《土木工程施工》课件第5章预应力溷凝土.ppt

第五章 预应力混凝土工程,第一节 预应力混凝土的基本知识一、预应力混凝土的概念：1、预应力混凝土：在构件使用前，对结构构件受拉区的钢筋在弹性范围之内的拉伸，利用钢筋的弹性回缩，对受拉区的混凝土预先施加预压应力，以提高构件的刚度、抗裂性和耐久性。,2、预应力混凝土的分类：（1）按混凝土施工方法不同可分为：预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土等。（2）按施加预应力的方式不同可分为：先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土。（3）按预应力度大小可分为：全预应力混凝土和部分预应力混凝土。,二、预应力混凝土的材料 1、混凝土材料（1）强度要求：一般不低于C30；当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力筋时，混凝土的强度等级不低于C40。（2）混凝土的配置：应尽可能采用高标号水（宜用硅酸盐水泥），减少水泥用量，降低水灰比（控制在0.5以下），选用优质坚硬的骨料。,2、钢筋（1）、强度高。预应力钢筋必须采用高强度钢材，以减少预应力构件在长期使用过程中，由于混凝土的收缩徐变等原因，而的造成预应力损失。（2）、要有较好的焊接性能和塑性。（3）、预应力筋的种类：单根粗钢筋，钢筋索，钢绞线索、钢丝索等。（4）、预应力筋的冷加工：冷拉和冷拔,三、预加应力的方法：,1、先张法先张拉钢筋，后浇注混凝土。2、后张法先浇注混凝土，预留孔道，后张 拉钢筋 还有电热法，无粘结预应力。,四、预应力张拉控制应力（con):,注：fptk预应力筋极限抗拉强度标准值（N/mm2）fpyk预应力筋屈服强度标准值（N/mm2）,五、预应力损失的概念：,预应力总损失值小于下列数值时，则按下列数值取用：先张法：100 N/mm2 后张法：80 N/mm21、锚具变形和钢筋内缩损失：l1(先、后张法均有）式中：张拉锚具变形和钢筋内缩值；长线台座先张法：=5 mm 后张法螺丝端杆锚具（一条缝隙）=5 mm l 张拉端至固定端之间的距离。ES 钢筋弹性模量。,2、孔道摩擦损失：l2(后张法有）当 0.2时：式中：从张拉端至计算截面的距离 从张拉端至计算截面曲线孔道倾角。摩擦系数,3、温度应力损失：l3 长线台座生产时，采用蒸汽养护时存在。4、钢筋应力松弛损失：l4(先、后张法均有）5、混凝土收缩徐变应力损失：l5(先、后张法均有）预应力损失的组合,六、先、后张法构件设计施工对比：,1、先张法构件需要台座，故在预制厂生产中小型构件。后张法不需要台座，故在现场生产大型构件。2、设计中：先张法采用：换算截面A0 后张法采用：净面积Aj3、预应力损失不同。4、预应力传递不同：先张法是依靠混凝土和钢筋之间的粘结力来传递。后张法是通过锚具来传递预应力。5、预应力筋张拉控制应力不同：先张法con后张法con，但最终效果一致。,第二节 先张法施工,一、施工工艺,台座准备,刷隔离剂,铺放预应力筋,张拉并锚固,安侧模扎横向构造筋,浇混凝土,养护,放张,脱模、堆放,二、台座：1、墩式台座：2、槽式台座：,三、预应力筋的张拉：（一）张拉设备：1、张拉机具：还有卷扬机。