5. 预应力混凝土工程

1. 5. 预应力混凝土工程 本章学习要求： 掌握原理，熟悉先张法和后张法施工工艺； 熟悉先张法预应力混凝土应用，掌握张拉过程； 掌握后张法预应力混凝土施工中留孔、张拉和灌浆施工过程； 熟悉无粘结施工工艺。

2. 概述 • 普通钢筋混凝土的缺点： • 钢筋混凝土的抗拉极限应变:0.0001~0.0015 • 混凝土不开裂，受拉钢筋应力：30Mpa • 裂缝宽度0.2~0.3mm,受拉钢筋应力200Mpa 钢筋混凝土过早出现裂缝和钢筋不能充分发挥其作用（抗裂性较差）

3. 克服普通钢筋混凝土缺点的方法 对混凝土施加预应力 施加方法： 张拉钢筋 →钢筋回弹→回弹力施加给混凝土→ 混凝土产生压缩变形和预压应力 施加部位：结构或构件受拉区域

5. 5.1 概述 • 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 • 截面小、自重轻、材料省（要节约钢材20％～40％） • 能扩大预制装配化程度。 • 实现梁、板的跨度更大 。

6. 5.1 概述 • 预应力混凝土存在的问题： • 施工需要专门的机械设备 • 施工工艺比较复杂 • 操作要求较高 • 需要使用性能好的锚具

7. 1.先张法 2.后张法

8. 5.1 概述 • 预应力混凝土的应用范围： • 屋架、吊车梁、空心板、混凝土管等大中小型预应力混凝土构件。 • 多高层建筑、大型桥梁、电视塔、筒仓、水池、大跨度结构、海洋结构、核电站等整体或特种结构中。 • 结构加固、旧房改造、土坡支护等。

9. 多伦多CN电视塔建于1976年，高553.33米 。被美国土木工程协会（英文：American Society of Civil Engineers）收入现代世界七大奇迹。

11. 5.1 概述 • 预应力混凝土结构的钢筋种类： • 非预应力钢筋：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级热扎钢筋和乙级冷拔低碳钢丝 • 预应力钢筋：钢筋、钢丝和钢绞线。 预应力钢筋其性能要求：高强度；具有一定的塑性；良好的加工性能；与混凝土有较好的粘结强度。

12. 钢绞线 5*7; Ф15 4*7;Ф12

13. 刻痕钢丝

15. 预应力构件（结构）对混凝土的要求 • 强度高；收缩、徐变小；快硬、早强；弹性模量高 。 • 《混凝土结构设计规范》要求预应力构件的混凝土强度等级不宜低于C30； • 用高强度钢丝或钢绞线做预应力钢筋的结构，特别是大跨度结构，混凝土强度等级不宜低于C40。 • 目前，在一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用C50~C60的高强混凝土，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。 • 在预应力混凝土构件的施工中，不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化钠等，否则会发生严重的质量事故

16. 预应力混凝土的分类： • 先张法 • 后张法 • 无粘结预应力

17. 5.1先张法施工 • 一、先张法的概念 台座准备→安装预应力钢筋→绑扎非预应力钢筋→支模板→张拉预应力钢筋→锚固→浇筑混凝土→养护到75％设计强度→放张预应力筋 → 出池 张拉力的传递：靠混凝土与预应力筋间的粘结

19. 先张法优点：生产工序少，工艺简单，施工质量容易保证，不需在构件上设永久性锚具，生产成本低，在长线台座上，一次可生产多个构件。先张法优点：生产工序少，工艺简单，施工质量容易保证，不需在构件上设永久性锚具，生产成本低，在长线台座上，一次可生产多个构件。 • 先张法适用范围：主要适合于工厂内生产中、小型构件。

21. 高强预应力管桩

24. 三、先张法施工的设备 （一）台座 要求：有足够的强度、刚度和稳定性 分类：墩式台座和槽式台座 （二）张拉机械 YC－20穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机和油压千斤顶 ，卷扬机 （三）夹具 要求：工作可靠，构造简单，施工方便，成本低 ，并能多次周转使用 分类：张拉夹具 和锚固夹具

