预应力钢棒技术及应用 - 复件(1)

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★对两种材料工程用量进行对比
精轧螺纹钢强度低，所以选用直径较大规格，造成钢材浪费。 而预应力钢棒强度较高，可选用直径较小规格，可节约30%以上的 钢材，其经济效益和社会效益显著。 用量对比见下表 选用锚具 极限拉力(KN) 规格(mm) 重量(Kg/m)
预应力钢棒
精轧螺纹钢
262
262
预应力钢棒
根据材料成型工艺 可分为:①精轧螺纹钢 筋②钢丝、钢绞线③预 应力钢棒。 根据深加工工艺和施 工方法可分为：有粘结、 缓粘结、无粘结及体外 预应力筋。
精轧螺纹钢筋 钢绞线
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1.金属预应力材料特点
特征项 材质 精轧螺纹钢筋 低合金钢 钢绞线 高碳钢 预应力钢棒 中碳合金钢
成型工艺
锚固长度 张拉长度2m 张拉长度5m 张拉长度10m
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4.预应力钢棒螺纹锚具与同类产品安全性分析
• 精轧螺纹钢螺纹螺距大，螺纹 升角大，容易松动（φ32精轧 螺纹钢螺纹升角为9.4度 ）， 而预应力钢棒螺纹锚具螺纹升 角小防松性能高。（螺纹升角 为1.7度）， • 钢绞线夹片锚施工时通过超张 拉解决应力损失大问题，而行 业内对超张拉并没有统一标准， 使得工程存在安全隐患。 • 钢绞线韧性差，延伸率低，造 成产品抗震吸能性差，材料断 口为脆性断口。
预应力材料技术
—预应力钢棒技术及应用 马永存 预应力钢棒事业部
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Contents
目录
预应力技术及材料 /01
金属预应力材料
预应力钢棒技术 预应力钢棒应用
/02
/03 /04
预应力钢棒施工
/05
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一.预应力技术及材料
1.预应力技术的发展概况
1928年法国率先将高强度钢丝用于 于预应力混凝土，并在20世纪40年代 后得到广泛应用与发展。 我国在20世纪50年代开始试验研究 预应力混凝土结构。最初试用于预应 力混凝土轨枕，之后于1956年在陇海 线成功建成跨新沂河的预应力混凝土 铁路梁桥； 1957年京周公路上也修 建了一座跨径为20m的装配式后张预 应力混凝土简支梁桥。
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三.预应力钢棒技术
1.预应力钢棒技术参数
产品执行的标准为GB/T5223.3-2005《预应力混凝土用钢棒》
序号 1 2 3 4 5 检验项目 抗拉强度 屈服强度 断后伸长率 松弛率 疲劳强度 单位 MPa MPa % % 次 标准要求 ≥1420 ≥1280 ≥7.5 ≤1.5 200万
工艺，加工精度高（6H/6g）,螺 纹表面形成压应力，提高锚固性
能。采用螺距为1.5mm高强度螺
母锚固，施工应力一致性强。 缩好，解决了传统PC钢棒延迟断 裂问题。 。
为了解决传统PC钢棒延迟断 裂问题我们采取以下措施： ▲选用性能稳定的中碳合金 钢无扭控冷热轧盘条作为原材料 ▲采用高压穿水冷却工艺， 冷却均匀，内应力小。 ▲回火采取阶梯温控时效措 施，消除内应力效果明显。
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⑶对三种锚具进行施工应力损失比较
根据下面公式 对不同锚具进行应 力损失计算
●弹性模量E：钢绞线取195GPa、预应力钢棒 和精轧螺纹钢取200GPa。 ●张拉应力取σcon=0.75fpk。 fpk取值：钢绞 线1860MPa，钢棒1420MPa,螺纹钢930MPa. ●锚固回缩量取值：钢绞线5mm、钢棒0.1mm、 精轧螺纹钢1.5mm 钢绞线夹片锚 应力损失率 35% 14% 7% 预应力钢棒锚 应力损失率 0.9% 0.4% 0.2% 精轧螺纹钢锚 应力损失率 22% 8.6% 4.3%
φ16
φ18
1.41
2.11
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⑵.预应力钢棒螺纹锚具与钢绞线夹片锚比较
