预应力混凝土工程教学.pptx

复习内容1、施工缝留置的原则：柱、梁、板2、施工缝的处理第1页/共93页5.1先张法 本章内容End 5.2后张法 5.3无粘结预应力混凝土小结与作业第5章预应力混凝土工程第2页/共93页第5章预应力混凝土工程1.主要内容：预应力混凝土工程的基本知识，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方法，以及整体预应力结构施工的基本知识。2.学习目标：掌握先张法与后张法的概念、施工工艺与施工要求；熟悉无粘结预应力技术；了解预应力及预应力混凝土的概念、分类，先张法与后张法的施工设备，整体预应力结构施工。第3页/共93页引言：1、什么是预应力混凝土？2、我们为什么要使用预应力混凝土？第5章预应力混凝土工程第4页/共93页第5页/共93页在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对混凝土施加预压应力，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。第5章预应力混凝土工程预应力混凝土的原理：第6页/共93页预应力混凝土的优点 截面小，重量轻，刚度大；抗裂性、耐久性好；节约钢材；在较大跨度结构中，综合经济效益好第5章预应力混凝土工程第7页/共93页分类：第5章 预应力混凝土工程先张法 先张拉钢筋，后浇筑混凝土，预应力靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土。后张法 是先浇筑混凝土并预留孔道，待混凝土达到一定强度后张拉钢筋，预应力靠锚具传递给混凝土。按照施工方法不同第8页/共93页预应力筋的种类冷拔低碳钢丝，直径：35；冷拉钢筋；碳素钢丝，直径：38；钢绞线，由多根钢丝绞合而成；热处理钢筋，直径：610；精轧螺纹钢筋，直径：25，32。对混凝土的要求：混凝土强度等级一般不低于C30；当采用碳素钢丝、钢绞线、V级钢筋（热处理）作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。第5章预应力混凝土工程第9页/共93页5.1先张法先张法：（）在浇筑混凝土构件之前，张拉预应力筋将其临时锚固在台座或钢模上，（）然后浇筑混凝土构件，待混凝土达到一定的强度（不低于混凝土标准值的75%），并使预应力筋与混凝土间由足够粘结力时，放松预应力筋，（）预应力筋收缩，借助于混凝土与预应力筋间的粘结力，对混凝土产生预压应力。先张法生产示意图见图5.1所示。第10页/共93页第11页/共93页第12页/共93页第13页/共93页先张法施工特点：（）台座（或钢梁）是张拉预应力筋的支点；（）夹具是张拉和临时固定预应力筋的工具，夹具是可以周转使用的；（）施加的预应力是依靠预应力筋与混凝土之间的粘结力进行传递的。第14页/共93页先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件：如 楼板 屋面板 檩条 吊车梁等。使用范围5.1先张法第15页/共93页第16页/共93页5.1.1先张法施工设备1、台座2、夹具3、张拉设备。5.1先张法台座是先张法生产的主要设备。台座应有足够的强度、刚度和稳定性，以免因台座变形、倾覆或滑移引起预应力损失。根据成立结构不同：墩式台座槽式台座第17页/共93页（一）墩式台座（1）概念：以混凝土墩作为承力结构的台座称为墩式台座。（2）使用范围：一般用于生产中小型构件。5.1.1.1台座第18页/共93页第19页/共93页2、槽式台座用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产。第20页/共93页5.1.1.2夹具1、钢丝的夹具和张拉机具（1）钢丝夹具锚固夹具：锥形、楔形。第21页/共93页张拉夹具：偏心式、钳式、楔形。墩头锚具：采用冷墩形成。第22页/共93页5.1.1.3张拉机具要求：A、简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。B、张拉设备的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍，张拉行程应不小于预应力筋张拉伸长值的1.1-1.3倍。种类：A、卷扬机张拉：弹簧测力、杠杆测力。B、电动螺杆张拉机张拉：构造简单，体积小，重量轻，操作灵活，移动方便。