28. 预应力筋铺设、张拉、混凝土的浇筑和养护、预应力筋的放张、出槽预应力筋铺设、张拉、混凝土的浇筑和养护、预应力筋的放张、出槽 先张法施工工艺流程见图

29. （一） 预应力筋铺设 1. 台座台面涂隔离剂； 2. 对遭受污染的钢筋，应先加以清洗； 3. 放雨水冲刷隔离剂； 4. 钢丝用牵引车铺设； 5. 钢丝接长：可用钢丝拼接器用20 ～22号铁丝密排绑扎

30. （二）预应力筋的张拉 • 1．张拉控制应力的确定 • 预应力筋的张拉工作是预应力施工中的关键工序，应严格按设计要求进行。预应力筋张拉控制应力的大小直接影响预应力效果，影响到构件的抗裂度和刚度，因而控制应力不能过低。 • 但是，控制应力也不能过高，不允许超过其屈服强度，以使预应力筋处于弹性工作状态。否则会使构件出现裂缝的荷载与破坏荷载很接近，这是很危险的；此外过大的超张拉会造成反拱过大，预拉区出现裂缝也是不利的。

31. 钢筋种类 张 拉 方 法 超张拉最大张拉控制应力 先张法σcon 后张法σcon 消除应力钢丝、钢绞线 冷扎带肋钢筋 精轧螺纹钢筋 0.75fptk0.70 fptk － 0.75 fptk － 0.85 fpyk 0.80 fptk 0.75 fptk 0.95 fpyk 最大张拉控制应力σcon允许值（N/mm2）表5.1

32. （二）预应力筋的张拉 2．张拉程序的确定 （1）采用低松弛钢丝和钢绞线时：0→ σcon锚固 （2）采用普通松弛预应力筋时 （超张拉 ）0 → 105％ σcon （持荷2分钟）→ σcon锚固 或一次张拉程序0→103％ σcon锚固 超张拉目的：主要是为了减少松驰引起的应力损失值 应力松弛：钢材在常温高应力作用下，由于塑性变形而使应力随时间延续而降低的现象。

33. 3．预应力筋的张拉力 • N－预应力筋张拉力； • m—超张拉系数，1.03～1.05； • —预应力筋张拉控制应力； • —预应力筋的截面积

35. （三）混凝土的浇筑和养护 • 混凝土的浇筑必须一次完成，不允许留设施工缝。 • 混凝土的强度等级不小于C30 • 混凝土的养护常采用：自然养护和湿热养护

36. （四）预应力筋的放张 1. 放张要求 强度要求：设计要求 75％ 2. 放张方法 要求:自由压缩；缓慢进行，避免冲击与偏心 方法:配筋不多 剪切、割断和熔断 逐根放张 配筋较多 应同时放张 楔块放张或砂箱放张装置

37. 3.放张顺序 • 对承受轴心预压力的构件，所有预应力筋应同时放张； • 对承受偏心预压力的构件，应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋； • 当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张，以防止在放张过程中，构件产生弯曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。 • 放张后预应力筋的切断顺序，宜由放张端开始，逐次切向另一端。

39. 5.2后张法施工 • 一、后张法的概念 • 绑扎非应力钢筋→埋管\预埋件→支模板→浇筑混凝土→养护到75％设计强度→穿入预应力钢筋→张拉预应力钢筋→锚固→孔道灌浆 → 封头 • 张拉力的传递：靠构件端部的锚固传给混凝土。

45. 二、后张法的优缺点 • 优点：不需台座设备，灵活性大，尤其适用于现浇结构施工 • 缺点：锚具不能重复使用，耗钢量大；工艺复杂，整体成本高

46. 三、后张法的适用范围 • 大型预制预应力混凝土构件和现场浇注混凝土结构； • 后张法处作为一种预加应力的工艺方法外，还可以作为一种预制构件的拼装手段。

48. 四、后张法施工的设备 • (一)锚具 • 钢绞线锚具 • 钢丝束预应力筋锚具 • 精轧螺纹钢筋锚具 • （二）张拉机具设备 • 由液压千斤顶、供油用的高压油泵和外接油管三部分组成。