建筑施工课件-第06章预应力混凝土工程.ppt

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1、第六章 预应力砼工程 2011.9 1、 先张法施工工艺； 2、 后张法施工工艺； 3、 现浇结构无粘结预应力施工技术 。 内容提要 1、 先张法施工设备 、 施工工艺； 2、 后张法预应力筋 、 锚具 、 张拉机具 、 施工工艺； 3、 无粘结预应力筋制作 、 锚具 、 施工工艺 。 主要内容： 学习重点： 2011.9 章节内容 概述 预应力钢筋 预应力施工 工艺 2 3 1 2011.9 6-1 概 述 2011.9 一、预应力混凝土的概念 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

2、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 。 2011.9 江西理工大学软件学院 2011.9 二、预应力混凝土的特点 1、构件截面小、自重轻、质量好、材料省 (可节约钢材 40% 50%、混凝土 20% 40%)，在跨度较大的结构中， 其综合经济效益较好，并能扩大预制装配化程度。 2、预应力混凝土的施工，需要专门的机械设备，工艺比较 复杂，操作要求较高。 3、一般要求混凝土的强度等级不低于 C30。目前，我国在 一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用 C50 C60

3、的高强混凝土，最高混凝土强度等级已达到 C80，并逐 步向更高强度等级的混凝土发展。国外混凝土的平均抗 压强度每 10年提高 5 10MPa，现已出现抗压强度高达 200MPa的混凝土。 2011.9 三、预应力混凝土的分类 1、预应力混凝土按 预应力度大小 分： 全预应力混凝土 部分预应力混凝土。 2、预应力混凝土按 施工方式 分： 预制预应力混凝土 现浇预应力混凝土 叠合预应力混凝土等。 3、按 预加应力的方法 分： 先张法预应力混凝土 后张法预应力混凝土。 2011.9 6-2 预应力钢筋 2011.9 一、预应力钢筋的种类 1、钢丝 1） 冷拔低碳钢丝 ，直径： 3 5 2） 碳素钢丝

4、 ，直径： 3 8 2、钢绞线 ：由 7根碳素钢丝 缠绕而成。 3、热处理钢筋 ：直径： 6 10 4、精轧螺纹钢筋 ，直径： 25， 32 2011.9 二、预应力钢筋的特性 1、应力应变曲线 0 A 0.2% a b oa 总变形。 ba 弹性变形 99.8%。 ob 塑性变形 0.2%。 条件屈服 2011.9 1)初期发展快。 2)初应力大，松弛损失也大。 3)松弛损失率随温度的升高急剧增加。 2、应力松弛 钢筋受到一定的张拉力后，在长度保持不变的条件下， 钢筋的应力随着时间的增长而降低的现象，其降低的值就 是应力松弛损失。 应力松弛的特点： 2011.9 6-3 先张法预应力 201

5、1.9 一、先张法 1、什么是先张法？ 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。 适用于：构件厂生产中、小型构件 (楼板、屋面板、吊车 梁、薄腹梁 ) 2011.9 二、先张法施工设备 组成：台面、横梁、承力结构。 分类：墩式台座、槽式台座、桩式台座等。 1、台座 适用：生产中、小型构件。 （ 1）墩式台座 有足够的强度 ; 刚度和稳定性 ; 满足生产工艺 。 要求： 20

6、11.9 2011.9 墩式台座的验算 : 抗倾覆验算： 0 1 .5MK M M=Te M=G1 l1+G2 l2 1 1 .3 e TK T 抗滑移能力验算： 2011.9 （ 2）槽式台座 组成：端柱、传力柱、横梁和台面。 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。 2011.9 2、夹具 （ 1）钢丝锚固夹具 先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固 定在张拉台座 (或设备 )上的临时性锚固装置。 按其工作用途不同分为：锚固夹具和张拉夹具。 锥形夹具 2011.9 锥形夹具可分为：圆锥齿板式夹具和圆锥槽式夹具。 2011.9

7、如图所示，采用镦头夹具时，将预应力筋端部热镦或 冷镦，通过承力分孔板锚固。 镦头夹具 2011.9 （ 2）钢筋锚固夹具 用圆套筒三片式夹具，由 套筒 和 夹片 组成。 2011.9 张拉夹具的形式：偏心式、钳式、楔形。 3、张拉夹具 夹持住预应力筋后，与张拉机械连接起来进行预应 力筋张拉的机具。 2011.9 卷扬机张拉 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； 液压张拉千斤顶 4、钢丝张拉设备 1）要求 简易可靠 ; 准确控制钢丝的拉力 ; 稳速增大拉力。 2）种类 2011.9 三、先张法施工工艺 张拉固定钢筋 浇混凝土 养护 (至 75%强度 ) 放张钢筋

