Transcript 第五章

第5章预应力混凝土结构工程
概述
 5.2 先张法预应力混凝土施工
 5.3 后张法预应力混凝土施工
 5.4 无粘结预应力混凝土施工
 5.1
5.1 概 述

5.1.1 预应力混凝土产生的背景、概念及目的

普通钢筋混凝土构件的抗拉极限应变只有（0.1～0.15）10-3,
允许出现裂缝的构件，因受裂缝宽度限制，受拉钢筋的应力
仅达 150～200 N/mm2；因此，在普通钢筋混凝土结构
中，高强钢材不能充分发挥其作用；而预应力混凝
土恰恰是解决这一问题的有效方法 。
 概念：在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区
对混凝土施加预压应力。当构件在使用阶段的外荷
载作用下产生的拉应力，首先要抵消预压应力，然
后随着荷载不断增加，受拉区混凝土才逐渐受到拉
应力，从而大大改善了受拉区混凝土的受力性能，
推迟了混凝土裂缝的出现并亦限制了裂缝的开展,提
高了构件的抗裂度和刚度。
因此，施加预应力可以达到以下目的：
①提高结构或构件的抗裂度；
②提高结构或构件的刚度；
③充分发挥高强钢材的作用；
④把散件拼成整体。
5.1.2 预应力混凝土材料
1 预应力筋
（1）预应力钢筋
★ 对钢筋的要求：
①热处理钢筋
具有高强度、 高韧性、高粘结力和松弛小等特点；直
径为6～10mm。
②冷拉低合金钢筋
采用HRB335、HRB400级钢筋经冷拉后制成，其
抗拉性能较好，可焊性也较好，但强度偏低。
③精轧螺纹钢筋
用热轧方法在钢筋表面上轧出不带纵肋的螺纹
外形，钢筋的接长用连接螺纹套筒, 端头锚固用螺
母。具有锚固简单、施工方便、无需焊接等优点。
（2） 钢丝
①冷拔低碳钢丝
一般拔5mm、4mm和3mm。冷拔钢材屈服强
度显著提高， 但塑性降低，适用于小型构件的预应
力筋
②高强钢丝（碳素钢丝、刻痕钢丝 ）
由高碳钢盘条经淬火、酸洗、拉拔制成。
d=3～8mm，最大直径12mm。
（3） 钢绞线：
由几根高强碳素钢丝围 绕一根中心钢丝在
浇丝机上绞成螺旋状，经低温回火制成。公称直
径9、12、15mm。
★ 特点：比较柔软、 施工方便；
★ 适用于先张法、
后张法、无粘结预
应力筋
1x7
1x2
1x3
拔模钢绞线
2.预应力混凝土
（1）强度等级：≮C30；
≮C40（钢绞线、钢丝、热处理钢筋）
目前已开始采用 C50～C80的高强混凝土，有些甚至
达到C100 。
（2）对外加剂的要求：
不能掺加对钢筋有腐蚀作用的外加剂（氯化钙、氯
化钠），也不宜掺用引气剂及引气减水剂。
5.1 先张法施工
概述：
1 先张法施工： 张拉钢筋（临时固定于台座上）→
浇筑混凝土（达设计强度标准值的
75% →放松钢筋
2 钢筋：钢丝和钢筋
3 适用范围：构件厂加工中小型构件
夹具 横梁 台座
预应力筋
A、张拉预应力筋
混凝土构件
B、浇筑混凝土构件
C、放张施加预应力
台面
5.2.1 施工机具
1、 夹 具
（1） 钢丝张拉夹具
钳式夹具 （图a）
用钳齿夹紧钢丝，特点是构造简单、使用方
便
偏心式夹具（图b）
利用一对带齿的月牙形偏心块夹紧钢丝
楔形夹具（图c） 用楔形齿块夹紧钢丝
（2） 钢丝锚固夹具
圆锥齿板式夹具（图a）、圆锥三槽式夹具
（图b）和楔形夹具（图c）
锚固时将齿板或锥销打入套筒，借助摩阻力将钢丝
锚固 。
（3）钢筋夹具
有螺丝端杆锚具、镦头锚和销片夹具
（4）钢筋连接器
在长线台座上钢筋与钢筋的连接或钢筋与螺
丝端杆的连接，可采用套筒式钢筋连接器（图
5\|10）。这种连接器由两个半圆形套筒用连接钢
筋焊接而成。
2、张拉机具
（1）张拉机具性能要求
简易可靠，准确控制应力，增速稳定
（2）张拉方法
1）成组张拉
采用油压千斤顶, 用油表读数控制张拉力
2）单根张拉
用电动螺杆张拉机张拉，用弹簧测力；
用小型电动卷扬机张拉，用杠杆或弹簧测力
3、 台 座
(1)墩式台座
1）组成：
台敦：平衡张拉力产生的
倾覆力矩、水平滑移
台面：预应力混凝土构件
成型的台模
横梁：锚固夹具、临时固定
预应力筋的支座
2）台座的长度: 100～150m
3）对台座的要求：满足---强度、刚度、稳定的要求
(2)槽式台座
1）长度：45～76m
2） 适用范围：大型构件；双层预应力混凝土构件
5.2.2 施工工艺
1、 预应力筋张拉
（1）预应力筋的铺设
先做好台面的隔离层
表面刻痕和压波，以提高钢丝和混凝土的粘结力
钢筋接长可借助钢丝拼接器。
（2）张拉控制应力σcon（表5-2）
台座法张拉中应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋；
多根预应力筋同时张拉时，必须事先调整初应力，使相互间的应
力一致。
预应力偏差值不得大于或小于一个构件中全部钢丝预应力总
值的5％，其断丝或滑丝量不得大于钢丝总数的3％。 张拉完毕
锚固时，张拉端的预应力筋回缩量不得大于设计规定值；锚固后，
预应力筋对设计位置的偏差不得大于5 mm，或不大于构件截面
短边长度的4％。
冬期张拉预应力筋，环境温度不宜低于一15℃。
2、混凝土浇筑和养护
不留施工逢
(1）混凝土浇筑
严格控制水灰比
振捣密实
叠层制作，下层砼强度≮5MPa
(2）混凝土养护（蒸汽养护）
先张法在台座上生产预应力混凝土构件，其最高
允许的养护温度应根据设计规定的允许温差计算确定。
当混凝土强度达到7.5 N／mm2(粗钢筋配筋)或10
N／mm2(钢丝、钢绞线配筋)以上时，则可不受设计
规定的温差限制。
3、预应力筋放张
（1）放张要求：
1）砼强度达到设计规定
2）砼强度不小于标准强度的75％
（2）放张顺序：
1）应符合设计要求
2）设计无要求时， 应符合下列规定：
① 轴心受预压构件， 所有预应力筋应同时放张；
② 偏心受预压构件，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。
③ 如不能同时放张时，应分阶段、对称相互交错放张。
（3）放张方法：
1）预应力钢丝混凝土构件
① 配筋较少的：逐根切断
② 配筋较多的：同时放张
2）预应力钢筋混凝土构件
① 配筋较少的：逐根切断（宜用砂轮机）
② 配筋较多的：同时放张 （楔块或砂箱）
5.3 后张法预应力混凝土施工
特点：不需要固定台座、不受地点限制、施工工艺复杂
锚具滞留构件上不能重复使用
适用： 施工现场大型构件
砼构件 预留孔道
构件制作
预应力筋
千斤顶
张拉钢筋
锚固、灌浆
锚具
工艺流程：
 （1）先制作构件，预留孔道；
 （2）待构件混凝土达到规定强度后，在孔道内穿放预
应力筋；
 （3）预应力张拉并锚固在构件端部，使混凝土产生预
应力；
 （4）最后孔道灌浆，封端。