▲钢绞线夹片锚回缩量大，应力损失大；而预应力钢棒螺纹锚具锚固螺 距为1.5mm，其回缩量小，锚固时应力损失小。 ▲钢绞线夹片锚锁紧方式是通过放张，钢绞线应力回缩拉紧，应力损失 量不确定，施工时张拉力参数不准确；而预应力钢棒螺纹锚具是通过高 强度锚固螺母锁紧，锚固应力损失稳定，施工张拉力准确。 在静载试验台上对两种锚具进行锚固回缩量试验 试验结果见下表 序号 1 2 3 平均值 单位 mm mm mm mm 预应力钢棒螺纹锚具 0.085 0.101 0.097 0.094 钢绞线夹片锚 4.204 4.612 4.224 4.347
优点：高强、耐疲劳，质轻、耐 腐蚀、非磁性等。 缺点：延伸率低、抗剪能力差
目前主要用于桥梁加固领域。
优点：高强、低松弛、高延伸。
缺点：耐腐蚀性差 目前大量用于混凝土桥梁建设
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二.金属预应力材料
随着材料和机械工业的发展，使得金 属预应力材料技术、锚固体系及施工工艺 水平得到不断提高，并广泛应用于混凝土 桥梁建设，推动了土木工程的快速发展。 新的材料技术和锚固体系的出现，使得这 一技术和方法的应用前景非常广泛。
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四.预应力钢棒的应用
1.T型简支梁横向联接
在T梁的横隔板处预留穿筋孔 道，铺架时通过孔道用预应力钢棒 联接锁紧后，就可以在桥面进行施 工运输。待横隔板浇筑完成后，进 行张拉锚固。此结构已在铁路T型 简支梁施工中大量应用（晋中南铁 路、中俄同江铁路）。
在公路及市政T梁施工中未 设置横向预应力。因此，我们对 天津、山西、吉林和湖北等省份 建成20年左右T梁桥进行调查， 发现普遍存在湿接缝产生裂纹问 题，严重的裂纹已经延伸到桥面， 造成路面破损。
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张拉设备
张拉使用穿心式千斤顶，通过引伸杆联接预应力钢棒端 头丝扣，施加应力同时旋转锁紧手柄，锁紧锚固螺母。 此结构已设计自动化张拉设备。
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谢谢
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3.斜拉索桥混凝土主塔
在主塔设计中变以往单层布筋 为双层布筋，使得主塔应力分布更 均匀。采用无粘结方式，增加混凝 土振捣空间，提高工程质量。 在武汉四环线汉江特大桥中应用。
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4.桥梁加固工程的应用
●公路T梁解决湿接缝开裂问题的 加固施工。每个横隔板设置上下 两组锚具，每两支预应力钢棒为 一组分别在横隔板两侧，通过锚 板把预应力施加在横隔板两端。 应用在津围线九王庄大桥
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• 预应力钢棒螺纹锚具组件包 括：高强度低松弛预应力钢 棒、支承式螺纹锚具和预埋 件组成。 • 可以采用无粘结及有粘结的 方式，单支或多只组合使用。
预应力钢棒螺纹锚具 • 预应力钢棒螺纹锚具螺纹采用 挤压成型工艺，螺纹公差带采 用6H/6g组合精度，因此其锚固 回缩量在0.1mm，应力损失小。 • 采用高强度螺母锚固，锚固螺 距为1.5mm，施工精度高，张拉 应力及伸长量一致性强。 预应力钢棒螺纹锚具组件
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2.预应力结构原理
预应力结构是在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的
受拉区施加压应力，以改善结构使用性能的结构。
在工程中，采用预应力结构可以提高构件的刚度，推迟裂缝出现的 时间，增加构件的耐久性 。
早期的酒桶、手工锯就是基于这一原理。
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3.预应力材料
预应力材料分为两类：复合材料预应力筋 金属材料预应力筋 ◆复合材料预应力筋 种类：玻璃纤维增强聚合物GFRP) 芳纶纤维增强聚合物AFRP) 碳素纤维增强聚合物CFRP) ◆金属材料预应力筋 种类：精轧螺纹钢筋 钢丝、钢绞线 预应力钢棒
6
尺寸要求
mm
≤0.05
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2.预应力钢棒的特点