8、 2011.9 1、预应力筋的铺设 下料采用砂轮切割机 台座台面涂刷隔离剂 2011.9 2、预应力筋的张拉 在张拉中要严格控制张拉应力、张拉程序、计算张 拉力和进行预应力值校核。 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。 预应力筋的张拉是预应力混凝土施工中的关键工序。 2011.9 1）张拉控制力 预应力钢丝的张拉程序： 0(1.03 1.05)con 预应力钢筋的张拉程序： 2m in c on c on0 1 0 5 % 持荷 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。 2）张拉程序 超张拉程序

9、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 2011.9 3、混凝土的浇筑与养护 自然养护；湿热养护。 1）浇筑要求： 同一生产线的构件应一次浇筑完毕，不留施工缝； 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； 混凝土的水灰比与水泥用量应严格控制，振捣应密实； 混凝土强度等级 C30； 2）养护方法： 2011.9 4、预应力筋的放张 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可靠。 （ 1）放张要求 混凝土

10、强度应大于 75的设计强度 获得良好质量的 重要过程 2011.9 （ 2）放张顺序 预应力筋放张顺序应符合设计要求，当设计未规定 时，可按下列要求进行： 承受轴心预应力构件的所有预应力筋应同时放张。 承受偏心预压力构件，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。 不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地 放张。 2011.9 （ 3）放张方法 对于中小型预应力混凝土构件，预应力丝的放张宜 从生产线中间处开始向两侧逐根放张；对于配筋较多的 构件应从外向内对称、交错逐根放张。 放张单根预应力筋 ，一般采用 千斤顶放张 ，如下页 图所示。 构件预应力筋较多

11、时 ，整批同时放张可采用 砂箱、 楔块 等放松装臵。 2011.9 2011.9 6-4 后张法预应力 2011.9 一、后张法 1）混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响； 2）锚具不能重复使用，成本高； 3）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）。 1、后张法 先制作留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规 定强度后，穿筋，借助锚具把预应力筋锚固在构件端部， 并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值，最后孔道灌 浆，张拉力由锚具传给混凝土构件，并使之产生预应力。 特点： 2011.9 1、锚具 尺寸准确； 有可靠的锚固能力不致产生预应力筋的滑移； 有足

12、够刚度和强度； 部件的互换性好。 二、后张法设备 1）分类： 单根钢筋锚具 钢筋束锚具 预应力钢丝束锚具 钢绞线锚具 2）对锚具的要求： 后张法结构或构件中为保持预应力筋的拉力并将 其传递到砼的永久性锚固装置。 2011.9 张拉端：螺丝端杆锚具。 固定端：帮条锚具或墩头锚具。 单根钢筋锚具 2011.9 2011.9 2011.9 钢筋束锚具 XM型：可锚固钢绞线束、钢丝束、单根预应力筋、 多根预应力筋。 QM型锚具：可锚固钢绞线束。 BS型：可锚固钢绞线束 钢筋束采用的锚具有： XM型、 QM型、 BS型 和固定端镦头锚具。 2011.9 2011.9 2011.9 预应力钢丝束锚具 I.

13、 锥形螺杆锚具 ：用于锚固 14、 16、 20、 24或 28根 直径为 5mm的碳素钢丝。 II. 钢丝束镦头锚具 ：适用于 12 54根直径为 5mm的 碳素钢丝。 III. 钢质锥形锚具 :用于锚固以锥锚式双作用千斤顶张拉 的钢丝束，适用于锚固 6、 12、 18或 24根直径 5mm 的钢丝束。 固定端采用钢丝束镦头锚具，张拉端锚具可采用钢 质锥形锚具、锥形螺杆锚具、 XM型锚具。 2011.9 2011.9 2011.9 2011.9 三、后张法的施工工艺 2011.9 2011.9 1、孔道留设 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。 1）目的： 2）孔

14、道留设的基本要求： 孔道直径应保证预应力筋 (束 )能顺利穿过。 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。 在设计规定位置上留设灌浆孔。 关键工序 2011.9 钢管抽芯法 胶管抽芯法 预埋管法 2）孔道留设方法 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。 灌浆孔及泌水管的孔径应能保证浆液畅通。 预埋金属波纹管 预埋塑料波纹管 2011.9 （ 1）钢管抽芯法 在需留设孔道处预埋钢管， 在混凝土浇筑、养护中定期慢 转钢管，以防粘结，待混凝土 初凝后，终凝前抽出钢管，形 成孔道。 适用于留设 直线孔道 ，钢管长度不宜超过 15

