建筑施工技术——预应力混凝土工程

第五章预应力混凝土工程能力目标：Ø（1）能根据施工图纸和施工实际条件，选择和制定常规预应力钢筋混凝土工程合理的施工方案；Ø（2）能根据施工图纸和施工实际条件，查找资料和完成预应力钢筋混凝土施工中遇到的一些必要计算；Ø（3）能根据施工图纸和施工实际条件编写一般建筑预应力钢筋混凝土工程施工技术交底；Ø（4）能根据建筑工程质量验收方法及验收规范进行常规预应力钢筋混凝土工程的质量检验。

知识目标：Ø（1）掌握一般建筑预应力钢筋混凝土工程的常规施工工艺、施工方法及包含的原理；Ø（2）掌握工程施工中遇到的一些必要计算方法；Ø（3）熟悉预应力钢筋混凝土工程施工中容易出现的常见质量、安全问题及质量、安全验收规范；（4）熟悉预应力钢筋混凝土施工顺序及预应力钢筋混凝土所需配备的设施和设备。

1．1概述预应力砼结构（构件）：在结构（构件）使用前预先预先施加应力，推迟了裂缝的出现或限制裂缝的开展，提高了结构（构件）的刚度。

预应力砼的分类按施工方法——先张法，后张法；按钢筋张拉方式——机械张拉，电热张拉与自应力张拉；一、预应力混凝土简介预应力混凝土是最近几十年发展起来的一项新技术，现在世界各国都在普遍地应用，其推广使用的范围和数量，已成为衡量一个国家建筑技术水平的重要标志之一。

目前，预应力混凝土不仅较广泛地应用于工业与民用建筑的屋架，吊车梁、空心楼板、大型屋面板、等，交通运输方面的桥梁。

轨枕，以及电杆、桩等方面，而且已应用到矿井支架、海港码头、和造船等方面，如60m拱形屋架、12rn跨度200t吊车梁，5000t水压机架，大跨度薄壳结构、144m悬臂拼装公路桥和11万吨容量的煤气罐等都已应用成功。

淮北市火车站立交桥桥面横梁就是采用预应力的。

为什么说预应力混凝土结构衡量一个国家建筑技术水平的重要标志之一？它有哪些优点？由于普通混凝土构件抗裂性能差，它的抗拉极限应变值ε只有0.0001~0.00015，即相当于每米只能拉长0.1~0.15mm，超过这个数值就会开裂，因此，钢筋混凝土受拉构件，如果要保证混凝土不开裂，钢筋的应力只能用到20~30N/mm 2 [fy = E ε = 2×105 ×(0.0001~0.00015) = 20~30N／mm 2 ]。

因而，对于在使用中不允许开裂的构件，设计时不得不把受拉区混凝土的截面增大，从而增加了结构的自重；对于允许出现裂缝的构件，由于受裂缝宽度的限制，在使用荷载下，钢筋应力也只能用到150~250N/mm2，从而限制了钢筋混凝土构件中采用高强钢材来节约钢材的可能性。

普通混凝土受拉区容易出现开裂的缺点，同使用要求之间的矛盾和高强钢材不断发展与普通混凝土构件中不能充分发挥其高强性能的矛盾，促使人们在设计理论与施工工艺方面的研究有了新的突破——提出了预应力混凝土的理论和实践，由于矛盾的主要方面是混凝土的极限抗拉应变太小（容易开裂），为了解决这一矛盾，在混凝土构件受拉区先施加预压应力，当构件在荷载作用下，产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后，随着荷载的不断增加，混凝土才受拉开裂，从而推迟裂缝的出现时间和限制裂缝的发展，达到提高构件抗裂度和刚度的目的，同时，能有效地采用高强钢材，大大节约钢材。

预应力混凝土构件与普通混凝土构件相比，除能提高构件的抗裂度和刚度外，还具有能增加构件的耐久性，节约材料，减少自重等优点。

但是在制作预应力混凝土构件时，增加了张拉工作，相应增添了张拉机具和锚固装置，制作工艺也较复杂。

二、预应力混凝土的分类1、先张法先张法是先张拉预应力筋，后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。

这种方法需要专用的生产台座和夹具，以便张拉和临时锚固预应力筋，待混凝土达到设计强度后，放松预应力筋。

先张法适用于预制厂生产中小型预应力混凝土构件。

预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的。

2、后张法后张法是先浇筑混凝土后张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法。

这种方法需要预留孔道和专用的锚具，张拉锚固的预应力筋要求进行孔道灌浆。

后张法适用于施工现场生产大型预应力混凝土构件与结构。

预应力是通过锚具传递给混凝土的。

3、有粘结所谓有粘结预应力混凝土是指预应力筋沿全长均与周围混凝土相粘结。

先张法的预应力筋直接浇筑在混凝土内，预应力筋和混凝土是有粘结的；后张法的预应力筋通过孔道灌浆与混凝土形成粘结力，这种方法生产的预应力混凝土也是有粘结的。

4、无粘结无粘结预应力混凝土的预应力筋沿全长与周围混凝土能发生相对滑动，为防止预应力筋腐蚀和与周围混凝土粘结，采用涂油脂和缠绕塑料薄膜等措施。

[思考题]1、什么叫有粘结预应力混凝土？2、什么叫无粘结预应力混凝土？2先张法先张拉预应力钢筋，并固定在台座或钢模上—>砼达到一定强度，砼与预应力筋具有一定的粘结力—>放松预应力筋—>受拉区承受预压应力，受压区承受预拉应力。

