 ）卷扬机 2 . 先张法施工工艺 先张法台座生产示意图 1— 锚固夹具； 2— 横梁； 3— 台座承力结构； 4— 预应力筋； 5— 台面； 6— 混凝土构件 张拉预应力筋 支侧模、安设预埋件 预应力筋制作 支底模、安放钢筋 骨架及预应力筋 压 试 块 制作砼试块 浇 筑 砼 养护、拆模 放松预应力筋 构件起吊、堆放 张拉机具准备 调整初应力 工艺流程 先张法预应力筋张拉 1 ） 预应力筋的铺设 为了便于脱模，在铺放预应力筋前，在长线台座台面上应先刷隔离剂。 预应力钢丝宜用牵引车铺设，如遇钢丝需要接长，可借助钢丝拼接器。 钢绞线下料宜用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割。 2 ） 预应力筋的张拉 预应力筋的张拉是预应力混凝土施工中的关键工序。在张拉中要严格控制 张拉应力 、 张拉力的计算 、 张拉程序 和 张拉伸长值的校核 。 先张法预应力筋的张拉有 单根张拉 和 多根成组张拉 。一般预制厂选用多根成组张拉，施工现场常用单根张拉。 张拉控制应力 是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，按设计规定采用。如采用超张拉，可比设计要求提高 5% 。 预应力筋种类 先张法 后张法 碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线 0.80 f ptk 0.75 f ptk 热处理钢筋、冷拔低碳钢丝 0.75 f ptk 0.7 f ptk 冷拉钢筋 0.95 f pyk 0.9 f pyk f ptk：极限抗拉强度标准值 f pyk：屈服强度标准值 最大张拉控制应力值 预应力筋张拉力的计算 P=(1+m) σ con A p （ KN ） 式中： m —— 超张拉百分比（ % ） σ con —— 张拉控制应力 Ap —— 预应力筋截面面积 （ 1 ）超张拉： 0→1.03σ con （ 2 ）预应力钢筋的张拉程序： 张拉程序 弥补预应力筋的松弛损失 加速钢筋松弛的早期发展，减少松弛引起的预应力损失 超张拉 5% 并持续 2min 其目的是减少预应力筋的松弛损失。应力松弛随时间延续而增加，第一分钟内完成损失的 50% 左右， 24 小时内则完成 80% 。 张拉伸长值的校核 张拉过程中随时测量伸长值 ( 量测千斤顶活塞行程 反算预应力筋伸长值 ) 台座式 千斤顶 固定横梁 活动横梁 工具锚 量千斤顶行程 张拉时预应力筋的实际伸长值与理论伸长值的允许偏差为 ±6% 。张拉锚固后，预应力筋对设计位置的偏差不得大于 5mm ，且不得大于构件截面短边尺寸的 4% 。 活动横梁 固定横梁 工具锚 台座式千斤顶 高压油泵 墩式台座 预应力筋 预应力筋张拉完毕后即应浇筑混凝土。混凝土的浇筑应一次完成，不允许留设施工缝。预应力混凝土构件的混凝土强度等级一般不低于C30，当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋做预应力筋时，混凝土的强度等级不宜低于C40 。 3 ） 混凝土浇筑与养护 当构件在台座上进行湿热养护时，应防止温差引起的预应力损失。先张法在台座上生产砼构件，其最高允许的养护温度应根据设计规定的允许温差 ( 张拉与养护时的温度之差 ) 计算确定。当砼强度达到 7.5N ／ mm2( 粗钢筋配筋 ) 或 10N ／ mm2( 钢丝、钢绞线配筋 ) 以上时，则可不受设计规定的温差限制，按一般构件的蒸汽养护规定进行。这种养护方法称为二次升温养护法。 4 ） 预应力筋的放张 砼强度达到设计规定的数值 ( 不小于标准强度的 75%) 后，才可放松预应力筋。 （ 1 ）放张顺序 轴心受预压构件（压杆、桩）， 所有预应力筋应同时放张 ； 偏心受预压构件（梁），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； 不能满足上述要求时，应 分阶段、对称、交错 地放张，防止构件在放张过程中产生弯曲、裂纹或预应力筋断裂。 钢丝、钢绞线、热处理钢筋 不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断 。预应力钢筋可 加热熔断 放张。 （ 2 ）放张方法 预应力钢丝的放张 当预应力筋采用钢丝时，配筋不多的中小型钢筋砼构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等方法放松。 配筋多的钢筋砼构件，钢丝应 同时放松 ，如逐根放松，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，易使构件端部开裂。 预应力空心板 预应力钢筋的放张 预应力筋为钢筋时，对热处理钢筋及冷拉 IV 级钢筋不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。数量较少可逐根加热熔断放张；数量较多时，也应同时放松。 多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶放张、砂箱放张、楔块放张等方法。 楔块放张 砂箱放张