第五章 预应力混凝土结构工程

计算简图：
（2） 墩式台座计算要点：
① 稳定性验算：（抗倾覆、抗ห้องสมุดไป่ตู้移的能力） A、抗倾覆验算：
M K1 ' M
M－抗倾覆力矩 M＝G1l1+G2l2 M，－倾覆力矩 M，－Tｅ Ｋ1－抗倾覆系数
B、抗滑移验算：
T K2 P
T－抗滑移能力。 T＝N，＋F Ｆ＝u(G1+G2) 摩擦力 N，－台面抵抗力 P－张拉力合力
② 强度验算： 支承横梁的牛腿，按柱子的牛腿计算配筋；
墩式台座与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算；
台面按轴心受压构件计算； 横梁按承受均布荷载的简支梁计算。
2、槽式台座
用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产。
二）张拉机具和夹具 1、钢丝的夹具和张拉机具 （1）钢丝夹具
① 锚固夹具：锥形、楔形。
（3）预埋波纹管法 －－适宜于曲线孔道 ① 方法：波纹管直接埋设在需留设孔道处，不再抽出。 ② 施工时应注意的问题： • 使用前应作灌水试验，检查有无渗漏； • 连接用大一号波纹管（接长时）； • 固定：用钢筋卡子，并用铁丝绑牢； • 避免反复弯曲。
高架桥预应力混凝土梁拆除场景
二）预应力筋的张拉
第四章 预应力混凝土工程
第一节 概述
一、什么是预应力？
普通钢筋混凝土的抗拉极限应变只有0.0001～0.0015，在正 常使用条件下受拉区混凝土开裂，构件的刚度小、挠度大。 要使混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能达到30Mpa；对允 许出现裂缝的构件，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200 Mpa 左右。为了克服普通钢筋 混凝土过早出现裂缝和钢筋不能充分发挥其作用这一矛盾， 人们创造了对混凝土施加预应力的方法。即在结构或构件受 拉区域，通过对钢筋进行张拉后将钢筋的回弹力施加给混凝 土，使混凝土受到一个预压应力，产生一定的压缩变形。当 该构件受力后，受拉区混凝土的拉伸变形，首先与压缩变形 抵消，然后随着外力的增加，混凝土才逐渐被拉伸，明显推 迟了裂缝出现时间。 预应力混凝土的优点：能提高钢筋混凝 土构件的刚度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高强度钢筋 和高强度等级的混凝土。与普通混凝土相比，在同样条件下 具有截面小、自重轻、质量好、材料省（要节约钢材20％～ 40％），并能扩大预制装配化程度。
1、锚具 （1)JM12型锚具 楔块原理 可锚具多根预应力筋
5
既可作张拉端锚具，又可作固定端锚具。
JM12型锚具构造：
（2）KT－Z型锚具（可锻铸铁锥形锚具）
用于螺纹钢 筋束和钢绞线束。
（3）XM型锚具
可锚固：
钢绞线束 钢丝束
单根预应力筋
多根预应力筋
2、预应力筋制作 （1）制作工序： 开盘－－下料－－编束
② 锚固损失
l4 ④ 混凝土收缩徐变损失 l 5
③ 钢筋应力松弛损失
l1
l2
⑤ 受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起应力损失
l3
各阶段预应力损失值的组合：
混凝土预压前的损失（第一批） 先张法： l1 l 2 后张法：
l1 l 2
l 3 0.5 l 4
4、张拉力计算 （1）全部筋一次张拉：
N con Ap (1 m)
（2）同一构件分批张拉
M－超张拉百分率
设：分两批张拉，则第一批的张拉应力为： 式中：
碳素刻痕钢丝、钢绞线
②超张拉最大应力 冷拉钢筋 其 它
0.75fPUK
0.95fPYK 0.75fPUK
2、张拉程序
（1）超张拉法：
0
0
1.05 con
持荷2分钟
con
1.03 con
（2）一次张拉法
0
con
3、张拉顺序
（1）多根同时张拉； （2）单根张拉。
二）混凝土的浇筑与养护
1、浇筑要求： ① 同一生产线的构件应一次浇筑完毕； ② 构件应避开温度缝； ③ 振捣时不应碰撞钢丝；
L0 L nl0 1
式中：
l －构件的孔道长度。
l2 －螺丝端杆伸出构件外的长度。

