《土木工程施工》第12次课第5章预应力混凝土工程.ppt

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1、第第5章章 预应力混凝土工程预应力混凝土工程一、预应力的工作原理一、预应力的工作原理 预应力混凝土，是在构件在承受荷载之前，预先对预应力混凝土，是在构件在承受荷载之前，预先对受拉区混凝土施加压力，当构件在荷载作用下产生拉力，受拉区混凝土施加压力，当构件在荷载作用下产生拉力，首先必须抵消预先对构件施加的压力，然后随着荷载的首先必须抵消预先对构件施加的压力，然后随着荷载的不断增加，混凝土才开始受拉，从而防止和延缓混凝土不断增加，混凝土才开始受拉，从而防止和延缓混凝土裂缝的出现，并限制了裂缝的开展程度。这种施加预应裂缝的出现，并限制了裂缝的开展程度。这种施加预应力的混凝土称为预应力混凝土。力的混凝土

2、称为预应力混凝土。5.1 预应力混凝土分类预应力混凝土分类12 普通钢筋混凝土的抗拉极限应变只有，在正常普通钢筋混凝土的抗拉极限应变只有，在正常使用条件下受拉区混凝土开裂，构件的刚度小、挠度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；对允许出现裂缝的构件，当裂缝宽度限制在时，受拉钢筋的应力也只能达到时，受拉钢筋的应力也只能达到200 Mpa 左右。为左右。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

3、作用这一矛盾，人们创造了对混凝土施加预应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。力的方法。3 预应力混凝土的优点：预应力混凝土的优点：能提高钢筋混凝土构件的刚度、能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久；有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混抗裂性和耐久；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（要节约钢材重轻、质量好、材料省（要节约钢材2040），并能），并能扩大预制装配化程度。扩大预制装配化程度。在结构或构件受拉区域，通过对钢筋进行张拉后将在结构或构件受拉区域，

4、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的增加，混凝土才逐渐被拉伸，明显推迟了裂缝出现时间。间。4 分类分类：1 1、按施加预应力的方式不同分为、按施加预应力的方式不同分为先张法先张法和和后张法后张法；2 2、按施加预应力的手段不同分为、按施加预应力的手段不同分为机械张拉机械张拉和

5、和电热电热张拉张拉；3 3、按预应力筋与混凝土的粘结状态不同分为、按预应力筋与混凝土的粘结状态不同分为有粘有粘结结和和无粘结无粘结预应力混凝土；预应力混凝土；4 4、按施加预应力大小的程度分为、按施加预应力大小的程度分为全预应力全预应力和和部分部分预应力预应力混凝土；混凝土；5 5、按施工方法不同分为、按施工方法不同分为预制预应力预制预应力和和现浇预应力现浇预应力混凝土。混凝土。5二、预应力用钢材二、预应力用钢材 冷拔低碳钢丝，直径：冷拔低碳钢丝，直径：35；冷拉钢筋（冷加工钢筋）；冷拉钢筋（冷加工钢筋）；碳素钢丝，直径：碳素钢丝，直径：38；钢绞线，由钢绞线，由6根碳素钢丝缠绕而成；根碳素钢

6、丝缠绕而成；热处理钢筋，直径：热处理钢筋，直径：610；精轧螺纹钢筋，直径：精轧螺纹钢筋，直径：25，32。三、预应力对混凝土的要求三、预应力对混凝土的要求 混凝土强度等级一般不低于混凝土强度等级一般不低于C30C30；当采用碳素钢丝、钢绞线、当采用碳素钢丝、钢绞线、V V级钢筋（热处理）作预应级钢筋（热处理）作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40C40。6 预应力混凝土生产中（包括孔道压浆），不能掺有对钢预应力混凝土生产中（包括孔道压浆），不能掺有对钢筋有锈蚀作用的氯盐（如氯化钙、氯化钠等），否则会发生筋有锈蚀作用的氯盐（如氯化钙、氯化钠等），否则会发生

7、质量事故。质量事故。7 先张法施工是在浇筑混凝土之前，先张拉钢筋或钢丝，先张法施工是在浇筑混凝土之前，先张拉钢筋或钢丝，用夹具临时将其固定在台座或钢模上，然后再支撑模板（主用夹具临时将其固定在台座或钢模上，然后再支撑模板（主要是侧模和断模），并安装非预应力钢筋，接着浇筑混凝土要是侧模和断模），并安装非预应力钢筋，接着浇筑混凝土并养护，待构件混凝土达到设计强度并养护，待构件混凝土达到设计强度70%70%以后，保证钢筋以后，保证钢筋（钢丝）与混凝土之间有足够粘结力时，放松钢筋（钢丝），（钢丝）与混凝土之间有足够粘结力时，放松钢筋（钢丝），钢筋（钢丝）弹性回缩，对混凝土构件产生预压应力。钢筋（钢丝）