C、液压千斤顶第23页/共93页第24页/共93页5.1.2先张法施工工艺第25页/共93页5.1.2先张法施工工艺主要工序：1、预应力筋的铺设2、预应力筋的张拉3、混凝土的浇筑与养护4、预应力的放张第26页/共93页(一）预应力筋的铺设5.1.2先张法施工工艺1、隔离剂的涂刷2、牵引车铺设，接长可采用钢丝拼接器第27页/共93页1、张拉控制应力2、张拉程序3、张拉力的计算4、预应力筋的校核5、张拉方法与要求(二）预应力筋张拉5.1.2先张法施工工艺第28页/共93页定义：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%。施工中采用超张拉工艺时，其最大张拉控制应力不得超过表5.1的规定。张拉控制应力第29页/共93页表5.1最大张拉控制应力值钢种张拉方法先张法后张法碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线0.80fptk0.75fptk热处理钢筋、冷拔低碳钢丝0.75fptk0.70fptk冷拉钢筋0.95fpyk0.90fpykfptk：预应力钢筋的极限抗拉强度标准值，fpyk：冷拉钢筋的屈服强度标准值。第30页/共93页张拉程序（1）超张拉法：（钢筋）01.0501.03持荷2分钟（2）一次张拉法：（钢丝）0张拉顺序（1）多根同时张拉；（2）单根张拉。5.1.2先张法施工工艺第31页/共93页张拉力的计算预应力筋张拉力FP可按下式计算：FP（1m）conAP （5-1）式中 m超张拉百分率（）；con张拉控制应力（N/mm2）；AP预应力筋截面面积（mm2）。5.1.2先张法施工工艺第32页/共93页预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。预应力筋理论伸长值L按下式计算：式中：FP 预应力筋平均张拉力，kN；L 预应力筋的长度，mm；AP 预应力筋的截面面积，mm2；ES 预应力筋的弹性模量，kN/mm2。预应力值的校核5.1.2先张法施工工艺第33页/共93页1.预应力钢筋的接长及预应力钢筋与螺丝端杆的连接，宜采用对焊连接，且应先焊接后冷拉，以免焊接而降低冷拉后的强度。2.预应力筋（丝）固定端采用镦头夹具锚固时，钢筋（丝）端头要镦粗形成镦粗头。3.张拉设备应配套校验，以确定张拉力与仪表读数的关系曲线，保证张拉力的准确，每半年校验一次。张拉方法与要求 5.1.2先张法施工工艺第34页/共93页4.台座面（或胎模）在铺放钢丝前，应清扫并涂刷隔离剂。在生产过程中，应防止雨水或养护水冲刷掉台面隔离剂。5.为避免台座承受过大的偏心力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋（从中间到两边的张拉顺序）。6.同时张拉多根预应力钢丝时，应预先调整初应力（10%con），使其相互之间的应力一致。张拉方法与要求 第35页/共93页7.钢质锥形夹具锚固时，敲击锥塞或楔块应先轻后重，同时倒开张拉设备并放松预应力筋，两者应密切配合，既要减少钢丝滑移，又要防止锤击力过大导致钢丝在锚固夹具处断裂。8.对重要结构构件（如吊车梁、屋架等）的预应力筋，用应力控制方法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。张拉方法与要求 第36页/共93页9.预应力筋张拉后，对设计位置的偏差不得大于5mm，也不得大于构件截面最短边长的4%。10.在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。11.张拉、锚固预应力筋应专人操作，实行岗位责任制，并做好预应力筋张拉记录。12.在已张拉钢筋（丝）上进行绑扎钢筋、安装预埋铁件、支承安装模板等操作时，要防止踩踏、敲击或碰撞钢丝。张拉方法与要求 第37页/共93页（三）混凝土的浇筑与养护1、浇筑要求：同一生产线的构件应一次浇筑完毕；构件应避开温度缝；振捣时不应碰撞钢丝；叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa，方可浇筑上层构件；混凝土的水灰比应严格控制，振捣应密实。2、养护：自然养护；湿热养护。5.1.2先张法施工工艺第38页/共93页（四）预应力筋放张1、放张要求混凝土强度应大于混凝土强度标准值的75放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，避免过大的冲击与偏心。