预应力混凝土工程—先张法

• 影响徐变的因素有：内在因素、环境影响和初始应力。
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混凝土在水中硬化时体积会膨胀，但其值较小，对混凝土 影响不大。
混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土 的收缩。
收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。
当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约 束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混 凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。
计算伸长值10％或小于计算伸长值5％，应暂停张拉，
查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。
按照某一控制张拉应力值张拉好的预应力钢筋的初始张拉应力，由于
张拉工艺和材料特性等原因，会从构件制作到安装使用各个过程
中不断降低。这种预应力降低的现象称为预应力损失。
所谓“松弛”，即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变
预应力混凝土工程
▪ 主要内容：预应力混凝土工程的先张法、后
张法的施工工艺，机具设备和施工方法。电 热张法、无粘结预应力混凝土施工原理、特 点及应用。
▪ 教学目标：了解预应力混凝土的概念，及其
在工程应用中的优点；熟悉先张法、后张法 的施工工艺；了解电热张法、无粘结预应力 混凝土施工原理及应用
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基础知识
最大张拉控制应力允许值
钢种
碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线 热处理钢筋、冷拔低碳钢丝
冷拉钢筋
张拉方法
先张法
后张法
0.80fptk
0.75 fptk
0.75 fptk 0.95 fpyk
0.70fptk 0.90fpyk
注：fpftpky为k为预预应应力力筋筋极屈限服抗强拉度强标度准标值准h。值；
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▪ 张拉程序可按下列之一进行：
采用机组流水法时，构件连同钢模通过固定的机 组，按流水方式完成（张拉、锚固、混凝土浇筑 和养护）每一生产过程；预应力筋放松前，其拉 力由钢模承受。只用在预制厂。
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一、 先张法施工设备
（一） 台座
台座由台面、横梁和承力结构等组成，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， 以免台座变形、倾覆、滑移而引起预应力损失。
形的特性。
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• 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ΔL按下式计算：
L
FpL Ap Es
式中FP—预应力筋平均张拉力，kN；轴线张拉取张
拉端的拉力；两端张拉的曲线筋取张拉端的拉力与跨
中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；
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。
0 1 0 5 % c o n 持 荷 2 m in c o n
或
0103%con
其中σcon为预应力筋的张拉控制应力
如先超张拉5％σcon再持荷几分钟，则可减少大部分 松弛损失。超张拉3％σcon亦是为了弥补松弛引起的
预应力损失。
用应力控制张拉时，为了校核预应力值，在张拉过程
中应测出预应力筋的实际伸长值。如实际伸长值大于
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▪ 预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为
10%σcon时测量，并加初应力以内的推算伸长 值。
▪ 国产2CN-1型钢丝内力测定仪如图所示。
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（二）混凝土的浇筑、养护
▪ 混凝土的收缩是水泥浆在硬化过程中脱水密结和形成
的毛细孔压缩的结果。
▪ 混凝土的徐变是荷载长期作用下混凝土的塑性变形，
因水泥石内凝胶体的存在而产生。
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混凝土的徐变
•
混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长
的现象称为徐变。
•
徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应
力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。
•
徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构
的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度
应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。
特点：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。
这种利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的
钢筋混凝土，叫做预应力混凝土。
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先张法
▪ 先张法(pre-tensioning method)在浇筑混凝土之前，在台