8、弹性回缩，对混凝土构件产生预压应力。显然，先张法生产的构件，其预应力的获得是通过混凝显然，先张法生产的构件，其预应力的获得是通过混凝土与钢筋之间很好的粘结力。如下页图所示。土与钢筋之间很好的粘结力。如下页图所示。5.2 先张法施工先张法施工8 先张法是先张拉预应力先张法是先张拉预应力筋，后浇筑混凝土的预应力筋，后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法混凝土生产方法(概念概念)。这种方法需要专用的生产台这种方法需要专用的生产台座和夹具，以便张拉和临时座和夹具，以便张拉和临时锚固预应力筋，待混凝土达锚固预应力筋，待混凝土达到设计强度后，放松预应力到设计强度后，放松预应力筋（筋（特点特点）。先张法适用于）

9、。先张法适用于预制厂生产中小型预应力混预制厂生产中小型预应力混凝土构件。预应力是通过预凝土构件。预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的（传递给混凝土的（应用应用）。）。9一、先张法施工设备一、先张法施工设备 （一）台座一）台座 组成：组成：台面、横梁、承力结构。台面、横梁、承力结构。类型：类型：墩式台座、槽式台座、桩式台座等。墩式台座、槽式台座、桩式台座等。1 1、墩式台座：、墩式台座：以混凝土墩作为承力结构的台座称为墩式台座。一般用以混凝土墩作为承力结构的台座称为墩式台座。一般用于生产中小型构件。于生产中小型构件。（1 1）墩式台座分类：墩式台座分类：简

10、易墩式台座；重力墩式台座；构架式台座；简易墩式台座；重力墩式台座；构架式台座；先张法施工用机具设备主要是先张法施工用机具设备主要是台座、夹具台座、夹具和和张拉机具张拉机具。10计算简图：计算简图：11（2 2）墩式台座计算要点：墩式台座计算要点：M M倾覆力矩，由预应力倾覆力矩，由预应力筋的张拉力产生；筋的张拉力产生；M M1 1倾覆力矩，由台座自倾覆力矩，由台座自重和土压力等产生；重和土压力等产生；抗倾覆安全系数。抗倾覆安全系数。稳定性验算：（抗倾覆、抗滑移的能力）稳定性验算：（抗倾覆、抗滑移的能力）A A、抗倾覆验算：、抗倾覆验算：1213B B、抗滑移验算：抗滑移验算：N N预应力筋的张

11、拉力，预应力筋的张拉力，N N；K Kc c抗滑移安全系数；抗滑移安全系数；N N1 1抗滑移的力，对独立的传力墩，抗滑移的力，对独立的传力墩，由侧壁土压力和底部摩阻力等产生，由侧壁土压力和底部摩阻力等产生，N N；强度验算：强度验算：支承横梁的牛腿，按柱子的牛腿计算配筋；支承横梁的牛腿，按柱子的牛腿计算配筋；墩式台座与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算；墩式台座与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算；台面按轴心受压构件计算；台面按轴心受压构件计算；横梁按承受均布荷载的简支梁计算。横梁按承受均布荷载的简支梁计算。14台面验算台面验算：152、槽式台座、槽式台座用于张拉力和倾覆力矩较大的构

12、件生产。用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产。16 （二）张拉机具和夹具（二）张拉机具和夹具 1 1、钢丝的夹具和张拉机具、钢丝的夹具和张拉机具 （1 1）钢丝夹具）钢丝夹具 锚固夹具：锚固夹具：锥形、圆锥三槽式锥形、圆锥三槽式和和楔形楔形夹具夹具。17 张拉夹具：张拉夹具：偏心式、钳式、楔形偏心式、钳式、楔形。帮条锚具帮条锚具 镦头锚具镦头锚具 18（2 2）张拉机具）张拉机具 要求：要求：简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。种类：种类：A A、卷扬机张拉：弹簧测力、杠杆测力。卷扬机张拉：弹簧测力、杠杆测力。B B、电动螺杆张拉机张拉：构造简

13、单，体积小，重量轻，、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。操作灵活，移动方便。192 2、钢筋的夹具和张拉机具、钢筋的夹具和张拉机具 （1 1）钢筋夹具）钢筋夹具 锚固夹具：工具式螺杆螺丝端杆锚具；锚固夹具：工具式螺杆螺丝端杆锚具；穿心式夹具自锚；穿心式夹具自锚；墩头锚固：墩头锚固：d 12mm d 12mm 冷墩；冷墩；d 22mm d 22mm d 22mm 加热锻打加热锻打 张拉夹具：压销式、穿心式。张拉夹具：压销式、穿心式。（2 2）钢筋张拉机具）钢筋张拉机具油压千斤顶、拉伸机、穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机。油压千斤顶、拉伸机、穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机