,2、夹具：,（二）张拉制度：1、超张拉制度：0 105%con con 2、一次张拉制度：0 103%con,持荷2分钟,四、预应力筋的放张：1、放张的要求：放张预应力筋放张时，混凝土强度必须符合设计要求，如无设计要求时，混凝土强度不低于设计强度标准值的75%。2、放张的方法：钢丝采用剪切、锯割或氧乙炔焰溶断。粗钢筋可采用溶断或穿心式砂箱放张。当放张多根预应力筋时，应同时放张。,千斤顶放张1-千斤顶 2-横梁 3-承力支架 4-夹具 5-预应力钢筋或钢丝 6-构件,用千斤顶拉动单根钢筋，松开螺母，见图。放张时由于混凝土与预应力筋已连成整体，松开螺母所需的间隔只能是最前端构件外露钢筋的伸长，因此，所施加的应力往往超过控制应力约10%，比较费力。采用此法放张时，应拟定合理的放张顺序并控制每一循环的放张吨位，以免构件在放张过程中受力不均，并使先放张的钢筋引起后放张的钢筋内力增大而造成最后几根拉不动或拉断。,砂箱放张1-活塞 2-钢套箱 3-进砂口 4-钢套箱底板 5-出砂口 6-砂,砂箱装置由钢制的套箱和活塞组成，见图。内装石英砂或铁砂，装砂量宜为砂箱长度的1/32/5。砂箱放置在台座与横梁之间，预应力筋张拉时。箱内砂被压实，承受横梁的反力。预应力筋放张时，将出砂口打开，砂慢慢流出，从而使整批预应力筋徐徐放张。采用砂箱放张，能控制放张速度，工作可靠，施工方便，可用于张拉力大于1000kN的情况。,楔块放张1-台座 2-横梁 3、4-钢块 5-钢楔块6-螺杆 7-承力板 8-螺母,楔块装置放置在台座与横梁之间，见图。预应力筋放张时，旋转螺母使螺杆向上运动，带动楔块向上移动，钢块间距变小，横梁向台座方向移动，从而同时放张预应力筋。楔块放张一般用于张拉力不大于300kN的情况,第三节 后张法施工,一、施工工艺,铺底模,支侧模、放构造钢筋,埋管制孔,浇混凝土,抽管,养护拆模,穿预应力筋,预应力筋张拉,孔道灌浆,起吊运输,二、孔道留设：孔道留设方法：1、钢管抽芯法留设48直线孔道 注意事项：（1）钢管必须调直，表面光滑，刷润滑剂。（2）屋架下弦混凝土的浇注顺序为：夏天 冬天（3）恰当掌握抽管时间：混凝土初凝完成，终凝开始时抽管。（4）抽管顺序：先上后下。,2、胶管抽芯法留设48直线或曲线孔道 方法：在胶管内注入压力水或压缩空气。3、预埋铁皮管法波形管,三、预应力筋及锚具 1、单根粗钢筋预应力筋及锚具 锚具为：螺丝端杆锚具和帮条锚具 张拉机具：YL型千斤顶,2、钢筋束或钢绞线束预应力筋及锚具 锚具为：JM12型锚具 张拉机具：YC型穿心式张拉机,3、钢丝束预应力筋及锚具 锚具为：钢质锥型锚具、镦头锚具 张拉机具：YZ型或YC型穿心式张拉机,4、预应力筋的制作 单根预应力筋的制作，一般包括配料、对焊、冷拉等工序。预应力筋的下料长度，应由计算确定。计算时应考虑下列因素：结构的孔道长度、锚具厚度、千斤顶长度、焊接接头或镦头的预留量、冷拉伸长值、弹性回缩值、张拉伸长值等。为了保证预应力筋下料准确，对于钢筋的冷拉率应进行实际测定，作为计算钢筋下料长度的依据。当测得的钢筋冷拉率比较分散时，应对钢筋逐根取样分别编组，即把钢筋冷拉率相差0.5以内相接近的钢筋对焊在一起，确保冷拉完成后的预应力筋具有所要求的强度和长度，预应力钢筋经冷拉后，钢筋的弹性回缩率一般在0.3左右。,螺丝端杆外露在构件孔道外的长度，根据垫板厚度，螺母高度和拉伸机与螺丝端杆连接所需长度确定，一般可选用120mm150mm。