(a) 张拉钢筋；(b) 支模并浇捣混凝土；(c)放松并截断预应力钢筋
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▪ 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、檩条及吊车梁等。
▪ 先张法生产时，可采用台座法和机组流水法。
采用台座法时，预应力筋的张拉、锚固，混凝土 的浇筑、养护及预应力筋放松等均在台座上进行； 预应力筋放松前，其拉力由台座承受。应用较广， 可用于现场。
它们的张拉能力不同，张拉机具的张拉力应不小 于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程 不小于预应力筋伸长值的1.1～1.3倍。 要求：工作可靠、控制力准确，能以稳定的速率增 大张拉。
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电动螺杆张拉机由螺杆、顶杆、张拉夹具、弹簧测力器及电动 机组成。
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• 二、 先张法施工工艺
普通砼构件当裂缝宽度限制在0.2~0.3mm时受拉 钢筋的应力也只能达到150~250MPa,不能充分发挥钢 筋作用。预应力砼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，充分发挥钢筋抗拉强度高和 混凝土抗压能力强的特点，可以提高构件的承载能力。
角水溶性隔离剂，易干燥，污染钢筋易清除。涂刷均 匀不得漏涂，待其干燥后，铺设预应力筋，一端用夹 具锚固在台座横梁的定位承力板上，另一端卡在台座 张拉端的承力板上待张拉。在生产过程中，应防止雨 水或养护水冲刷掉台面隔离剂。
施工中为减少由于松弛等原因造成的预应力损失， 一般要进行超张拉，预应力筋的最大超张拉应力不得 超过下表的规定。
某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也
会引起不利的内力。
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养护：常常采用自然养护或蒸汽养护/湿热养护。
▪ 自然养护不得少于14d。干硬性混凝土浇筑完毕后，
应立即覆盖进行养护。
• 当预应力混凝土采用湿热养护时，要尽量减少由于 温度升高而引起的预应力损失。
• 为了减少温差造成的应力损失，采用湿热养护时， 在混凝土未达到一定强度前，温差不要太大，一般 不超过20°C。
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• （二）夹具
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夹具是预应力筋张拉和临时固定的锚固装置，可
分为锚固夹具和张拉夹具。
• 锚固夹具：用来锚固预应力筋临时固定在台座横梁上 的工具。
锚固夹具
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张拉夹具： 将预应力筋与张拉 机械连接起来，进 行预应力筋张 拉 的工具。
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• （三）张拉机械 主要有：油压千斤顶、卷扬机、电动螺杆张拉机。
座或模板上先张拉预应力钢筋，用夹具临时固定，然 后浇筑混凝土。待混凝土达到规定强度（一般不低于 混凝土设计强度标准值的75％），保证预应力筋与 混凝土有足够的粘结力时，放张或切断预应力筋， 借助于它们之间的粘结力， 在预应力筋弹性回缩时，
使混凝土构件受拉区的 混凝土获得预压应力。
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先张法主要工序示意图
• 张拉预应力筋 应力筋放张
浇筑混凝土、养护 预
台座准备
刷隔离剂
铺放预应力筋
张拉
安侧模扎横向筋
灌筑混凝土
制作试块
养护
堆放
出槽
脱模
放松预应力筋
试块试压
•先张法施工工h 艺流程
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预应力筋下料
预应力铺设
预应力筋固定端锚具挤压
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• （一）预应力筋的铺设、张拉 在铺放钢丝前，应清扫并涂刷隔离剂。一般涂刷皂
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（三）预应力筋的放张
1、放张要求 ：放张时，混凝土应达到设计规定的 放张强度，若设计无规定，则不得低于设计混凝土强 度标准值的75％。
2、放张顺序 ：放张顺序应符合设计要求，如无要 求，应符合下列规定：
① 对承受轴心预压力的构件（如压杆、桩），所 有预应力筋应同时放张。
② 对承受偏心预压力的构件，应先同时放张预应 力较小区域的预应力筋，再同时放张预应力较 大区域的预应力筋。
▪ 为了减少混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失，在
确定混凝土配合比时，应优先选用干缩性小的水泥， 采用低水灰比，控制水泥用量，对骨料采取良好的级 配等技术措施。
浇筑：张拉、绑扎和立模完成之后，应立 即浇筑混凝土，每条生产线应一次浇筑完 毕；浇筑时不应碰撞钢丝，且混凝土未达 到规定的强度前不允许碰撞或踩踏钢丝。
按照构造型式可分为墩式和槽式两类。
（1） 墩式台座 墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。台墩
和台面共同承受拉力。长度100～150m，墩式台
座用以生产各种形式的中小型构件。
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（2）槽式台座
• 组成：由端柱、传力柱、柱垫、横梁和台面组成； • 适用范围：适用于张拉吨位较高的大型构件。如吊
车梁、屋架等；
③ 当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、
相互交错地放张，以防止放张过程中构件产生
弯曲、裂纹及预应力筋断裂现象。
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