预应力混凝土结构施工

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学习单元４.１预应力混凝土结构施工图识读
• ３．无粘结预应力法 • 无粘结预应力混凝土是一项后张法新工艺。其工艺原理是利用无粘结
筋与周围混凝土不粘结的特性，把预先组装好的无粘结预应力筋（简称无粘结筋）在浇筑混凝土之前与非预应力筋一起按设计要求铺放在模板内，然后浇筑混凝土。待混凝土达到７０％强度后，利用无粘结预应力筋在结构内可作纵向滑动的特性，进行张拉锚固，借助两端锚具，达到对结构产生预应力的效果。 • 4.甲具与锚具 • 夹具和锚具是制作预应力混凝土构件时锚固预应力钢筋必不可少的工具，构件制作后能够取下重复使用的称为夹具；留在构件上不再取下而作为构件一部分的称为锚具。
• 则摩擦损失σl２为：
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本低和能多次周转使用。钢质锥形夹具主要用来锚固直径为３５ｍｍ的单根钢丝夹具。如图４-７所示。 • ｂ．墩头夹具。墩头夹具适用于预应力钢丝固定端的锚固，如图４８所示。 • ｃ．张拉夹具是将预应力筋与张拉机械连接起来进行预应力张拉的工具。常用的张拉夹具有月牙夹具、偏心式夹具和楔形夹具等，如图４-９所示。
凝土和叠合预应力混凝土等。 • （３）按预应力度的大小可分为：全预应力混凝土和部分预应力混凝
土。
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• （４）按预应力筋粘结状态又可分为：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。
• 在建筑工程中，预应力混凝土结构体系主要有部分预应力混凝土现浇框架结构体系和无粘结预应力混凝土现浇楼板结构体系。在特种构筑物中，预应力混凝土结构也用于电视塔、安全壳、筒仓、储液池等。此外，预应力技术在房屋加固与改造中也得到推广应用。
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• 钢绞线。钢绞线是由多根高强钢丝捻制在一起经过低温回火处理清除内应力后而制成，分为３股和７股三种。
• 预应力精轧螺纹钢筋。用作预应力筋的螺纹钢筋为大直径精轧螺纹钢，其直径有１８ｍｍ、２５ｍｍ、３２ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ五种。
• 三、预应力的施加方法 • １．先张法 • 先张法是在浇筑混凝土构件之前，张拉预应力筋，并将其临时锚固在
台座上或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度（一般不低于混凝土强度标准值的７５％），保证预应力筋与混凝土之间有足够的黏结力时，放松预应力筋。
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• 当预应力筋弹性回缩时，借助于混凝土与预应力筋之间的黏结力，使混凝土产生预压应力。图４-５为先张法混凝土构件工作示意图。
• 四、张拉控制应力和预应力损失 • １．张拉控制应力 • 在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所
控制的总张拉力犖ｐ，ｃｏｎ除以预应力筋面积Aｐ得到的应力称为张拉控制应力σｃｏｎ。即
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• 张拉控制应力是预应力筋在构件受荷以前所经受的最大应力。张拉控制应力σｃｏｎ取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。但σｃｏｎ取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。因此，张拉控制应力σｃｏｎ应符合表４１的规定。
• ３．预应力混凝土结构的基本原理 • 所谓预应力混凝土结构，是在结构构件受力荷载作用前，先人为对预
应力混凝土结构施加压力，由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。
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• ｂ．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型和镦头锚具等。
• ｃ．钢丝束锚具。目前国内常用的钢丝束锚具有钢质锥形锚具、锥形螺杆锚具、钢丝束镦头锚具、ＸＭ型锚具和ＱＭ型锚具。
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• （２）摩擦损失σl２。摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象，见图４-１１所示。
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• 图中θ为张拉端与计算截面曲线孔道各部分切线的夹角之和（ｒａｄ），设该夹角很小，可近似取张拉端到计算截面的距离x＝xθ，狉为圆弧形曲线预应力筋的曲率半径（ｍ）。
• 目前先张法大多用于生产中小型预应力构件，如屋面板、楼板、小梁、檩条等。
• ２．后张力 • 后张法是先制作构件或先浇筑结构混凝土，并在预应力筋的部位预先
留出孔道，待混凝土达到设计规定的强度等级以后，在预留孔道内穿入预应力筋，并按设计要求的张拉控制应力进行张拉，利用锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后进行孔道灌浆。张拉后的钢筋通过锚具传递预应力，使构件或结构混凝土得到预压。图４-６为后张法混凝土构件工作示意图。
• 消除应力钢丝。消除应力钢丝指经过冷拔的钢丝，在冷拔过程中其内部会产生很大的内应力，有一部分会残留下来，称残余应力。它对钢丝的使用性能有较大影响，一般要经过经过经中温回火消除应力，并稳定化处理的光面钢丝和带螺旋肋钢丝。直径有：５ｍｍ、７ｍｍ、９ｍｍ。强度为１４７０１８６０ＭＰａ。
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性能等，若不允许构件开裂，则需加大构件截面尺寸，进而结构自重加大。不允许开裂的构件，钢筋的应力仅能达到２０３０ＭＰａ，即便允许构件开裂，当裂缝宽度为０．２０．３ｍｍ时，钢筋的拉应力也仅能达到１５０２５０ＭＰａ，难以利用高强度的钢筋材料。提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用亦不大。
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• 锚具的种类。锚具是张拉预应力筋和永久固定在预应力混凝土构件上传递预应力的工具，因此要求其工作可靠，构造简单，施工方便，预应力损失小，成本低。按锚具的锚固性能不同，锚具
• 可分为两类： • 类：适用于承受动载、静载的预应力混凝土结构； • 类：仅用于有粘结预应力混凝土结构，且锚具只能处于预应力筋应力