14、。20螺丝端杆锚具：螺丝端杆锚具：21二二 先张法施工工艺先张法施工工艺工艺流程图：工艺流程图：2223 （一）（一）张拉预应力筋（丝）张拉预应力筋（丝）1、张拉控制应力和超张拉最大应力、张拉控制应力和超张拉最大应力 张拉控制应力（规范规定）张拉控制应力（规范规定）冷拉钢筋冷拉钢筋 PYK 冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝 PUK 碳素刻痕钢丝、钢绞线碳素刻痕钢丝、钢绞线 PUK 超张拉最大应力超张拉最大应力 冷拉钢筋冷拉钢筋 PYK 其其 它它 PUK 预应力筋的张拉应力值超过规范规定的控制应力值，称为预应力筋的张拉应力值超过规范规定的控制应力值，称为超张拉超张拉。目的主要是为了减少松弛引起的应力损

15、失值。目的主要是为了减少松弛引起的应力损失值。242、张拉程序、张拉程序（1）超张拉法：）超张拉法：0 1.05 0 1.03 持荷2分钟 第一种张拉程序中，超张拉第一种张拉程序中，超张拉5 5并持荷并持荷2min2min，其目的是，其目的是为了为了在高应力状态下加速预应力松弛早期发展，以减少应力松弛引起在高应力状态下加速预应力松弛早期发展，以减少应力松弛引起的预应力损失。的预应力损失。第二种张拉程序中，超张拉第二种张拉程序中，超张拉3 3，其目的是，其目的是为了为了弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般多被采弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般多被采用。以上两种张拉

16、程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与用。以上两种张拉程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。采用第一种张拉程序时，千斤顶回油至稍低于采用第一种张拉程序时，千斤顶回油至稍低于concon，再，再进油至进油至concon，以建立准确的预应力值。，以建立准确的预应力值。25（2）一次张拉法）一次张拉法 0 3 3、张拉顺序、张拉顺序（1 1）多根同时张拉；）多根同时张拉；（2 2）单根张拉。）单根张拉。4.4.预应力筋的检验预应力筋的检验 先张法预应力筋张拉后与设计位置的偏差不的大于先张法预应力筋张拉后与设计位置的偏差不的大

17、于 5mm5mm，且不得大于构件截面最短边长的，且不得大于构件截面最短边长的4%4%。当采用应力控制方法张拉时，应校核预应力筋的伸当采用应力控制方法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对允许偏差长值。实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对允许偏差为为 6 6。预应力筋的计算伸长值。预应力筋的计算伸长值L(L(单位为单位为mm)mm)按下式计按下式计算：算：26 L=FP L/A P ES式中，式中，F FP P 预应力筋的平均张拉力，预应力筋的平均张拉力，kNkN。直线筋取张拉端。直线筋取张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋，取张拉端的拉力与跨中扣除孔的拉力；两端张拉的曲

18、线筋，取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；道摩阻损失后拉力的平均值；L L预应力筋的计算伸长值（预应力筋的计算伸长值（mmmm）；）；A A P P一预应力筋的截面面积，（一预应力筋的截面面积，（mmmm2 2)；E ES S预应力筋的弹性模量，预应力筋的弹性模量，kNkNmmmm2 2。27 测力计的原理如下图所示，测力计的原理如下图所示，若在受拉钢丝的某一段若在受拉钢丝的某一段L L，设，设两支点两支点A、B，并在，并在AB段的中点加一横向力段的中点加一横向力(与钢丝垂直）与钢丝垂直）P，则钢丝将产生挠度则钢丝将产生挠度f，若钢丝的拉力为，若钢丝的拉力为N，根据力的平行四边

19、形，根据力的平行四边形定律有：定律有：N=PL/4F，令，令L为定值，又若取为定值，又若取f为一常数，即挠度为一常数，即挠度不变时，则上式中拉力不变时，则上式中拉力N和和P力成正比。力成正比。28 （二）混凝土的浇筑与养护（二）混凝土的浇筑与养护 1 1、浇筑要求：、浇筑要求：同一生产线的构件应一次浇筑完毕；同一生产线的构件应一次浇筑完毕；构件应避开温度缝；构件应避开温度缝；振捣时不应碰撞钢丝；振捣时不应碰撞钢丝；叠层生产时，下层混凝土强度达叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa5MPa，方可浇筑上方可浇筑上层构件；层构件；混凝土的水灰比应严格控制，振捣应密实。混凝土的水灰比应严格控制，振捣应密