15、m 。 施工方法： 2011.9 （ 1）钢管预埋前应除锈，刷油，保证 平直，光滑，位臵 正确 。每根长度小于 15米，以便于旋转、抽管。 （ 2）恰当掌握 抽管时间 ：（早：坍孔；晚：抽管难， 抽不出来） 一般在 初凝后终凝前 ，手指按压混凝土不粘 浆又无明显印痕时，则可抽管。 常温下，一般 3 6小时 即可抽管。 （ 3） 抽管顺序和方法 ：先上后下，边抽边转，速度均匀， 与孔道保持在同一直线。 施工要点： 2011.9 2011.9 （ 2）胶管抽芯法 在孔道留设处，安放胶管（内充气或水、钢丝网胶 管），浇筑混凝土，养护，初凝后，通过放气（水）或 直接拉，形成孔道。 适用于 直线、曲线或

16、折线孔道 成型。 施工方法： 长度 20 30米以内整根管，一端抽出。较长时在中间 接长，接头处应防漏气、漏水。 抽管顺序：先上后下，先曲后直。 施工要点： 2011.9 2011.9 （ 3）预埋波纹管法 使用前应作灌水试验，检查有无渗漏。 连接用大一号波纹管（接长时）。 固定：用钢筋卡子，并用铁丝绑牢。 避免反复弯曲。 适用于 预应力筋密集或曲线预应力筋的孔道 埋设。 施工方法： 波纹管直接埋设在需留设孔道处，不再抽出。 施工要点： 2011.9 2011.9 2011.9 2、预应力筋制作 预应力钢筋制作：包括配料、对焊、冷拉等工艺过程。 下料长度计算 锚具特点：螺丝端杆外露在孔道外的长

17、度为 120 150mm。 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。 2011.9 3、预应力筋的穿束 先穿束后装管； 先装管后穿束； 二者组装放入。 人工穿束； 卷扬机穿束； 穿束机穿束。 2）穿束方法 1）穿束顺序 2011.9 4、预应力筋的张拉 2）张拉控制应力 1）张拉条件： 结构的混凝土强度符合设计要求或达 75%强度标准值 2011.9 3）张拉的方式： 一端张拉方式 两端张拉方式 分批张拉方式 分段张拉方式 分阶段张拉方式 补偿张

18、拉方式 2011.9 4）张拉顺序 预应力筋张拉顺序应按 设计规定进行；如设计无规 定时，应采取 分批分阶段对 称 地进行。 如图所示是预应力混凝 土吊车梁预应力筋采用两台 千斤顶的张拉顺序。 2011.9 预应力混凝土屋架下弦预应力筋张拉顺序。 2011.9 5）张拉程序 （ 1）设计时松弛按一次张拉程序取值： 0 con锚固 （ 2）设计时松弛损失按超张拉程序取值： （ 3）设计时松弛损失按超张拉程序取值，但采用锥销锚 具或夹片： 2m inc on c on0 1 0 5 % 持荷 c o n0 1 0 3 % 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。

19、 2011.9 主要是为了加速钢筋松弛的早发展。 超张拉 5目的： 主要是减少钢筋松弛、混凝土弹性压缩、锚具变形 和孔道摩擦等所引起的应力损失。 超张拉 3目的： 主要是弥补设计或施工中不可预见的损失。 持荷 2分钟目的： 2011.9 6）张拉注意事项 孔道、锚环与千斤顶三对中。 在张拉构件的两端应设臵保护装臵，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。 张拉时混凝土强度应符合设计要求；若设计无要求 时，不应低于 70 C设计。块体拼装，立缝处混凝 土或砂浆强度不应低于 15MPa或 40设计。 2011

20、.9 多根预应力筋张拉 时， 当不可能同时张拉时，宜分 批、分阶段、对称地张拉。 现场生产构件，重叠多层构件中预应力的施加，其 损失自上而下逐层增加。重叠构件张拉宜先上后下， 超张拉应力 依次增加。 2011.9 5、孔道灌浆与封锚 1）预应力筋张拉后，应尽快地用灰浆泵将水泥浆压灌 到预应力孔道中去。 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。 基本要求： 防止生锈；增加整体性与耐久性；提高结构的抗裂 度与承载力。 目的： 2011.9 3）灌浆前，用压力水冲洗和湿润孔道。 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。 5）灌浆工作应缓慢均匀连

21、续进行，不得中断。 2011.9 6-5 无粘结预应力 2011.9 一、无黏结预应力 1）无需留孔道与灌浆，施工简单，摩擦力小，预应力 筋易弯成多跨曲线形状。 2）预应力筋强度一般降低 10 20，对锚具要求高。 1、无黏结预应力筋的发展 后张法预应力混凝土施工按预应力筋可分为： 1）有黏结预应力混凝土：通过灌浆使预应力筋与混凝 土黏结。 2）无黏结预应力混凝土：预应力筋与混凝土之间可相 对滑动。 2、特点 2011.9 3、无黏结预应力筋的制作 无粘结预应力筋一般是由 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护套 层构成的。 2011.9 （ 1）无黏

