《土木工程施工》第12次课(第5章 预应力混凝土工程)

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；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。
4
分类：
1、按施加预应力的方式不同分为先张法和后张法； 2、按施加预应力的手段不同分为机械张拉和电热 张拉； 3、按预应力筋与混凝土的粘结状态不同分为有粘
2、放张方法
① 钢丝：数量少，逐根放张；数量多，同时放张。 ② 粗钢筋：数量少，逐根加热熔断；数量多，同时放张。
30
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
ES——预应力筋的弹性模量，kN／mm2。
27
测力计的原理如下图所示， 若在受拉钢丝的某一段L， 设两支点A、B，并在AB段的中点加一横向力(与钢丝垂直）P， 则钢丝将产生挠度f，若钢丝的拉力为N，根据力的平行四边 形定律有：N = PL/4F，令L为定值，又若取f为一常数，即挠 度不变时，则上式中拉力N和P力成正比。
④ 可拼装预制构件（现场拼装）。
34
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）。
35
（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。
36
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。
8
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(概念) 。 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（特点）。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（应用）。
力的混凝土称为预应力混凝土。
1
2
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
9
一、先张法施工设备
先张法施工用机具设备主要是台座、夹具和张拉机具。
（一）台座
组成：台面、横梁、承力结构。 类型：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；
10
第5章 预应力混凝土工程
5.1 预应力混凝土分类
一、预应力的工作原理 预应力混凝土，是在构件在承受荷载之前，预先对
受拉区混凝土施加压力，当构件在荷载作用下产生拉力，
首先必须抵消预先对构件施加的压力，然后随着荷载的 不断增加，混凝土才开始受拉，从而防止和延缓混凝土
裂缝的出现，并限制了裂缝的开展程度。这种施加预应
结和无粘结预应力混凝土；
4、按施加预应力大小的程度分为全预应力和部分 预应力混凝土；
5、按施工方法不同分为预制预应力和现浇预应力
混凝土。
5
二、预应力用钢材 ① 冷拔低碳钢丝，直径：3～5ｍｍ； ② 冷拉钢筋（冷加工钢筋）； 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；
19
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； 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。
20
螺丝端杆锚具：
用。以上两种张拉程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与
锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。 采用第一种张拉程序时，千斤顶回油至稍低于σ 至σ con，以建立准确的预应力值。
25
con，再进油
（2）一次张拉法
0 3、张拉顺序
con
（1）多根同时张拉；
（2）单根张拉。
4. 预应力筋的检验 ①先张法预应力筋张拉后与设计位置的偏差不的大于
7
5.2
先张法施工
先张法施工是在浇筑混凝土之前，先张拉钢筋或钢丝，
用夹具临时将其固定在台座或钢模上，然后再支撑模板（主
要是侧模和断模），并安装非预应力钢筋，接着浇筑混凝土 并养护，待构件混凝土达到设计强度70%以后，保证钢筋
（钢丝）与混凝土之间有足够粘结力时，放松钢筋（钢丝），
钢筋（钢丝）弹性回缩，对混凝土构件产生预压应力。 显然，先张法生产的构件，其预应力的获得是通过混凝 土与钢筋之间很好的粘结力。如下页图所示。
进行放张。
注意：放张时，应拆除侧模。
31
张拉预应力钢筋时的注意事项：
32
5.3 后张法施工
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（概 念）。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（特点）。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（应用）。
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。
3
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
38
高架桥预应力混凝土梁拆除场景
39
40
41
42
演示结束
敬请提出宝贵意见！
谢
谢！
43
16
（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、圆锥三槽式和楔形夹具。
17
② 张拉夹具：偏心式、钳式、楔形。
镦头锚具
帮条锚具
18
（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 超张拉最大应力
冷拉钢筋 其 它 0.95fPYK 0.75fPUK
24
2、张拉程序 （1）超张拉法：
0 1.05 con 持荷2分钟
con
0
1.03 con
第一种张拉程序中，超张拉5％并持荷2min，其目的是为了
在高应力状态下加速预应力松弛早期发展，以减少应力松弛引起
的预应力损失。第二种张拉程序中，超张拉3％，其目的是为了 弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般多被采
21
二
先张法施工工艺
工艺流程图：
22
Hale Waihona Puke 23（一） 张拉预应力筋（丝）
预应力筋的张拉应力值超过规范规定的控制应力值，称
为超张拉。目的主要是为了减少松弛引起的应力损失值。 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 碳素刻痕钢丝、钢绞线 0.95fPYK 0.75fPUK 0.80fPUK
（4）Ⅳ级精轧螺旋钢筋：直径有25和32两种。
37
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 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。
计算简图：
11
（2） 墩式台座计算要点：
① 稳定性验算：（抗倾覆、抗滑移的能力） A、抗倾覆验算：
M1 GL E p e2 K 1.5 M Ne1
M－倾覆力矩，由预应力 筋的张拉力产生； M1－倾覆力矩，由台座自 重和土压力等产生；
Ｋ－抗倾覆安全系数。
12
13
B、抗滑移验算：
N 1.3 K －抗滑移安全系数； c N1 N1－抗滑移的力，对独立的传力墩，
28
（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；
④ 叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa，方可浇筑上
层构件； ⑤ 混凝土的水灰比应严格控制，振捣应密实。 2、养护： ① 自然养护；
② 蒸汽养护。
29
（三）预应力筋放张 1、放张要求 ① 混凝土强度应达到设计值70％后方可放张； ② 放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，避免过大的冲 击与偏心。同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小； ③ 保证预应力筋与混凝土之间的粘结。
⑥ 精轧螺纹钢筋，直径：25，32ｍｍ。 三、预应力对混凝土的要求 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 力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。