同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小；保证预应力筋与混凝土之间的粘结。2、放张方法钢丝：数量少，逐根放张；数量多，同时放张。粗钢筋：数量少，逐根加热熔断；数量多，同时放张。5.1.2先张法施工工艺第39页/共93页3、放张顺序轴心受压构件：同时放张。偏心构件：先同时放张预应力较小区域内的预应力筋；再同时放张预应力较大区域内的预应力筋。如不能满足上述要求，应分阶段、对称、相互交错进行放张。注意：放张时，应拆除侧模。第40页/共93页4、放张装置第41页/共93页回忆复习1、预应力混凝土施工，按预加应力不同分为哪两类？2、先张法施工特点？3、预应力钢筋的张拉方法？两种张拉的程序？第42页/共93页5.2后张法后张法：（）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。预应力筋的张拉主要通过锚具传递给混凝土构件。预应力混凝土后张法生产工艺见图5.12所示。第43页/共93页第44页/共93页1.预应力筋直接在混凝土构件上张拉，不需要固定的台座设备，生产灵活,张拉力可达几百吨，所以，后张法适用于大型预应力混凝土构件制作。2.锚具固定在构件上，不仅在张拉过程中起作用，而且在工作过程中也起作用，永远停留在构件上，成为构件的一部分。3.预应力传递靠锚具。2、特点：第45页/共93页3、适用范围现场制作大型构件，避免大型构件运输的麻烦。4、生产过程（1）构件生产阶段；（2）预加应力阶段（包括锚具、预应力筋制作、张拉、灌浆等）第46页/共93页图5.12.1后张法施工流程图后张法施工流程第47页/共93页对锚具的要求：、类锚具可靠的锚固性能有足够刚度和强度，锚固组装件达到实际破坏拉力时，全部零件均不得出现裂缝和破坏；除能满足分级张拉和补张拉外，宜具有能放松预应力筋的性能宜设置灌浆口（一）锚具和预应力筋的制作常见预应力筋类型：单根粗钢筋，直径大于12毫米；钢筋束与钢绞线束；钢丝束。第48页/共93页1、锚具张拉端：螺丝端杆锚具。固定端：螺丝端杆锚具、帮条锚具或墩头锚具。（1）螺丝端杆锚具组成：螺丝端杆、螺母、垫板。（2）帮条锚具组成：帮条、衬板。（3）镦头锚具直接在钢筋端部用热镦、冷镦、锻打成型。一）单根预应力筋的锚具及制作第49页/共93页第50页/共93页第51页/共93页与螺丝端杆锚具配套的张拉设备为拉杆式千斤顶。常用的有YL60型、YC60型、YC20型、YC18油压千斤顶。YL60型千斤顶是一种通用型的拉杆式液压千斤顶（图5.15）。YL60型千斤顶适用于张拉采用螺丝端杆锚具的粗钢筋、锥形螺杆锚具的钢丝束及镦头锚具的钢筋束。2.张拉设备第52页/共93页图5.15用拉杆式千斤顶张拉单根粗钢筋的工作原理图1主油缸；2主缸活塞；3主缸油嘴；4副缸；5副缸活塞；6副缸油嘴；7连接器；8顶杆9拉杆；10螺母；11预应力筋；12混凝土构件；13预埋钢板；14螺丝端杆第53页/共93页3、预应力筋的制作（1）制作：包括配料、对焊、冷拉等工序。（2）下料长度计算锚具特点：螺丝端杆外露在孔道外的长度为120150mm，帮条、镦头视锚具尺寸而定。对焊接头：每个对焊接头的压缩量约等于钢筋直径。钢筋冷拉率：实际测定作为下料依据。弹性回缩率：冷拉后的回缩值与冷拉完成时的长度的比值，一般为0.3左右。第54页/共93页图5.16粗钢筋下料长度计算示意图1螺丝端杆；2预应力钢筋；3对焊接头；4垫板；5螺母第55页/共93页1）两端用螺丝端杆锚具时预应力筋中的钢筋冷拉前的下料长度L为：构件的孔道长度。螺丝端杆伸出构件外的长度。螺丝端杆的长度，一般为320mm。预应力筋的冷拉率。预应力筋的冷拉弹性回缩率。n对焊接头数量。每个对焊接头的压缩量。第56页/共93页2）一端用螺丝端杆，另一端用帮条锚具时式中：帮条或镦头锚具长度（包括垫板厚度）第57页/共93页二）钢筋束、钢绞线束预应力筋的锚具及制作钢筋束采用：12，36根钢绞线束采用：36根751、锚具（1）JM12型锚具可锚具多根预应力筋既可作张拉端锚具，又可作固定端锚具。第58页/共93页JM12型锚具构造：第59页/共93页（2）KTZ型锚具（可锻铸铁锥形锚具）用于螺纹钢筋束和钢绞线束。