22、结预应力筋的制作一般采用 挤塑涂层工艺 。主 要是钢丝通过涂油装臵涂油，涂油后的钢丝束通过塑料 挤压机成型塑料薄膜，再经冷却筒槽成型塑料套管。 （ 2）无粘结预应力筋所用的材料主要是 高强钢丝 和 钢 绞 线 ，每根钢丝应是通长的，严禁有接头，且不应有死弯， 当有死弯时必须截断。 2011.9 1）在 20 +70 温度范围内，低温不脆化，高温 化学性能稳定。 2）有足够韧性、抗破损性。 3）对周围材料无侵蚀作用。 4）防水性、延伸度好。 5）宜选用高密度聚乙烯，有可靠经验也可采用聚丙烯， 但不宜采用聚氯乙烯。 无粘结预应力筋护套材料应满足以下要求： 2011.9 4、锚具及张拉设备 对于高强

23、钢丝主要用镦头锚具。 钢绞线则用夹片锚具。 1）锚具 2011.9 2011.9 2）张拉设备 可选用 YC型系列的油压千斤顶，可在狭小场地及高 空进行张拉。 在梁板顶面或墙壁侧面的斜槽内张拉无黏结预应力 筋时，宜采用变角张拉装臵。变角张拉装臵的关键部件 是变角块，安装时注意块间的槽口搭接，保证变角轴线 向结构外侧弯曲。 2011.9 四、无粘结预应力施工 无粘结预应力束在平板结构中一般为双向曲线配臵。 铺设前应根据双向钢丝束交点的标高差，绘制铺设顺序 图，避免相互穿插。 铺设前先根据设计图计算出各点标高、位臵、反弯点 位臵、波峰位臵，然后将马凳就位（马凳间距 1 2m）， 再铺设钢丝束，一般

24、是钢丝束波峰低的底层钢丝束先铺 设，然后依次铺设波峰高的上层钢丝束。对波峰高度及 水平位臵进行调整，检查无误后用铅丝绑牢。 1、无粘结预应力筋的铺放与定位 2011.9 无粘结预应力曲线筋或折线筋的末端的切线应与承压 板相垂直，曲线段的起始点至张拉锚固点应有不少于 300mm的直线段。 张拉端固定：张拉端的承压板应用钉子固定在端模板 上或用点焊固定在钢筋上。当张拉端采用凹入式作法时， 可用塑料穴模或泡沫塑料、木块等形成凹口。砼浇筑时， 严禁踏压撞碰预应力筋、支撑钢筋及端部预埋件，张拉端 固定端砼必须振实，混凝土强度等级不低于 C30，梁不低 于 C40。 2011.9 2、无粘结预应力筋的张拉

25、及锚固 张拉前清理承压板面，检查承压板后面的砼质量，有 缺陷应先修补处理。张拉时先张拉板，后张拉梁。板中无 粘结筋，可依次张拉，梁中采用对称张拉，长度大于 25m， 两端张拉，大于 60m分段张拉。遇摩阻力大，宜先松动一 次再张拉。 一般混凝土强度达到设计强度的 75时才能进行张拉。 张拉程序采用 0103% con 。 张拉顺序根据设计顺序，先铺设的先张拉， 后铺设的后张 拉。 2011.9 3、端部锚头处理 张拉后，应对锚固区进行保护，必须有严格密封措施， 防止水汽进入腐蚀预应力筋。锚固后，外露多佘预应力 筋用砂轮切割，不得用电孤焊切割。 端部处理有两种 ： 在孔道中注入油脂并加以封闭（如

26、图 5.42（ a）所 示） 。在孔道中注入环氧水泥砂浆，抗压强度不低于 35MPa，对凹入式锚固板，经处理后，用微胀砼或低收 缩防水砂浆封锚。对凸出式锚固板，用外钢筋混凝土围 梁封闭（如图 5.42（ b）所示） 。 2011.9 锚头端部处理方法 1 油枪； 2 锚具； 3 端部孔道； 4 有涂层的无粘结预 应力束； 5 无涂层的端部钢丝； 6 构件； 7 注入孔道 的油脂； 8 混凝土封闭； 9 端部加固螺旋钢筋； 10 环 氧树脂水泥砂浆 2011.9 本章小结 预应力混凝土与普通混凝土比较，除能提高构件的 抗裂强度和刚度外，还具有减轻自重、节约原材料、增 加构件的耐久性、降低造价的优点。 先张法施工工艺可分为张拉预应力筋、浇筑混凝土、 预应力筋放张三个阶段，每个阶段的施工不慎都可能引 起预应力损失，施工过程中必须遵守施工质量验收规范 的规定。 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。