预应力结构及预应力结构施工的基本常识概论26412.doc
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1、建研(北京)结构工程有限公司Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.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构就是在在结构承承受外荷荷载作用用之前,预预先采用用人为的的方法,在在结构内内部形成成一种预预先的应应力状态态,使结结构在使使用阶段段产生拉拉(压)应应力的区区域预先先受到压压(拉)应应力,这这种压(拉拉)应力力可以抵抵消全部部或一部部分在使使用阶段段由外荷荷载产生生的拉(压压)应力力,从而而达到推推迟裂缝缝出现、限限制裂缝缝
2、开展和和提高结结构刚度度的目的的。以简支梁跨跨中截面面为例,在在使用阶阶段垂直直向下荷荷载作用用下,梁梁跨中截截面的下下部受拉拉。如果果在使用用荷载施施加之前前,我们们采取某某种方法法使该截截面的下下部预先先受到一一定的压压应力,这这样,当当施加使使用荷载载时,使使用荷载载产生的的应力将将首先平平衡掉预预先形成成的压应应力,然然后才产产生拉应应力,两两者抵消消后最终终产生的的拉应力力将比没没有预加加压应力力时小得得多。当当预加压压应力的的值等于于或大于于荷载产产生的拉拉应力时时,甚至至在混凝凝土中根根本不产产生拉应应力。由于混凝土土的抗压压能力远远远大于于抗拉能能力,在在预应力力钢筋混混凝土结
3、结构中,我我们主要要是预先先在构件件的混凝凝土中形形成压应应力,用用来抵消消使用荷荷载条件件下的拉拉应力,减减小截面面混凝土土的拉应应力,达达到提高高构件的的承载能能力,减减少和推推迟混凝凝土受拉拉裂缝产产生的效效果。这里应当注注意的是是,所谈谈的压应应力或拉拉应力都都是针对对构件的的某个截截面甚至至截面的的某一边边来说的的,如果果将施加加压应力力的位置置搞反了了,不但但不能提提高构件件的承载载能力,反反而会大大大降低低构件的的承载能能力。因因此在施施工中应应严格按按设计的的预应力力钢筋位位置进行行布筋。为了在混凝凝土中预预加应力力,一般般在构件件内设置置预应力力钢筋,对对其进行行张拉并并锚固
4、后后,利用用预应力力钢筋的的弹性回回缩力在在混凝土土中形成成压应力力。如果果预应力力钢筋布布置成曲曲线形状状,则对对构件来来说还将将产生与与使用荷荷载相反反效果的的附加荷荷载,这这种荷载载与使用用荷载是是相互抵抵消的,因因此也会会产生减减小构件件应力的的效果。1.1.22预应力力结构的的优点a可以有有效地避避免或限限制使用用阶段裂裂缝的开开展;b可以提提高结构构的刚度度,减小小构件的的变形;c可以充充分利用用高强钢钢材的机机械性能能,节约约钢材;d可以充充分利用用材料的的性能,有有效地减减小构件件的尺寸寸,为建建筑物提提供更大大的有效效空间;e可以减减小结构构的自重重;f可以减减少工程程的投资
5、资。1.1.33预应力力结构的的分类对于预应力力钢筋混混凝土结结构来说说,主要要有如下下三种分分类方法法:a按照预预应力施施加的时时间进行行分类有有先张预预应力构构件和后后张预应应力构件件。这里的先后后是相对对于混凝凝土的浇浇筑时间间来说的的,在浇浇筑混凝凝土之前前就对钢钢筋施加加应力的的称为先先张预应应力构件件,如在在台座上上施工的的预制预预应力空空心板就就属于先先张预应应力构件件;反之之在混凝凝土浇筑筑之后才才对钢筋筋施加应应力的称称为后张张预应力力构件,在在现场施施工的预预应力构构件多为为后张预预应力构构件。后张预应力力构件的的主要特特点是都都要采取取钢筋张张拉之前前混凝土土不对钢钢筋产