先张法（台座）生产示意图1) 台座作用：预应力筋的支撑结构；要求：强度，刚度和稳定性；分类：墩式台座，槽式台座；作用：张拉、临时固定；分类：张拉夹具（将预应力筋与张拉机械连接起来进行张拉的媒介）、锚固夹具；3) 张拉设备要求：工作可靠，控制应力准确，速率稳定；常用设备：油压千斤顶、卷扬机等；4) 先张法施工工艺5) 预应力筋的铺设、张拉6) 砼浇筑与养护Ø减少砼的收缩和徐变（减少预应力损失）：低水灰比、控制水泥用量、良好的级配、振捣密实；Ø振动器不得碰撞预应力钢筋；Ø砼未达到一定强度前，不允许碰撞和踩动预应力筋；Ø预应力砼可采用自然养护、湿热养护（温度变化引起的预应力损失）；7) 预应力筋的放张Ø放张预应力筋时，砼应达到设计要求的强度：Ø对轴心受预压构件（如压杆、桩等）所有预应力筋应同时放张；Ø对偏心受预压构件（如梁等）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；Ø对称、相互交错的放张，防止构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象；3后张法1) 概述Ø步骤：制作构件并预留孔道—>砼强度达到设计规定—>孔道内穿入预应力筋并张拉—>孔道灌浆（见教材）；Ø原理：预应力筋的张拉力主要靠构件端部的锚具传递给砼；Ø特点：不需台座设备，灵活性大，广泛用于施工现场大型预制预应力砼构件；Ø分类：有粘结预应力施工，无粘结预应力施工；2) 锚具及张拉设备Ø作用：张拉和永久固定；Ø分类；3) 锚具的种类(1) 单根粗钢筋锚具Ø螺栓端杆锚具：由螺栓端杆、垫板和螺母组成，螺栓端杆锚具与预应力筋对焊，用张拉设备张拉螺栓端杆，然后用螺母锚固；Ø帮条锚具：帮条锚具由一块方形衬板与三根帮条组成；帮条锚具一般用在单根粗钢筋作预应力筋的固定端；(2) 钢筋束、钢绞线束锚具：钢筋束和钢绞线束目前使用的锚具有JM型、KT—Z型、XM型、QM型号和镦头锚具等（见教材P214）；(3) 钢丝束锚具：日前国内常用的有钢质锥形锚具、锥形螺杆锚具、钢丝束镦头锚具、XM型锚具和QM型锚具；4) 张拉设备（见教材P216）(1) 拉杆式千斤顶（YL型）：主要用于张拉带有螺丝端杆锚具的粗钢筋，锥形螺杆，锚具钢丝束及镦头锚具钢丝束。

张拉预应力筋时，首先使连接器与预应力筋的螺丝端杆连接，并使顶杆支承在构件端部的预埋钢板上，当高压油泵将油液从主缸油嘴进入主缸时，推动主缸活塞向左移动，带动拉杆和连接在拉杆末端的螺丝端杆，预应力筋即被拉伸，当达到张拉力后，拧紧预应力筋端部的螺母，使预应力筋锚固在构件端部，锚固完毕后，改用副油嘴使进油回到油泵中。