20、实。2 2、养护：、养护：自然养护；自然养护；蒸汽养护。蒸汽养护。29 （三）预应力筋放张（三）预应力筋放张 1 1、放张要求、放张要求 混凝土强度应达到设计值混凝土强度应达到设计值7070后方可放张；后方可放张；放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，避免过大的冲放张过程中，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；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。保证预应力筋与混凝土之间的粘结。2 2、放张方法、放张方法 钢丝：数量少，逐根放张；数量多，同时放张。钢丝：数量少，逐根放张；数量多，同时放张。粗钢筋：数

21、量少，逐根加热熔断；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。303 3、放张顺序、放张顺序 轴心受压构件：同时放张；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；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、相互交错如不能满足上述要求，应分阶段、对称、相互交错进行放张。进行放张。注意：放张时，应拆除侧模。注意：放张时，应拆除侧模。31张拉预应力钢筋时的注意事项：张拉预应力钢筋时的注意事项：32 后张法是先浇筑混凝后张法是先浇筑混凝

22、土后张拉预应力筋的预应土后张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法（力混凝土生产方法（概念概念）。这种方法需要预留孔道。这种方法需要预留孔道和专用的锚具，张拉锚固和专用的锚具，张拉锚固的预应力筋要求进行孔道的预应力筋要求进行孔道灌浆（灌浆（特点特点）。后张法适）。后张法适用于施工现场生产大型预用于施工现场生产大型预应力混凝土构件与结构。应力混凝土构件与结构。预应力是通过锚具传递给预应力是通过锚具传递给混凝土的（混凝土的（应用应用）。）。5.3 后张法施工后张法施工331、定义：、定义：制备留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规定强度制备留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规定强度后，穿筋并用张拉机具

23、张拉钢筋至设计规定应力值，借助锚后，穿筋并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值，借助锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后，孔道灌浆，这种预加具把预应力筋锚固在构件端部，最后，孔道灌浆，这种预加应力的方法称为后张法。应力的方法称为后张法。2、特点：、特点：混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响；混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响；锚具不能重复使用，成本高；锚具不能重复使用，成本高；工艺比较复杂（构件制作、留孔、穿筋、张拉、灌浆）工艺比较复杂（构件制作、留孔、穿筋、张拉、灌浆）；可拼装预制构件（现场拼装）。可拼装预制构件（现场拼装）。343 3、适用范围、适用范围现场制作大型构件，避免大型

24、构件运输的麻烦。现场制作大型构件，避免大型构件运输的麻烦。4 4、生产过程、生产过程（1 1）构件生产阶段；）构件生产阶段；（2 2）预加应力阶段（包括锚具、预应力筋制作、张）预加应力阶段（包括锚具、预应力筋制作、张拉、灌浆等）。拉、灌浆等）。35对锚具的要求：对锚具的要求：尺寸准确；尺寸准确；不致产生预应力筋的滑移；不致产生预应力筋的滑移；有足够刚度和强度。有足够刚度和强度。（一）锚具和预应力筋的制作（一）锚具和预应力筋的制作常见预应力筋类型：常见预应力筋类型：单根钢筋，直径大于单根钢筋，直径大于1212毫米；毫米；钢筋束与钢绞线束；钢筋束与钢绞线束；钢丝束。钢丝束。36 1 1、锚具、锚具

25、 张拉端：螺丝端杆锚具。张拉端：螺丝端杆锚具。固定端：帮条锚具或墩头锚具。固定端：帮条锚具或墩头锚具。（1 1）螺丝端杆锚具）螺丝端杆锚具 组成：螺丝端杆、螺母、垫板。组成：螺丝端杆、螺母、垫板。（2 2）帮条锚具）帮条锚具 组成：帮条、衬板。组成：帮条、衬板。（3 3）镦头锚具）镦头锚具 直接在钢筋端部用热镦、冷镦、锻打成型。直接在钢筋端部用热镦、冷镦、锻打成型。（4 4）级精轧螺旋钢筋：直径有级精轧螺旋钢筋：直径有2525和和3232两种。两种。一）一）单根预应力筋的锚具及制作单根预应力筋的锚具及制作372 2、预应力筋的制作、预应力筋的制作（1 1）制作：）制作：包括配料、对焊、冷拉等工

26、序。包括配料、对焊、冷拉等工序。（2 2）下料长度计算）下料长度计算 锚具特点：螺丝端杆外露在孔道外的长度为锚具特点：螺丝端杆外露在孔道外的长度为120120150mm150mm，帮条、镦头视锚具尺寸而定。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。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。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，一般为左右。的比值，一般为左右。38高架桥预应力混凝土梁拆除场景高架桥预应力混凝土梁拆除场景39404142敬敬请提出宝提出宝贵意意见！谢 谢！演示演示结束束43