5.3.1 锚具与张拉机具
预应力筋、锚具和张拉机具是配套的
后张法中常用的预应力筋有单根粗钢筋、钢筋束
(或钢绞线束)和钢丝束三类
锚具必须具有可靠的锚固能力，足够的强度和刚度，
锚固时不超过预期的滑移值，还应构造简单加工方便、
体形小、尺寸准确、经济及全部零件互换性好，方便使
用。
锚具按其锚固原理,可分为支承式锚具和楔紧式锚
具两类。支承式锚具常用的有螺丝端杆锚具、镦头锚具
等；楔紧式锚具有钢质锥形锚具、夹片式锚具等。
按锚固预应力筋的品种与数量不同分有: 单根粗钢
筋锚具、单根或多根钢丝束与钢绞线束锚具。
1 单根钢筋锚具
（1）、螺丝端杆锚具
适用：d≯36mm
材料：冷拉或热处理钢筋
连接方式：冷拉前对接焊
优点：操作简单、锚固后千
1—预应力筋；2—螺丝端杆； 3—螺母；
4—垫板； 5—对焊接头；6—帮条
斤顶回油时，钢筋不发生滑移，可进行二次张拉；
缺点：对预应力钢筋长度的精确度要求高。
2、帮条锚具
材料：
帮条钢筋与预应力筋同级别， 垫板采用3号钢
布置要求：三根帮条呈120°布置
2.钢丝束（钢筋束）锚具
（1）、 镦头锚具
由镦粗的钢丝头、锚环、外螺帽、内螺帽和垫板组成
锚具型号：DM5A、DM7A 型（用于张拉端）
DM5B、DM7B 型（用于固定端）
适用： Øs5、Øs7 钢丝或多根10～18mm的平行钢筋束
预应力钢绞线 4～6 根
特点： 镦头锚具锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方
便，但要求钢筋或钢丝束的长度有较高的精度。
s
（2）、锥形螺杆锚具
由锚环和锚塞组成（45号钢） ，利用锚塞来锚固钢丝束
锚具型号：有 GZ5 型和 GZ7 型
适用： 6～30 Øs5 、12～24 Øs7 钢丝束或多根直径为
13、15 mm的平行钢绞线束；用于张拉端或固定
端，采用双作用千斤顶进行张拉，一面张拉钢筋，
一面将锚塞推入挤紧。
特点：构造简单， 使用方便，要求锥角的精度较高
s
3. 钢绞线束锚具
（1）、JM 型锚具（铸钢制成）
由锚环和夹片组成
锚具型号：JM12-4、5、6；JM15— 4、5、6 型，
适用： 锚固3～6根直径为 12、15mm 钢筋束或5～6根
钢绞线所组成的互相平行的钢绞线束。
缺点： 钢筋的内缩量较大，光圆钢筋可达2mm；变形钢
筋可达3mm；钢绞线可达5mm。
s
（2）、多孔夹片型锚具（主要是XM型锚具）
XM型锚具由多孔的锚板和夹片组成
它是在一块有多个锥形孔的锚板上, 每孔装一副夹片夹
持钢绞线。
适用： 锚固3～37根Øj 15钢绞线束和3 ～12根 Øs5 钢绞
丝束
优点：锚固可靠，互换性好，自锚性能强
4.张拉设备
后张法张拉机具设备主要有千斤顶和高压油泵
（1）拉杆式千斤顶 （拉伸机 ）
以活塞杆为拉力杆件，适用于张拉带有螺丝端杆的粗
钢筋。
型号：YL—40型、YL—60型、YL—80型；
（2）锥锚式千斤顶 (双作用)
由主缸、主缸活塞、副缸、副缸活塞、顶压
头、锥形卡环、卡楔等部分组成。
能完成张拉与顶压两个动作。可用于张拉用钢
质锥形锚具的钢丝束或用KJ一2型锚具锚固的螺纹
钢筋束。
（3）穿心式千斤顶（YC—60千斤顶）
由张拉油缸、顶压油缸、顶压活塞和弹簧组成