6、生生握裹力力的措施施,比如如采用预预埋波纹纹管和采采用抽拔拔钢管的的办法在在混凝土土中留设设孔道,或或者直接接在钢筋筋的表面面满涂润润滑脂后后用塑料料皮包裹裹的办法法。本公司施工工的预应应力构件件多数为为后张预预应力构构件。b按照预预应力钢钢筋作用用的方式式分为有有粘结预预应力构构件和无无粘结预预应力构构件。对于预应力力构件来来说,在在预应力力钢筋张张拉锚固固后,预预应力钢钢筋的弹弹性回缩缩力传递递到混凝凝土上有有两种方方式:一一种是通通过混凝凝土对预预应力钢钢筋的直直接握裹裹,将弹弹性回缩缩力沿钢钢筋的长长度均匀匀地传递递到混凝凝土上,这这样就形形成了有有粘结预预应力混混凝土构构件。另另一种
7、方方式是预预应力钢钢筋和混混凝土之之间没有有握裹力力(虽然然还有一一部分摩摩擦力),钢钢筋的弹弹性回缩缩力通过过在预应应力钢筋筋的两端端的锚固固端施加加到构件件上,这这样就形形成了无无粘结预预应力构构件。由由此可见见这里说说的“粘结”指的是是混凝土土和钢筋筋之间的的粘结。对于有粘结结预应力力构件,预预应力钢钢筋是和和混凝土土结合在在一起共共同工作作的,构构件的受受力性能能比无粘粘结预应应力构件件要好,因因此在梁梁等重要要构件一一般采用用有粘结结预应力力构件,无无粘结预预应力构构件一般般用在板板等次要要构件上上。在施工中,一一般有粘粘结预应应力构件件在预应应力钢筋筋张拉后后都要进进行灌浆浆,使预
8、预应力钢钢筋和混混凝土之之间产生生可靠的的粘结力力。c按照预预应力抵抵消使用用荷载条条件下应应力的多多少分为为部分预预应力构构件和全全预应力力构件。当在构件中中预先施施加的应应力小于于使用荷荷载产生生的应力力时,构构件在使使用荷载载作用下下混凝土土中仍然然会有拉拉应力存存在,这这样的预预应力构构件称之之为部分分预应力力构件。当当预先施施加的压压应力大大于或等等于使用用荷载产产生的应应力时,构构件在使使用荷载载作用下下混凝土土中将不不会有拉拉应力存存在,这这样的预预应力构构件称之之为全预预应力构构件。笼统地讲,我我们将预预先施加加的应力力和使用用荷载作作用下产产生的应应力的比比值成为为预应力力度
9、。预预应力度度小于1的预应应力构件件为部分分预应力力构件,预预应力度度大于等等于1的预应应力构件件为全预预应力构构件。1.1.44预应力力损失的的基本概概念我们对预应应力钢筋筋进行张张拉,但但是并不不是我们们张拉时时施加的的力都能能够保持持下来,形形成对混混凝土产产生的预预加应力力,其中中相当大大的部分分都因为为各种各各样的原原因被释释放掉了了,这些些消耗掉掉的部分分我们称称之为预预应力损损失。a第一批批预应力力损失第一批预应应力损失失是指在在预应力力构件施施工过程程中就产产生的预预应力损损失,包包括锚具具变形和和混凝土土内缩损损失、孔孔道摩擦擦损失、加加热养护护由于温温差引起起的损失失等。锚
10、具变形和和钢筋内内缩损失失是在锚锚具锚固固、张拉拉机具放放张后,由由于锚具具在受压压后产生生压应变变产生的的损失;钢筋与与夹片及及夹具与与锚环之之间产生生滑移产产生的损损失;锚锚具各零零件之间间和锚具具与混凝凝土之间间的间隙隙被压缩缩产生的的张拉应应力损失失。为了了减少这这部分损损失,锚锚具应选选用高硬硬度的材材料,施施工中应应尽可能能将夹片片顶紧和和减小各各零件之之间的间间隙。孔道摩擦损损失是指指由于预预留孔道道和预应应力钢筋筋之间摩摩擦力的的影响,使使钢筋的的张拉应应力随着着到张拉拉端的距距离增大大而变小小,这样样在远离离张拉端端位置钢钢筋的实实际拉力力要比张张拉端的的位置要要小一些些,这
11、个个差值就就是孔道道摩擦损损失。为为了减小小这部分分损失,应应尽可能能保持预预留孔道道的光滑滑。在工厂预制制先张预预应力构构件时,有有时具有有加热养养护的条条件。这这时一般般的施工工程序是是在没有有进行加加热的条条件下先先对预应应力钢筋筋进行张张拉,进进行混凝凝土浇筑筑成形,然然后将成成形后的的构件连连同预应应力钢筋筋一起进进行加热热养护,待待混凝土土强度达达到规定定要求后后,将与与混凝土土粘结在在一起的的预应力力钢筋剪剪断放张张,形成成成品构构件。这这个过程程中,在在构件进进行加热热养护时时,混凝凝土还没没有强度度,预应应力钢筋筋和混凝凝土之间间的粘结结力为零零,而在在冷环境境下张拉拉过的钢