第60页/共93页（3）XM型锚具可锚固：钢绞线束钢丝束单根预应力筋多根预应力筋第61页/共93页2、钢筋束和钢绞线束的制作（1）制作工序：开盘下料编束（2）下料长度计算（与张拉设备和选用的锚具有关）L=l+2（l1+100）+l2+l3(一端张拉）L=l+2（l1+l2+l3+100）(两端张拉）第62页/共93页三）钢丝束预应力筋的锚具及制作1、锚具（1）钢质锥形锚具适用于6、12、18、24根直径5mm碳素钢丝（2）钢丝束镦头锚具用于锚具1254根直径5mm碳素钢丝的钢丝束。（3）锥形螺杆锚具适用于14、16、20、24、28根直径5mm的钢筋束。第63页/共93页2、钢丝束的制作（1）制作程序：调直下料编束安装锚具（2）下料长度计算：用钢质锥形锚具锚固的钢丝束，下料长度计算同钢筋束。用镦头锚具锚固的钢丝束，下料长度与A型、B型锚具以及一端张拉或两端张拉有关。用锥形螺杆锚固的钢丝束，应在非应力状态下料。第64页/共93页【例5.1】21m预应力屋架的孔道长为20.80m，预应力筋为冷拉HRB400钢筋，直径为22mm，每根长度为8m，实测冷拉率r=4%，弹性回缩率=0.4%，张拉应力为0.85fpyk。螺丝端杆长为320mm，帮条长为50mm，垫板厚为15mm。计算：（1）两端用螺丝端杆锚具锚固时预应力筋的下料长度?（2）一端用螺丝端杆，另一端为帮条锚具时预应力筋的下料长度?（3）预应力筋的张拉力为多少?下料长度计算第65页/共93页【解】（1）螺丝端杆锚具，两端同时张拉，取l2=120mm；对焊接头个数n=2+2=4；每个对焊接头的压缩量=22mm，则预应力筋下料长度L=(l-2l1+2l2)/(1+r-)+n=(20800-2320+2120)/(1+4%-0.4%)+422=19779(mm)下料长度计算第66页/共93页(2)帮条长为50mm，垫板厚15mm，则预应力筋的成品长度L1=l+l2+l3=20800+120+（50+15）=20985（mm）预应力筋（不含螺丝端杆锚具）冷拉后长度：L0=L1-l1=20985-320=20665（mm）L=L0/(1+r-)+n=20665/(1+0.04-0.004)+422=20009（mm）(3)预应力筋的张拉力FP=conAP=0.855003.14/4222=161475（N）=161.475（kN）下料长度计算第67页/共93页5.2.2施工工艺后张法施工工艺与预应力施工有关的是1.孔道留设2.预应力筋张拉3.孔道灌浆第68页/共93页5.2.2.1孔道留设1.孔道直径应保证预应力筋（束）能顺利穿过。2.孔道应按设计要求的位置、尺寸埋设准确、牢固，浇筑混凝土时不应出现移位和变形。3.在设计规定位置上留设灌浆孔。4.在曲线孔道的曲线波峰部位应设置排气兼泌水管，必要时可在最低点设置排水管。5.灌浆孔及泌水管的孔径应能保证浆液畅通。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。孔道留设的基本要求：第69页/共93页预留孔道形状有直线曲线折线形1.预先将平直、表面圆滑的钢管埋设在模板内预应力筋孔道位置上。2.在开始浇筑至浇筑后拔管前，间隔一定时间要缓慢匀速地转动钢管；3.待混凝土初凝后至终凝之前，用卷扬机匀速拔出钢管即在构件中形成孔道。留设方法：钢管抽芯法胶管抽芯法 预埋波纹管法 第70页/共93页1.钢管抽芯法只用于留设直线孔道，钢管长度不宜超过15m，钢管两端各伸出构件500mm左右，以便转动和抽管。2.构件较长时，可采用两根钢管，中间用套管连接（图5.33）。3.抽管时间与水泥品种、浇筑气温和养护条件有关。钢管抽芯法第71页/共93页1.胶管采用57层帆布橡胶管（壁厚67mm），用于直线、曲线或折线孔道成型。2.胶管一端密封，另一端接上阀门，安放在孔道设计位置上；待混凝土初凝后、终凝前，将胶管阀门打开放水（或放气）降压，胶管回缩与混凝土自行脱落。3.一般按先上后下、先曲后直的顺序将胶管抽出。胶管抽芯法 第72页/共93页1.埋管法是用钢筋井字架将带波纹的金属管固定在设计位置上，在混凝土构件中埋管成型的一种施工方法。2.适用于预应力筋密集或曲线预应力筋的孔道埋设，但电热后张法施工中，不得采用波纹管或其他金属管埋设的管道。预埋波纹管法第73页/共93页第74页/共93页第75页/共93页5.2.2.2预应力筋张拉 预应力筋的张拉控制应力应符合设计要求，施工时预应力筋需超张拉，可比设计要求提高3%5%。超张拉目的：为了抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉机温度变形等因素产生的预应力损失。