(2) 锥锚式千斤顶（YZ型）：主要用于张拉KT－Z型锚具锚固的钢筋束或钢绞线束和使用锥形锚具的预应力钢丝束。

张拉预应力筋时，主缸进油，主缸被压移，使固定在其上的钢筋被张拉，钢筋张拉后，改由副缸进油，随即由副活塞将锚塞顶入锚圈中。

主、副缸的回油则是借助设置在主缸和副缸中弹簧作用来进行的。

(3) 心式千斤顶（YC型）5) 预应力钢筋的制作(1) 单根预应力筋Ø一般用热处理钢筋，其制作包括配料、对焊、冷拉等工序。

Ø配料时根据钢筋的品种测定冷拉率，应尽可能把冷拉率相近的钢筋对焊在一起进行冷拉；Ø钢筋对焊接长在钢筋冷前进行；Ø钢筋的下料长度由计算确定见（教材P218）；(2) 钢筋束（钢绞线束）Ø由直径10mm的热处理钢筋编束而成，钢绞线束由直径为12mm或15mm的钢绞线束编束而成；Ø预应力筋的制作一般包括开盘冷拉、下料和编束等工序；Ø钢绞线下料前应在切割口两侧各50mm处用铁丝绑扎，切割后对切割口应立即焊牢，以免松散；Ø保证构件孔道穿入筋和张拉时不发生扭结，应对预应力筋进行编束；Ø钢丝束制作：一般需经高调直、下料、编束和安装锚具等工序；6) 后张法施工工艺7)后张法施工工艺流程图关键工艺：孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆；(1) 孔道留设方法：钢管抽芯法、胶管抽芯法、预埋管法；孔道形状：直线、光滑曲线和折线；要求：孔道的尺寸与位置应正确，孔道要平顺，端部的预埋钢板应垂直于孔中心线；Ø钢管抽芯法——在砼浇筑和养护过程中，每隔一定时间要转动钢管，防止砼与钢管粘结，在砼初凝后、终凝前抽出钢管；Ø胶管抽芯法——胶管一般有五层或七层夹布管和专用的钢丝网橡皮管两种，前者必须在管内充气或充水后才能使用，后者质硬，且有一定弹性，预留孔道时与钢管一样使用；Ø钢筋井字架固定胶管，与钢筋骨架绑扎牢－>充水（或充气）－>砼初凝－>放出压缩空气（压力水），胶管并与砼脱离－>抽出胶管形成孔道；Ø预埋管法——利用与孔道直径相同的金属波纹管埋在构件中，无需抽出；省去抽管工序，形状易保证金属波纹管重量轻、刚度好、弯折方便且与砼粘结好，在1kN径向力作用下不变形，使用前应作灌水试验，检查有无渗漏现象；(2) 预应力筋张拉Ø张拉预应力筋时，砼强度应符合设计要求；Ø张拉控制应力张拉控制应力越高，构件抗裂性越好；如果构件出现裂缝荷载与破坏荷载很接近，往往构件破坏前没有明显预兆；控制应力过高，导致砼的徐变应力损失增加；Ø张拉顺序构件不产生扭转、侧弯、过大偏心力—>一般对称张拉;分批、分阶段对称张拉；Ø张拉端的设置减少因摩擦引起的预应力损失，曲线预应力筋和长度大于24m的直线预应力筋，应在两端张拉；对长度等于或小于24m的直线预应力筋，可在一端张拉；当同一截面中有多根一端张拉的预应力筋时，张拉端宜分别设在构件的两端，以免构件受力不均匀；(3) 孔道灌浆Ø目的：防止钢筋锈蚀，增加整体性、耐久性，提高结构抗裂性、承载力；Ø要求：水泥浆有足够强度，粘结力，好的流动性，较小的干缩性；Ø在灌浆过程中不断搅拌，防止沉淀析水；Ø灌浆前用压力水冲洗和温润孔道；4无粘结预应力砼施工定义：预应力筋与砼无粘结力，预应力筋张拉力完全靠构件两端的锚具传递给构件；做法：预应力筋表面刷涂料并包塑料布（管）后－>将其铺设在支好的构件模板内—>浇筑砼－>待砼达到规定强度后进行张拉锚固；1) 无粘结预应力筋制作(1) 无粘结预应力筋的组成及要求Ø无粘结预应力筋主要有预应力钢材、涂料层、外包层和锚具组成(见教材P225)；Ø钢丝和钢绞线不得有死弯，有死弯时必须切断；Ø每根钢丝必须通长，严禁有接点；Ø预应力筋下料时，宜采用砂轮锯或切断机切断，不得采用电弧切割；Ø涂料层的作用是使预应力筋与砼隔离，涂料层应不透水、不吸湿、润滑性好；Ø外包层应抗破性强、韧性好、防水性好、对周围材料无侵蚀作用；(2) 锚具无粘结预应力构件中，预应力筋的张拉力主要是靠锚具传递给砼的，故无粘结预应力筋的锚具不仅受力比有粘结预应力的锚具大；(3) 成型工艺（见教材226）2) 无粘结预应力施工(1) 预应力筋的铺设Ø铺设前应检查外包层完好程度，轻微破损者用塑料带包好，破损严重者应予以报废；Ø双向预应力筋铺设时，先铺设下面预应力筋，再铺设上面的预应力筋相互穿插；Ø无粘结预应力筋应严格按设计要求的曲线形状就位固定；(2) 预应力筋的张拉Ø砼强度应符合设计要求；Ø适当超张拉以减少无粘结预庆力筋的松弛损失；Ø先铺设的先张拉，后铺设的后张拉；Ø长度小于25m时，宜采用一端张拉，长度大于25m时，宜采用两端张拉，长度超过50m时，宜采取分段张拉；Ø预应力筋张拉长值应按设计要求进行控制；Ø预应力筋端部处理（预应力筋端部处理取决于无粘结筋和锚具种类）Ø位置通常在砼的端面缩进一定的距离，前面做成一个凹槽，待张拉锚固后，将外伸在锚具外的钢绞线切割到规定的长度，即要求露出夹片锚具外长度不小于30mm，然后在槽内壁涂以环氧树脂类粘结剂，以加强新老材料间的粘结，再用后浇膨胀砼或低收缩防水砂浆或环氧砂浆密封。