12、钢筋在受受热后将将产生温温度变形形而伸长长,这样样有一部部分张拉拉的弹性性伸长量量就被温温度伸长长所替代代,使钢钢筋的弹弹性伸长长相应变变小,而而由于混混凝土和和钢材的的温度伸伸长率很很接近,当当构件降降温后混混凝土和和钢材将将粘结在在一起一一同回缩缩,那么么被温度度伸长所所替代的的弹性伸伸长将不不会再恢恢复,这这样实际际由弹性性伸长回回缩产生生的预应应力就变变小了,这这样产生生的预应应力损失失我们称称之为加加热养护护由温差差引起的的损失。这这部分损损失在我我们经常常施工的的现场浇浇筑的预预应力混混凝土构构件当中中是不存存在的。b第二批批预应力力损失第二批预应应力损失失是构件件制作完完成后,在
13、在使用过过程中随随着时间间的推移移产生预预应力损损失,包包括钢筋筋应力松松弛损失失、混凝凝土收缩缩徐变损损失、螺螺旋和环环形配筋筋的环形形预应力力构件由由于局部部混凝土土的挤压压产生预预应力损损失等。减少第二批批预应力力损失的的措施一一般是在在材料选选用及材材料质量量方面采采取措施施。1.1.55预应力力构件的的主要控控制指标标在预应力构构件的设设计过程程中主要要考虑的的技术指指标为构构件的强强度、裂裂缝、变变形和结结构的预预应力度度。这些些技术指指标最终终体现在在预应力力钢筋强强度、数数量、锚锚具的选选择、预预应力钢钢筋的布布筋形状状和钢筋筋的张拉拉控制应应力等,所所有这些些都是实实现设计计
14、意图的的必要保保证,缺缺一不可可。因此此在进行行预应力力结构的的施工过过程中,必必须做到到进场材材料的质质量检验验、准确确铺设预预应力钢钢筋和严严格按照照设计要要求的张张拉控制制应力对对预应力力钢筋进进行张拉拉,对于于有粘结结预应力力钢筋还还要对预预留孔道道进行灌灌浆。预应力钢筋筋的张拉拉机具多多采用油油压千斤斤顶和与与之配套套的油泵泵。在张张拉时是是通过油油泵的油油压显示示来控制制施加到到预应力力钢筋上上的拉(压压)力的的。而每每一套机机具在相相同油压压下施加加拉力是是不同的的,为了了保证张张拉控制制应力的的实现,在在张拉之之前必须须对张拉拉机具的的拉力油压压对应关关系进行行标定,并并根据标
15、标定值进进行张拉拉油压控控制。在预应力张张拉施工工之前,还还应根据据钢筋的的长度、曲曲线的形形状和张张拉控制制应力换换算出钢钢筋的预预期伸长长值,并并在施工工过程中中进行测测量。在施工中一一般以表表压值作作为主要要的控制制指标,以以计算预预期的钢钢筋伸长长值作为为校验指指标。通通过钢筋筋伸长值值的测量量可以判判断孔道道内钢筋筋的变形形是否均均匀,和和有无孔孔道堵塞塞现象。1.1.66预应力力钢筋在在构件中中的作用用A、利用预预应力钢钢筋的回回缩弹性性在构件件中产生生预压应应力。B、利用钢钢筋布置置的形状状给构件件产生与与外荷载载相平衡衡的方向向荷载。C、利用预预应力钢钢筋抵抗抗外荷载载产生的的
16、荷载效效应。1.1.77施加预预应力的的方法A、采用张张拉钢筋筋的方式式施加预预应力。B、采用给给钢筋加加温的方方式施加加预应力力。C、利用其其它使钢钢筋产生生变形的的办法施施加预应应力。1.1.88常见预预应力混混凝土构构件就混凝土结结构而言言,在实实际工程程中常见见的预应应力构件件有预应应力混凝凝土梁、预预应力混混凝土板板、预应应力混凝凝土屋架架、预应应力特种种结构(如如环形预预应力混混凝土水水池等)。另另外还有有预应力力混凝土土大偏心心柱、边边坡处理理中的锚锚拉桩等等。所有有这些构构件都包包括预制制预应力力构件和和现浇预预应力构构件两种种。1.1.99常见的的预应力力钢筋布布筋形式式由于
17、各种预预应力构构件的工工作状态态不同,构构件中的的预应力力钢筋的的布置形形式有所所不同。常常见的预预应力钢钢筋的布布筋形式式有直线线形、折折线形和和曲线形形等。所所有这些些布筋形形式的选选用原则则是将预预应力钢钢筋布置置在构件件的受拉拉部位,并并考虑预预应力钢钢筋在构构件中产产生的应应力与荷荷载产生生的应力力方向相相反。直线形常用用于抗拉拉构件,如如:锚拉拉桩、屋屋架的下下弦拉杆杆等;也也可用于于单跨的的抗弯构构件,如如:单跨跨简支梁梁、单跨跨简支板板等。折线形常用用于作用用有较大大集中荷荷载的单单跨简支支梁等。折折线形钢钢筋在转转折处应应做弧形形转折。曲线形常用用于连续续梁、框框架梁、框框架