第76页/共93页（1）穿筋 成束的预应力筋将一头对齐，按顺序编号套在穿束器上（图5.34）。第77页/共93页（2）预应力筋张拉程序预应力筋的张拉程序，主要根据构件类型、张锚体系、松弛损失取值等因素来确定。用超张拉方法减少预应力筋的松弛损失时，预应力筋的张拉程序宜为：如果预应力筋张拉吨位不大，根数很多，而设计中又要求采取超张拉以减少应力松弛损失时，其张拉程序可为：第78页/共93页（3）预应力筋的张拉方法一端张拉：两端张拉：分批张拉：分段张拉：分阶段张拉：补偿张拉：但张拉端宜分别设置在构件两端。早期预应力损失基本完成后，进行补张拉 配有多束预应力钢筋的构件或结构。多跨连续梁板分段施工中。分阶段逐步施加预应力第79页/共93页安装张拉设备时（1）对于直线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线重合；（2）对于曲线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线方向重合。（3）预应力筋的张拉方法第80页/共93页（4）张拉安全事项在张拉构件的两端应设置保护装置，如用麻袋、草包装土筑成土墙，以防止螺帽滑脱、钢筋断裂飞出伤人；在张拉操作中，预应力筋的两端严禁站人，操作人员应在侧面工作。第81页/共93页5.2.2.3孔道灌浆1.孔道灌浆作用：（1）保护预应力钢筋，防止锈蚀。（2）使预应力钢筋与构件混凝土有效的粘结，以控制超载时，裂缝的间距与宽度并减轻构件端锚具的负荷载。2.灌浆用水泥浆应有：足够的粘结力；且应有较大的流动性；较小的干缩性和泌水性。第82页/共93页5.2.2.3孔道灌浆3.施工要求（1）灌浆前应全面检查构件孔道及灌浆孔、泌水孔、排气孔是否通畅。对抽芯成孔，用压力水冲洗和湿润孔道；对预埋管成孔，必要时可采用压缩空气成孔。对锚具夹片孔隙和其他可能产生的漏浆处进行封堵，封堵材料的抗压强度大于10Mpa时方可灌浆。第83页/共93页5.2.2.3孔道灌浆3.施工要求（2）灌浆过程中，可用电动或手动灰浆泵进行灌浆，水泥浆应均匀缓慢地注入，不得中断。（3）当孔道直径较大且水泥浆不掺微膨胀剂或减水剂进行灌浆时，可采用二次灌浆法或重力补浆法提高灌浆的密实性。（4）灌浆顺序应先下后上，以免上层孔道漏浆把下层孔道堵塞。第84页/共93页5.3无粘结预应力混凝土施工定义：无需预留管道与灌浆，而是将无粘结预应力筋；同普通钢筋一样铺设在结构模板设计位置上，用2022号铁丝与非预应力钢丝绑扎牢靠后浇筑混凝土；待混凝土达到设计强度后，对无粘结预应力筋进行张拉和锚固，借助于构件两端锚具传递预压应力。第85页/共93页5.3.1无粘结预应力筋1.无粘结预应力筋是由7根5mm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（图5.39）。2.涂料层一般采用防腐沥青。3.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%。第86页/共93页第87页/共93页5.3.2无粘结预应力混凝土施工工艺1.铺设双向配筋的无粘结预应力筋时，应先铺设标高低的钢丝束，再铺设标高较高的钢丝束，以避免两个方向钢丝束相互穿插。2.无粘结预应力筋应在绑扎完底筋以后进行铺放。3.无粘结预应力筋应铺放在电线管下面。5.3.2.1无粘结预应力筋的铺放与定位第88页/共93页（1）无粘结钢丝束镦头锚具张拉端钢丝束从外包层抽拉出来，穿过锚杯孔眼镦粗头。（2）无粘结钢绞线夹片式锚具无粘结钢绞线夹片式锚具常采用XM型锚具，其固定端采用压花成型埋置在设计部位，待混凝土强度等级达到设计强度后，方能形成可靠的粘结式锚头。5.4.2.2端部锚具节点安装第89页/共93页钢筋混凝土钢筋混凝土预应力混凝土预应力混凝土优点：1.能提高构件的抗裂强度和刚度；2.减轻自重、节约原材料；3.增加构件的耐久性、降低造价。本 章 小 结第90页/共93页 预应力 混凝土后张法先张法 本 章 小 结张拉预应力筋浇筑混凝土预应力筋放张孔道留设预应力筋张拉孔道灌浆第91页/共93页1.无粘结预应力混凝土是近几年发展的新技术，应用在高层建筑和较大跨度构件施工中。2.预应力混凝土充分利用了钢筋与混凝土的性能。施工中应特别注重原材料的质量检验，不合格的材料不准用于构件上。本 章 小 结第92页/共93页感谢您的观看！第93页/共93页