特点1：预应力钢棒采用中低碳合金钢， 通过冷拔调质工艺得到金相组织为回 火索氏体。其析出的碳化物呈球状弥 散地分布于基体中，故回火索氏体具 有更好的综合机械性能，其延伸率达 到7%以上，可以做到10%。
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特点2：锚固螺纹采用挤压成型
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五.预应力钢棒的施工
• 采用前端引伸杆张拉，不用预留千斤顶工作长度钢筋， 张拉后不需要割筋。进一步节约钢材，减少施工步骤。 • 采用无粘结施工方案，省去了传统的后张法预应力混凝 土的预埋管道、穿束、压浆等工艺，减少了预应力定位 钢筋数量，简化了施工工艺，缩短了工期。 • 采用无粘结施工方案，没有振捣漏浆的风险；减少了由 于压浆不实，预应力筋应力腐蚀的风险；与混凝土隔绝， 没有氯离子腐蚀的风险。
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3.预应力钢棒与同类材料比较
⑴.预应力钢棒和精轧螺纹钢比较 ★对两种材料进行力学性能对比。
试验结果见下表。 项目 抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率（%） 松弛率（%） 尺寸公差（mm) 使用设备 万能试验机 万能试验机 万能试验机 松弛试验机 外径千分尺 预应力钢棒测定值 1480 1390 9.0 1.01 0.04 精轧螺纹测定值 995 875 6.5 2.11 1.2
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2.锚固性能分析
• 精轧螺纹钢施工控制困难，螺母拧 不到位。（直径32的螺距为16mm） • 尺寸精度大，张拉应力数据不准确， 一致性差。（直径32的基圆公差 1.6mm，螺纹高差0.8mm）
精轧螺纹钢及锚具
• 钢绞线夹片锚是通过钢绞线张拉 放张回缩锁紧，一般单端张拉回 缩量达到5mm。 • 施工时通过超张拉解决应力损失 问题，由于回缩量很难控制造成 应力不准确，一致性差。 • 低回缩锚具虽然解决了应力损失 问题，但预应力筋伸长量不一致， 造成预应力承载力不一致。
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2.连续梁竖向预应力
设计使用无粘结预应力钢棒螺纹锚具。对比以往精轧螺纹钢设计， 不仅大量降低钢材用量（节约37%钢材，经济效益显著），而且从施工 方法及安全性方面都做了全新设计。
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采用无粘结施工可有效改善预应力筋的 防腐状态，省去了预埋管道、穿束、压浆、 割除多余钢筋等工艺，减少了定位管道钢筋 数量，简化了施工工艺，缩短了工期。预应 力钢棒螺纹锚具应力损失小，施工数据准确； 螺纹升角，增加了螺纹的摩擦角度，更有利 于防松。 此结构已在武汉四环线、道瓮高速等项 目中应用
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●箱梁提高承载力腹板加固工程。在箱梁腹板内侧设置竖向预应力 钢棒，锚固端设置在桥面，便于张拉施工。 应用在营口南轩桥
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●此外在箱梁底板裂纹加固、斜拉索桥横梁加 固等工程中均可以采用预应力钢棒螺纹锚具。 通过以上工程的应用，可以看出预应力钢 棒螺纹锚具应用前景广泛。他的应用必将提高 桥梁建设的工程质量，经济和社会效益显著。
微观组织 强度级别 性能特点 锚固方式
热轧控冷
铁素体+珠光体 785～930MPa 强度低、松弛高、 韧性高 特制螺母锚固
冷拔控冷
索氏体 1860MPa 强度高、韧性低、 低松弛 夹片锚固
冷拔热处理
回火索氏体 1420～1570MPa 强度高、韧性高、 低松弛 标准螺纹锚固
• 精轧螺纹钢筋：由于热轧控冷工艺受气温变化和设备影响因素，材料 性能不稳定，外形尺寸公差大。 • 钢绞线：虽然通过稳定化处理，但由于材料含碳量高，经过多道冷拔 后，伴随着强度的提高其塑性性能大大降低。 • 预应力钢棒：通过冷拔调质工艺得到回火索氏体组织，其析出的碳化 物呈球状弥散地分布于基体中，使其具有更好的综合机械性能，