用于张拉用JM一12型锚具锚固的钢筋束或钢铰线
束。
5.3.2 预应力筋的制作
单根钢筋制作
★ 制作工序：配料、对焊、冷拉
★ 计算下料长度：虑锚具种类、特点、接头压缩量、
构件长度、张拉伸长值、冷拉率和弹性回缩率等因素
★ 冷拉弹性回缩率δ：为 0.4%～0.6%
★ 对焊接头压缩量：取决于对焊时的闪光留量和顶锻留
量，每个接头的压缩量一般为 20～3Omm
★ 螺丝端杆外露长度（L2)： 一般为 120～150mm
(1) 两端采用螺丝杆锚具下料长度计算
★ 预应力筋成品长 L1  l  2l2
L0  L1  2l1
★ 下料长度
L0
L
 n  l0
1   
钢筋冷拉率
接头压缩梁
冷拉回弹率
（2）一端螺丝杆，另一端墩头锚具下料长度计算
预应力筋全长:
下料长度
L1  l  l2  l3
L0
l  l1  l2  l3
L
 n  l0 
 n  l0
1   
1   
（3） 钢筋束（钢绞线）下料长度
与张拉设备和选用的锚具有关，采用 (JM,XM型)锚具， 下
料长度按下式计算：
（1）两端张拉：
（2）一两端张拉：
L  l0  2(l1  l2  l3  100)
L  l0  2(l1  100)  l2  l3
l3夹片式工
具锚厚度
5.3.3 施工工艺
铺底模
安放钢筋支侧模
埋管轧制
制混凝土试块
浇筑混凝土
抽
锚具制作
预应力筋制作
管
养护拆模
穿
筋
张拉机具准备
张拉预应力筋
压混凝土试块
起吊运输
孔道灌浆
制水泥浆试块
起吊运输
压水泥浆试块
1、 孔道留设
（1）基本要求：
1）位置正确、孔道平顺、直径大于预应力筋外
径 10～15mm、接头应严密不漏浆。
与端部预埋钢板平行。
2）预留灌浆孔和排气孔
间距： 波纹管法≯30米；抽心成型≯12米；
（2）孔道留设方法
1）钢管抽芯法（适用于直线孔道）
预先埋设钢管埋设，砼浇筑过程间隔一定时间
慢慢转动钢管，待砼初凝后、终凝前抽出钢管，
即形成孔道。
2）胶管抽芯法（直、曲线孔道）
胶管种类：五层或七层夹布胶管和钢丝网胶管
孔道留设：
夹布胶管
浇筑砼前，充入压力为0.6～0.8N/mm2的压
缩空气或压力水。
钢丝网胶管 同钢管
3）预埋波纹管法（适用于各种形状的孔道）
波纹管为特制的带波纹的金属管，与混凝土有良好的黏
结力。波纹管不再抽出。用间距不大于1m的钢筋井字
架固定。
2 、预应力筋张拉
砼强度符合设计要求（≮75%）
（1）张拉控制应力（表5-2）
施工如采用超张拉，可比设计要求提高5%
（2）张拉程序
0 → 1.05 ơcon （持荷2分钟）→ ơcon
0 → 1.03 ơcon
（3）张拉顺序
☆ 符合设计要求， 当设计无具体要求时应分批、
对称张拉；（先批张拉的张拉应力相应增加）
4）张拉方法
① 按设计要求（满足尽量减小摩擦损失的原则）
② 一端张拉： 曲线成型孔道预应力筋长度≤24米
波纹管孔道预应力筋长度≤30米
③ 二端张拉： 曲线成型孔道预应力筋长度＞24米
波纹管孔道预应力筋长度＞30米
预应力筋伸长值校核 ΔL=Fpl／ApEs
 Fp——预应力筋的平均张拉力
 Ap——预应力筋的截面面积（mm2）；
 Es——预应力筋的弹性模量（kN/mm2）；