18、柱和和预应力力特种结结构等。1.2 预预应力结结构和非非预应力力结构在在施工中中差别1.2.11钢筋的的差别预应力钢筋筋一般采采用高强强低松弛弛的钢材材,可以以是钢筋筋或钢丝丝的形式式,也可可以是将将钢丝编编成钢绞绞线的形形式。预应力结构构中钢筋筋的强度度一般都都比普通通预应力力构件中中钢筋的的强度高高。1.2.22预应力力钢筋铺铺设方法法的特点点a由于预预应力钢钢筋多采采用钢丝丝或由钢钢丝变成成的钢绞绞线,柔柔性比较较大,因因此在铺铺设时需需要有较较多的固固定措施施。b后张有有粘结预预应力结结构中的的钢绞线线需要铺铺设在预预留的孔孔道当中中,以便便在混凝凝土浇筑筑完成后后进行预预应力的的施加
19、。1.2.33预应力力构件施施工要求求的特点点a预应力力钢筋的的定位必必须准确确,这种种定位包包括竖向向和横向向两个方方向上的的定位。b预应力力钢筋相相配套的的部件必必须安装装牢靠。波波纹管和和通气管管必须保保证其完完整性和和密闭性性,锚垫垫板必须须和所连连接的预预应力钢钢筋垂直直。c预应力力构件在在混凝土土振捣过过程中必必须注意意不得使使预应力力钢筋或或波纹管管及其配配件移位位。不得得损伤波波纹管和和无粘结结预应力力钢筋的的塑料包包裹层。必须更加强强调混凝凝土的密密实性,尤尤其是张张拉端附附近的混混凝土由由于钢筋筋较多,更更应注意意保证混混凝土的的密实性性。为了保证预预应力钢钢筋的及及时张拉
20、拉,应多多留一些些试块用用于混凝凝土强度度的中间间检测。1.2.44拆模问问题根据预应力力混凝土土的特点点,在预预应力钢钢筋张拉拉之前构构件的承承载能力力较低,因因此构件件的竖向向支撑模模板在预预应力钢钢筋张拉拉之前不不得拆除除;而为为了减少少模板对对预应力力构件侧侧向变形形的限制制,在预预应力钢钢筋张拉拉之前应应将构件件的侧模模拆除。因因此,预预应力构构件一般般都会有有二次拆拆模的问问题。1.3 预预应力结结构的图图纸及有有关的计计算1.3.11预应力力结构的的施工图图纸除了与非预预应力结结构相同同的结构构布置、梁梁柱配筋筋图以外外,作为为非预应应力结构构特有的的图纸包包括预应应力钢筋筋曲线
21、图图、预应应力有关关节点构构造图和和有关的的设计说说明。在结构布置置图中,预预应力构构件编号号的第一一个字符符一般为为字母“Y”。预应力钢筋筋曲线图图中一般般包括曲曲线预应应力钢筋筋的坐标标。预应力设计计说明中中一般包包括预应应力的施施工要求求:如预预应力钢钢筋及锚锚具的选选型、预预应力钢钢筋的张张拉控制制应力、灌灌浆封锚锚等有关关材料要要求、预预应力张张拉时要要求的混混凝土强强度及其其它有关关注意事事项。1.3.22预应力力钢筋伸伸长值的的估算由于有孔道道摩擦损损失,预预应力钢钢筋在混混凝土构构件中各各个截面面处的应应力是不不同的,在在利用预预应力钢钢筋弹性性应力应应变关系系进行伸伸长值的的
22、计算中中必须考考虑计算算范围内内钢筋应应力的变变化情况况。对于直线孔孔道预应应力钢筋筋由于孔孔道摩擦擦损失较较小,可可以忽略略钢筋应应力变化化的影响响,直接接按公式式 L=FFjL/(ApEs)进行计计算其中,Fjj预应应力钢筋筋张拉端端的拉力力。L计算算范围内内预应力力钢筋的的长度。Es预预应力钢钢筋的弹弹性模量量。Ap预预应力钢钢筋的截截面面积积。对于曲线孔孔道预应应力钢筋筋,则必必须考虑虑钢筋应应力变化化的影响响。如果果精确的的考虑钢钢筋应力力的变化化来计算算钢筋伸伸长值,应应该采用用随着应应力的变变化沿钢钢筋全长长进行积积分的办办法计算算。但由由于孔道道摩擦力力计算是是一种概概率统计计
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