固定端用帮条锚具或镦头锚具时，其长度视锚具尺寸而定。,垫板,螺帽,两端采用螺丝端杆锚具的预应力筋，其下料长度可按下列方法计算：预应力筋全长：预应力筋中的钢筋冷拉完成后的长度：预应力筋中的钢筋下料长度：,或可近似地采用 式中：包括锚具在内的预应力筋全长；预应力筋中钢筋的下料长度；构件孔道长度；螺丝端杆在构件外的外露长度；预应力筋中的钢筋冷拉完成后的长度；螺丝端杆长度；钢筋直径；钢筋的冷拉率；钢筋冷拉后的弹性回缩率。,四、千斤顶校验：用千斤顶张拉预应力筋时，张拉力的大小主要由油泵上的压力表读数来表达。理论上，将压力表读数乘以活塞面积，而可求得张拉力的大小。设预应力筋的张拉力为N，千斤顶的活塞面积为F，则理论上的压力表读数可用下式计算：P=N/F 但是，实际张拉力往往比公式的计算值小。其主要原因是一部分力被活塞与油缸之间的摩阻力所抵销，而摩阻力的大小又与许多因素有关，具体数值很难通过计算确定。因此，每次施工前千斤顶应重新校验。千斤顶与压力表配套校验的方法，可用标准测力汁（如测力环、水银标准箱、传感器等）和试验机（如万能试验机、长柱压力机等）校验。其中以试验机校验方法较为普遍。,五、预应力筋的张拉：1、预应力筋张拉的一般要求和规定 对混凝土块体的要求：预应力筋张拉时，构件的混凝土强度应符合设计要求，如设计无要求时，混凝土强度不应低于设计强度标准值的75。以确保在张拉过程中，混凝土不致于受压而破坏。预应力筋的张拉顺序和张拉程序：预应力筋的张拉顺序，应按设计的有关规定进行，如设计无规定或受张拉设备限制时，则可分批、分阶段、对称地张拉，以免构件承受过大的偏心压力。,当构件同一截面有多根预应力筋须分批拉时，则应考虑混凝土弹性压缩对预应力筋的有效预应力值的影响。所以，先一批张拉的顶应力筋，其张拉力应加上由于后几批预应力筋张拉时所产生的混凝土弹性压缩所造成的预应力损失值，使分批张拉完成后，每根预应力筋的张拉力基本相等。,设分两批张拉，则第一批张拉的预应力筋的张拉控制应力应为：,式中：第一批预应力筋的张拉控制应力；设计控制应力，即第二批预应力筋的张拉控制应力；钢筋与混凝土的弹性模量比值；第二批预应力筋张拉时，在已张拉预应力筋重心处产生 的混凝土法向应力。,-第二批张拉钢筋的面积,-第一批预应力损失,-混凝土构件净面积,张拉制度：一般采用超张法,平卧重叠浇筑问题,A 产生：由于叠层之间的摩擦力，粘结力与咬合力，会 减少下层构件预应力筋张拉时混凝土的弹性 压缩 变形，当上层构件吊离后，摩擦力，粘结 力与咬合力就消失，那么构件被进一步压缩，此时预应力筋中的应力会降低。,B 措施：a 构件自上而下顺序张拉；b 逐层超张拉以抵消构件间的摩擦力，一般逐层 增加1%，但最大张拉应力应符合下列规定：,钢筋,钢丝,c 层数一般不超过4层,。预应力筋的张拉一般采用应力控制方法，但应校核预应力筋的伸长值。预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为1O时开始量测，但必须加上初应力以下的推算伸长值，并扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。如实际伸长值比计算伸长值大于10或小于5时，应暂停张拉，在采取措施予以调整后，方可继续张拉。,预应力筋在锚固过程中，应检查张拉端预应力筋的内缩量，内缩量的数值不得大于下表中的规定。