l——预应力筋的长度（mm）。

（6）预应力筋张拉力计算
FP  m con AP
σcon——预应力筋张拉控制应力（kN/mm2）；
 m——超张拉系数,取值1.03或1.05；
 Ap——预应力筋截面面积（mm2）。

3、孔道灌浆及封锚（封端）
（1）孔道灌浆
1) 目的：防锈、增加结构整体性、耐久性
2）水泥浆强度≮42.5MPa，水灰比0.4～0.45
3）水泥砂浆强度不低于20MPa
4) 加入适量膨胀剂
5）灌浆前，用压力水冲洗孔道
6）灌浆速度均匀、缓慢不得中断。灌满孔道并封闭气 孔后，宜
再继续加压至0.5～O.6Mpa。
7）对不掺外加剂的水泥浆，采用二次灌浆法。
8） 灌浆顺序应：先下后上，曲线孔道灌浆由最低点注入，最高
点排气孔排尽空气并溢出浓浆为止。
（2）封锚（封端）
 锚具的封闭保护应符合设计要求,
 当设计无要求时，应采用不低于C30的细石混凝土，内
配钢筋网片封锚,并应满足:
 外露预应力筋的保护层厚度处于正常环境时，不小于20
mm；处于易受腐蚀环境时，不小于50 mm；凸出式锚固
端锚具的保护层厚度不小于50 mm。

5.4 无粘结预应力混凝土施工
无粘结预应力混凝土工艺特点：
1、无粘结预应力是在预应力筋表面刷涂料层后包外包
层后，铺设在安装好的模板内，待混凝土达到设计要
求强度后, 进行预应力筋张拉锚固；
2、无粘结预应力工艺是借助两端的锚具传递预应力；
3 、不需要预留孔道和灌浆， 施工简单， 张拉时摩阻
力较小,
4、对锚具锚固能力要求较高
5、无粘结预应力筋易弯成曲线形状, 适用于曲线配筋
的结构；并适用于大柱网整体现浇楼盖结构
1.无黏结预应力束的制作
1）无粘结预应力筋：7Ф4、 7Ф5钢绞线；7Ф5钢丝
2）涂料层：防腐油脂、防腐沥青
① -20～70 ℃温度范围内不流淌、不裂缝变脆，
② 使用期内化学稳定性高，
③ 对周围材料元侵蚀作用；
④ 不透水、不吸湿；
⑤ 防腐性能好；
⑥ 润滑性能好， 摩擦阻力小。
3）外包层：高压聚乙烯塑料带或塑料管
① 使用温度 (-20～70 ℃) 不脆化、化学性能稳定；
②足够的韧性、抗磨性；
③对周围材料无侵蚀作用；
④防水性强；
⑤保证各环节不发生不可修复的破坏。
4）无粘结预应力筋的制作
挤压涂层工艺、缠纸工艺
2、锚具
1）镦头锚具：高强钢丝预应力束
2）XM 型锚具：钢绞线预应力束
3、无粘结预应力施工工艺
（1）无粘结预应力束铺设
1）交叉筋不能编结
2）铁马凳间隔不宜大于2m
（2）张拉
1）张拉方法：两端同时张拉（不合格数≯2%）
2）张拉顺序：按铺设顺序
（3）端部处理
1）端部筋要进行防腐处理（封闭）
2）钢绞线外露长度不小于150mm(弯折封闭）
3）C30 级的细石混凝土封闭锚头部位
锚头端部处理方法
张拉端突出式构造
6
张拉端凹入式构造
6－混凝土圈梁