预应力混凝土结构的基本概念及其材料

12.2 预加应力的方法与设备
公路桥梁工程常见预应力钢筋种类 1.高强钢丝 2.钢绞线 3.精轧螺纹钢筋
12.2 预加应力的方法与设备
12.2.2 锚具 1）对锚具的要求 ❖ 无论是先张法所用的临时夹具，还是后张法所用的
永久性工作锚具，都是保证预应力混凝土施工安全、 结构可靠的关键设备。 要求如下： ❖ 受力安全可靠；预应力损失要小；构造简单、紧凑， 制作方便，用钢量少；张拉锚固方便迅速，设备简 单。
和减小锚具垫板的尺寸； ★ 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于
C40，当前常用高强混凝土不低于C50。
2）收缩、徐变的影响及其计算
➢ 混凝土的收缩和徐变，使预应力混凝土构件缩短， 因而将引起预应力钢筋中的预拉应力的下降，通 常称此为预应力损失。
➢ 在预应力混凝土结构的设计、施工中，应尽量减 少混凝土的收缩和徐变，并应尽量准确地确定混 凝土的收缩变形与徐变变形值。
2）锚具的分类 ❖ 锚具的型式繁多，按其传力锚固的受力原理，
可分为： （1）依靠摩阻力锚固的锚具； （2）依靠承压锚固的锚具； （3）依靠粘结力锚固的锚具。
3）目前桥梁结构中几种常用的锚具
（1）依靠摩阻力锚固的锚具
❖ 锥形锚
a)
锚塞 压浆孔
锚圈
锚下垫板 波纹管
预留孔道
b)
锚圈
锚塞
压浆孔
钢丝束
Np 钢丝束
当采用高强粗钢筋作为预应力钢筋时，可采 用螺纹锚具固定。即借粗钢筋两端的螺纹， 在钢筋张拉后直接拧上螺帽进行锚固，钢筋 的回缩力由螺帽经支承垫板承压传递给梁体 而获得预应力
a） 螺帽
锚固板 灌浆排气 波纹套管
b）
圆垫圈 钢垫板图螺旋螺筋丝端杆锚具
锚固螺母 预留孔道
粗钢筋
梁体
钢筋
排气槽
（3）依靠粘结力锚固的锚具（固定端锚具）
❖ 全预应力混凝土结构的缺点？ ❖ 反拱大；预加力过大易产生纵向裂缝。 ❖ 按钢筋张拉的顺序对预应力混凝土结构分类 ❖ 先张法；后张法。 ❖ 先张法和后张法的施工工艺？ ❖ 先张：张拉钢筋、浇筑混凝土、待混凝土结
硬后释放预应力。 ❖ 后张：浇筑混凝土、张拉钢筋、管道灌浆。
❖ 预应力混凝土结构的传力机理？ ❖ 先张：粘结； ❖ 后张：锚具。
扁锚锚具
固定端扁锚锚具 扁锚锚具连接器
❖ 夹片锚固体系的特点是各根钢绞线独立工作， 即使单根锥孔的钢绞线锚固失效，也不会影 响全锚，只需对失效孔的钢绞线进行补拉。
（2）依靠承压锚固的锚具
❖ 镦头锚 ❖ 镦头锚主要用于锚固钢丝束，也可锚固直径在
14mm以下的预应力螺纹钢筋。
锚固钢丝束
❖ 钢筋螺纹锚具
梁体
锥形锚（又称为弗式锚），主要用于钢丝束的锚固。
锥形锚具实际产品
优点：
❖ 钢制锥形锚锚固方便，锚具面积小，便于在 梁体上分散布置。
缺点：
❖ 锚固时钢丝的回缩量较大，一端锚头的回缩 量可达6mm，即引起的预应力损失较大。
❖ 不能重复张拉和接长，钢丝束的设计长度受 到千斤顶行程的限制。
❖ 夹片锚具
➢ 以下介绍收缩、徐变的计算方法。
混凝土徐变变形的特点和计算
1) 影响混凝土徐变值大小的主要因素是荷载应力、持荷时 间、混凝土的品质与加载龄期、以及构件尺寸和工作的 环境等。
2) 混凝土徐变试验的结果表明：当混凝土所承受的持续应 力 存在σc着≤0线.5f性ck关时系，，其在徐此变范应围变内值的εc与徐混变凝变土形应则力称σ为c之线间性，徐 变，如图1-15所示
❖ 锚具设计参数和相应配件尺寸，可参阅各生 产厂家的产品介绍材料选用。
12.2 预Leabharlann Baidu应力的方法与设备(续)
❖ 12.2.3 千斤顶
限位板 工作锚夹片
油缸
工作锚锚板 喇叭管
活塞
工作锚锚板 工作锚夹片 钢绞线
穿心式千斤顶
12.2 预加应力的方法与设备(续)
❖ 12.2.4 预加应力的其它设备
按照施工工艺的要求，预加应力尚需有以下一些设备或配件。 1）制孔器
目前，国内桥梁构件预留孔道所用的制孔器主要有两种：抽拔橡胶管 与螺旋金属波纹管。 2）穿索机
在桥梁悬臂施工和尺寸较大的构件中，一般都采用后穿法穿束。对 于大跨桥梁有的预应力钢筋很长，人工穿束十分吃力，故采用穿索 （束）机。
3）灌孔水泥浆及压浆机
（1）水泥浆
后张法预应力混凝土构件，预应力钢筋张拉锚固 后必须给预留孔道压注水泥浆，以免钢筋锈蚀， 并使预应力钢筋与梁体混凝土结合为一整体。
由式（12-1）可知，只要知道徐变系数t,to ，就可以算出在混
凝土应力 c 作用下的徐变应变值 c 。《公路桥规》建议的徐变系数计
（2）压浆机是孔道灌浆的主要设备。 4）张拉台座
采用先张法生产预应力混凝土构件时，则需 设置用作张拉和临时锚固预应力钢筋的张拉台座。
12.3 预应力混凝土结构的材料
12.3.1 混凝土 1)强度要求——预应力混凝土要求采用高强混凝土 ★可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； ★徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； ★有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置
夹片锚具体系主要作为 锚固钢绞线之用。
1) 中国建筑科学研 究院先后研制出了 XM锚具和QM锚具系 列； 2) 中交公路规划设 计院研制出了YM锚 具系列； 3) 柳州建筑机械总 厂与同济大学合作， 在QM锚具系列的基 础上又研制出了OVM 锚具系列等。
多孔式夹片锚具
固定端夹片锚具
张拉端夹片锚具
张拉端扁锚锚具
即 c e ，或： c e
εc——所计算的徐变值； εe——加载（作用）时的弹性应变（即急变）值；
——徐变应变与弹性应变的比例系数，一般称为徐变系
数（亦称徐变特征值）。
3) 在影响徐变值的众多因素中，时间是更主要的因素。徐 变 减 t图0 ，是小1-1计随，6算所时故所示间一考。延般虑续将时而 其刻增 表的加 示混的 为凝，φ(土但t,t龄又0) 期随。为加即t载加的龄载徐期时变t混系0的凝数增土。大龄如而期
1) 先张法预应力钢筋；
2) 后张法构件中的固定端锚具(分为挤压锚具和压 花锚具)。
活塞缸 机架
钢绞线 模具
d （5～6.5d）
硬钢丝螺旋圈 软钢套圈
图12-8 挤压锚具的生产示意图
130～150mm
图12-9 压花锚具
压花锚具
挤压锚具
❖ 锚具的设计应根据工程具体情况，综合考虑 多种因素进行。
❖ 为改善结构局部受力和方便施工，应尽量避 免使用大吨位锚具。