锚固阶段张拉端预应力筋的内缩量允许值 注：.内缩量是指预应力筋锚固过程中，由于锚具零件之间和锚具与预应力筋之间的相对移动和局部塑性变形造成的回缩量；.当设计对内缩量允许值有专门规定时，可按设计规定确定 预应力筋张拉、锚固完毕，需割去锚具外露出的顶应力筋时，则留在锚具外的预应力筋长度不得小于30，锚具应用混凝土保护，当需长期外露时，应采用防止锈蚀的措施。,六、孔道灌浆：1 作用 保护预应力筋，防止其锈蚀，并使预应力筋与结构混凝土形成整体。,2 材料要求 孔道灌浆用的砂浆，应采用标号不低于42.5号普通硅酸盐水泥配置的水泥浆；对空隙大的孔道，可采用水泥砂浆灌浆，水泥浆及砂浆强度，均不应小于20MPa。水泥浆的水灰比宜在0.4左右，搅拌后三小时泌水率宜控制在2%左右，最大不得超过3%，当需要增加孔道灌浆的密实性时，水泥浆中可掺入对预应力筋无腐蚀作用的外加剂。,3 注意事项 灌浆前混凝土孔道应用压力水冲刷，确保孔道混凝土湿润和洁净。孔道灌浆可采用电动灰浆泵。水泥浆倒入灰浆泵时，必须过筛。灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断，并排气通顺，在灌满孔道并封闭排气孔后，宜再继续加至0.50.6，并稳压一定时间，再封闭灌浆孔，以确保孔道灌浆的密实性。对于用不加外加剂的水泥浆灌浆时，必要时可掌握时机，可采用二次灌浆法。灌浆顺序应先下后上，以避免上层孔道灌浆，而把下层孔道堵塞。曲线孔道灌浆，宜由低点压入水泥浆，至最高点排气孔中排出空气及溢出浓浆为止。,第四节 无粘结预应力钢筋混凝土施工,无粘结预应力是新技术，其作法是在预应力筋表面刷涂料并包塑料布(管)后，如同普通钢筋一样先铺设在支好的模板内，然后浇筑混凝土，待混凝土达到设计要求的强度后进行预应力筋的张拉锚固（属后张法）。一、特点 无粘结预应力不需要预留孔道和灌浆、施工简单、张拉时摩阻力较小、预应力筋易弯成多跨曲线形状等。但预应力筋强度不能充分发挥(一般要降低1020)，锚具的要求也较高。,二、施工工艺,在无粘结预应力的施工中，主要问题是无粘结预应力筋的铺设、张拉和端部锚头处理。1)无粘结筋应严格按设计要求的曲线形状就位并固定牢靠。铺设无粘结筋时，无粘结筋的曲率可垫铁马凳控制。钢丝束就位后，标高及水平位移经调整、检查无误后，用铁丝与非预应力筋绑扎牢固，防止钢丝束在浇筑混凝土的过程中位移。,图 无粘接预应力筋(a)塑料外包层；(b)防腐润滑脂；(c)钢绞线（或碳素钢筋束）,2)由于无粘结预应力筋一般为曲线配筋，故应采用两端同时张拉。无粘结筋的张拉顺序，应根据其铺设顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。成束无粘结筋正式张拉前，宜先用千斤顶往复抽动12次以降低张拉摩擦损失。无粘结筋在张拉过程中，当有个别钢丝发生滑脱或断裂时，可相应降低张拉力，但滑脱或断裂的数量不应超过结构同一截面无粘结预应力筋总量的2。,3)对无粘结筋端部锚头的防腐处理应特别重视。采用钢丝束镦头锚具时，当锚杯被拉出后塑料套筒内产生空隙，必须用油枪通过锚杯的注油孔向套筒内注满防腐油脂，避免长期与大气接触造成锈蚀。采用钢绞线XM型夹片式锚具时，张拉端头构造简单，无须另加设施，张拉后端头钢绞线预留长度不小于150mm，多余部分割掉并将钢绞线散开打弯，埋在混凝土内以加强锚固。,