l1
－螺丝端杆的长度，一般为320mm。 －预应力筋的冷拉率。 －预应力筋的冷拉弹性回缩率。

n －对焊接头数量。
l0 －每个对焊接头的压缩量。
2〉一端用螺丝端杆，另一端用帮条锚具时
预应力筋的成品长度：
穿心式夹具－自锚；
墩头锚固：d < 12mm 冷墩 d < 22mm 热墩 d > 22mm 加热锻打 ② 张拉夹具：压销式、穿心式。 （2）钢筋张拉机具 油压千斤顶、拉伸机、穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机。
螺丝端杆锚具：
（二）先张法施工工艺
工艺流程图：
一）张拉
1、张拉控制应力和超张拉最大应力 ① 张拉控制应力（规范规定） 冷拉钢筋 冷拔低碳钢丝 0.9fPYK 0.70fPUK
② 张拉夹具：偏心式、钳式、楔形。
③ 墩头锚具： 采用冷墩形成。
（2）张拉机具 ① 要求： 简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。
② 种类：
A、卷扬机张拉：弹簧测力、杠杆测力。 B、电动螺杆张拉机张拉：构造简单，体积小，重量轻， 操作灵活，移动方便。
2、钢筋的夹具和张拉机具
（1）钢筋夹具 ① 锚固夹具：工具式螺杆－螺丝端杆锚具；
3、放张顺序
① 轴心受压构件：同时放张。 ② 偏心构件：先同时放张预应力较小区域内的预应力筋； 再同时放张预应力较大区域内的预应力筋。 ③ 如不能满足上述要求，应分阶段、对称、相互交错进行放
张。
注意：放张时，应拆除侧模。
第三节 后张法施工
1、定义：
制备留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规定强度后，
1、混凝土发展过程： 素混凝土 → 钢筋混凝土 → 预应力混凝土 2、预应力的优点： ① 截面小，重量轻，刚度大； ② 抗裂性、耐久性好； ③ 节约钢材； ④在较大跨度结构中，综合经济效益好。
3、预应力筋的种类 ① 冷拔低碳钢丝，直径：3～5ｍｍ； ② 冷拉钢筋； ③ 碳素钢丝，直径：3～8ｍｍ； ④ 钢绞线，由6根碳素钢丝缠绕而成； ⑤ 热处理钢筋，直径：6～10ｍｍ； ⑥ 精轧螺纹钢筋，直径：25，32ｍｍ。 4、对混凝土的要求
核心问题－－预应力筋的应力控制
1、张拉控制应力和超张拉最大应力
（1）张拉控制应力
预应力钢材品种
碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线 热处理钢筋、冷拔低碳钢丝
先张法
0.75 0.70
后张法
0.70 0.65
f puk f puk
f puk f puk f pyk
冷拉钢筋
0.90
f pyk
0.85
（2）超张拉最大应力 冷拉钢筋（软钢） 钢丝、钢绞线、热处理钢筋（硬钢） 2、预应力损失 ① 孔道摩擦损失 0.95 f pyk 0.75 f puk
一）单根预应力筋的锚具及制作
1、锚具 张拉端：螺丝端杆锚具。
固定端：帮条锚具或墩头锚具。
（1）螺丝端杆锚具 组成：螺丝端杆、螺母、垫板。 （2）帮条锚具 组成：帮条、衬板。
（3）镦头锚具
直接在钢筋端部用热镦、冷镦、锻打成型。 （4）Ⅳ级精轧螺旋钢筋 直径有25和32两种。
2、预应力筋的制作
（1）制作： 包括配料、对焊、冷拉等工序。 （2）下料长度计算 ① 锚具特点：螺丝端杆外露在孔道外的长度为120～150mm， 帮条、镦头视锚具尺寸而定。 ② 对焊接头：每个对焊接头的压缩量约等于钢筋直径。
3、适用范围
现场制作大型构件，避免大型构件运输的麻烦。 4、生产过程
（1）构件生产阶段； （2）预加应力阶段 （包括锚具、预应力筋制作、张拉、灌浆等）
（一）锚具和预应力筋的制作
常见预应力筋类型：① 单根钢筋，直径大于12毫米； ② 钢筋束与钢绞线束； ③ 钢丝束。
对锚具的要求：
① 尺寸准确； ② 不致产生预应力筋的滑移； ③ 有足够刚度和强度。
混凝土强度等级一般不低于C30；
当采用碳素钢丝、钢绞线、V级钢筋（热处理）作预应力时， 混凝土强度等级不宜低于C40。
第二节 先张法
（一）、先张法施工设备
一）台座 组成：台面、横梁、承力结构。 分为：墩式台座、槽式台座、桩式台座等。 1、墩式台座：
以混凝土墩作为承力结构的台座称为墩式台座。
一般用于生产中小型构件。 （1） 墩式台座分类：简易墩式台座； 重力墩式台座； 构架式台座；
③ 钢筋冷拉率：实际测定作为下料依据。
④ 弹性回缩率：冷拉后的回缩值与冷拉完成时的长度的比值， 一般为0.3％左右。
1〉两端用螺丝端杆锚具时
预应力筋的成品长度L1（冷拉后的全长）为：
L1 l 2l2
预应力筋中钢筋冷拉完成后的长度为L0：
L0 L1 2l1
预应力筋中的钢筋冷拉前的下料长度L为：
2、钢丝束的制作 （1）制作程序： 调直－－下料－－编束－－安装锚具 （2）下料长度计算： ① 用钢质锥形锚具锚固的钢丝束，下料长度计算同钢筋束。 ② 用镦头锚具锚固的钢丝束，下料长度与A型、B型锚具以 及一端张拉或两端张拉有关。 ③ 用锥形螺杆锚固的钢丝束，应在非应力状态下料。
（二）后张法施工工艺
（2）下料长度计算（与张拉设备和选用的锚具有关）
三）钢丝束预应力筋的锚具及制作 1、锚具 （1）钢质锥形锚具
适用于6、12、18、24根直径5mm碳素钢丝
（2）钢丝束镦头锚具
用于锚具12～54根直径
5mm碳素钢丝的钢丝束。 （3）锥形螺杆锚具 适用于14、16、20、24、 28根直径5mm的钢筋束。
穿筋并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值，借助锚具把预应 力筋锚固在构件端部，最后，孔道灌浆，这种预加应力的方法称 为后张法。