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• 要使钢筋混凝土结构得到进一步发展，就必须克服混凝土抗拉强度低这一缺点，于是人们在长期的生产实践中，创造出了预应力混凝土结构。
• ２．预应力混凝土结构的分类 • （１）按预加应力的方法不同可分为：先张法预应力混凝土和后张法
预应力混凝土。 • （２）按施工方式的不同可分为：预制预应力混凝土、现浇预应力混
• （ａ）螺栓端杆锚具。螺栓端杆锚具由螺栓端杆、垫板和螺母组成，适用于锚固直径不大于３６ｍｍ的热处理钢筋，如图４-１０（ａ）所示。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。
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• （ｂ）帮条锚具。帮条锚具由一块方形衬板与三根帮条组成［图４１０（ｂ）］，衬板采用普通低碳钢板，帮条采用与预应力筋同类型的钢筋。帮条安装时，三根帮条与衬板相接触的截面应在一个垂直平面上，以免受力时产生扭曲。帮条锚具一般用在单根粗钢筋作预应力筋的固定湍。
• 下面以简支梁为例，进一步说明预应力混凝土结构的基本概念。 • 设有一矩形截面简支梁，计算跨度为L，截面为b×h，承受均布荷载
狇（含自重在内），如图４-４所示。 • （１）由于预加应力σｐｃ较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现
开裂，即Biblioteka Baidu
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变化不大的部位。
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• ａ．单根粗钢筋锚具。单根预应力钢筋根据构件的长度和张拉工艺要求，可以在一端或两端张拉，锚具与预应力筋的配套使用基本有两种情况：即两端张拉时，在两端头均使用螺丝端杆锚具；一端张拉时，张拉端使用螺栓端杆锚具，另一端使用帮条锚具或镦头锚具。
构件跨度、使用情况（如有无振动荷载）以及钢筋种类等因素。 • ２．预应力筋 • （１）对钢筋要求强度高，具有一定的塑性和良好的加工性能，与混
凝土之间有较好的黏结强度。在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后预应力筋仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。
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• 后张法构件预应力曲线钢筋或折线钢筋由于锚具变形和预应力钢筋内缩引起的预应力损失值σl1应根据预应力曲线钢筋或折线钢筋与孔道壁之间反向摩擦影响长度lｆ t围内的预应力钢筋变形值等于锚具变形和钢筋内缩值的条件确定反向摩擦系数可按表４-３中的数值采用。
• （２）受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度fｔｋ，一般不会出现开裂，即
• （３）受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Nｐ＝０）的开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。即
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• 二、预应力混凝土材料 • １．混凝土 • 选择混凝土强度等级时，应综合考虑施工方法（先张法或后张法）、
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• （２）预应力钢筋的种类。预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。
• 中强度预应力钢丝。中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。钢丝直径为５ｍｍ、７ｍｍ、９ｍｍ。钢丝表面可采用光面，也可制成螺旋肋。中强钢丝的强度为８００１２７０ＭＰａ。
• 在下列情况下，［σｃｏｎ］可提高０．０５fｃｏｎ： • （１）要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设
置的预应力钢筋。 • （２）要求部分抵消由于压力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力
钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。
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预应力损失。 • 构造简单，易加工制作，施工方便。 • 节约钢材，造价低。
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• （２）夹具和锚具的种类。 • 夹具是预应力筋张拉和临时固定的锚固装置，用在先张法施工中。按
其用途不同可分为锚固夹具、墩头夹具和张拉夹具。 • ａ．锚固夹具一般都可以重复使用，要求工作可靠，加工方便、成
学习情境４预应力混凝土结构施工
• 学习单元４．１预应力混凝土结构施工图识读
• 学习单元４．２预应力混凝土结构施工
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• ４.１.３知识链接 • 一、预应力混凝土结构的基本概念 • １．预应力混凝土结构的基本概念 • 若混凝土构件在使用荷载下带裂缝工作，将影响结构耐久性能、疲劳
• 2.预应力损失 • 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预
应力筋中应力会从σｃｏｎ逐步减少，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。 • 由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果，因此预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响。 • （１）锚固损失σl１。预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力损失记为σl１。对于直线预应力筋
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学习单元４.１预应力混凝土结构施工图识读
• 夹具和锚具之所以能夹住和锚住钢筋，主要是依靠摩阻、握裹和承压锚固。为此，必须了解夹具和锚具的要求及特点。
• （１）对夹具和锚具的要求。 • 性能可靠安全。要求夹具和锚具本身具有足够的强度和刚度，且工作
时又不能损伤钢筋。 • 滑移、变形小。要求预应力钢筋在锚具内尽可能不产生滑移，以减少