预应力混凝土工程 (2)

预应力混凝土工程预应力混凝土工程 土木工程施工中土木工程施工中,预应力工程是一项相对预应力工程是一项相对技术含量高的分项工程。在技术含量高的分项工程。在大跨度的桥梁以大跨度的桥梁以及高耸混凝土构筑物及高耸混凝土构筑物中，常常采用预应力技中，常常采用预应力技术控制构件的术控制构件的裂缝以及变形裂缝以及变形。目前，预应力。目前，预应力技术在技术在空间钢结构空间钢结构中也得到推广应用，对钢中也得到推广应用，对钢结构施加预应力可有效控制结构变形以及调结构施加预应力可有效控制结构变形以及调整杆件的受力状态，使钢结构杆件的应力更整杆件的受力状态，使钢结构杆件的应力更趋合理，增加结构的空间刚度，并有效地降趋合理，增加结构的空间刚度，并有效地降低结构的用钢量。低结构的用钢量。预应力混凝土的概念及其理解预应力混凝土的概念及其理解v预加力，使混凝土成为预加力，使混凝土成为弹性材料弹性材料；v预加力使高强度钢材和混凝土协同工作预加力使高强度钢材和混凝土协同工作并充分发挥两者的并充分发挥两者的强度优势强度优势；v预加应力实现预加应力实现荷载平衡荷载平衡。预应力混凝土的优缺点预应力混凝土的优缺点v结构结构抗裂性好抗裂性好、刚度大、变形小；、刚度大、变形小；v结构自重轻，跨越能力大；结构自重轻，跨越能力大；v耐久性好，抗疲劳性强；耐久性好，抗疲劳性强；v高强材料得到充分利用；高强材料得到充分利用；v抗剪承载力高，经济性抗剪承载力高，经济性好。好。v缺点：缺点：设计计算复杂、施工技术要求高设计计算复杂、施工技术要求高、需、需要专门的预应力张拉设备、所用材料单价较要专门的预应力张拉设备、所用材料单价较高，并且针对高，并且针对预应力结构的分析理论和研究预应力结构的分析理论和研究有待进一步发展与完善有待进一步发展与完善。预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 v按预应力施加工艺：先张预应力混凝土与后按预应力施加工艺：先张预应力混凝土与后张预应力混凝土；张预应力混凝土；v按按预应力度预应力度分类：全预应力混凝土与部分预分类：全预应力混凝土与部分预应力混凝土；应力混凝土；v按裂缝控制等级分类：第一类、第二类、第按裂缝控制等级分类：第一类、第二类、第三类；三类；v按预应力筋位置分类：按预应力筋位置分类：体内预应力混凝土与体内预应力混凝土与体外预应力混凝土体外预应力混凝土；v按预应力体系分类：按预应力体系分类：双预应力混凝土、预弯双预应力混凝土、预弯预应力混凝土。预应力混凝土。预应力混凝土材料预应力混凝土材料一、预应力筋一、预应力筋-预应力钢材的发展动态预应力钢材的发展动态v2000Mpa2000Mpa级的高强度低松弛级的高强度低松弛预应力钢绞线得到预应力钢绞线得到研制并开始应用；研制并开始应用；v大直径大直径预应力钢绞线开始研制和试点应用；预应力钢绞线开始研制和试点应用；v防腐蚀防腐蚀的表面涂层钢绞线得到进一步推广应的表面涂层钢绞线得到进一步推广应用；用；v预应力预应力钢棒钢棒得到研制与开始应用。得到研制与开始应用。大直径预应力钢绞线大直径预应力钢绞线环氧树脂涂层钢绞线环氧树脂涂层钢绞线预应力钢棒预应力钢棒无粘结预应力筋无粘结预应力筋抗拔桩基础内无粘结预应力筋布设抗拔桩基础内无粘结预应力筋布设 v二、二、混凝土混凝土v混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定：预应力规定：预应力 混混凝土结构的混凝土强度等级凝土结构的混凝土强度等级不宜低于不宜低于C40C40，且，且不应低于不应低于C30C30；v铁路桥涵设计规范铁路桥涵设计规范、公路桥涵设计规公路桥涵设计规范范规定混凝土强度等级规定混凝土强度等级不得低于不得低于C40C40；v在一些重要的预应力混凝土结构中，已经开在一些重要的预应力混凝土结构中，已经开始采用始采用 C50,C60C50,C60，甚至更高等级混凝土。，甚至更高等级混凝土。v夹具夹具：先张法构件施工时保持预应力筋先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座（或设备）拉力，并将其固定在张拉台座（或设备）上的上的临时临时性锚固装置。性锚固装置。v按其工作用途不同分为按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉锚固夹具和张拉夹具。夹具。预应力张拉锚固体系预应力张拉锚固体系v1 1、锚固夹具：、锚固夹具：v 锥形（锥销式、二片式、三片式）锥形（锥销式、二片式、三片式）v锚固单根直径锚固单根直径121214mm14mm预应力筋；预应力筋；v 镦头锚具镦头锚具带槽螺栓、梳子板。带槽螺栓、梳子板。v 用于：冷拉筋（热镦），用于：冷拉筋（热镦），冷拔丝（热、冷镦），冷拔丝（热、冷镦），碳素钢丝（冷镦）。碳素钢丝（冷镦）。v 要求：镦头强度不低于材料强度的要求：镦头强度不低于材料强度的98%98%。v2 2、张拉夹具：偏心式、楔形。、张拉夹具：偏心式、楔形。锥销夹具锥销夹具圆套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具圆套筒三片式夹具圆套筒三片式夹具方套筒二片式夹具方套筒二片式夹具固定端镦头夹具固定端镦头夹具单根镦头钢筋螺杆夹具单根镦头钢筋螺杆夹具高强镦头钢丝用梳筋板夹具高强镦头钢丝用梳筋板夹具接千斤顶接千斤顶锚具锚具锚具锚具 在后张法预应力混凝土结构在后张法预应力混凝土结构或构件中，为保持预应力筋的拉力并将或构件中，为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的夹持预应力筋其传递到混凝土上所用的夹持预应力筋的的永久性锚固装置。永久性锚固装置。锚具的种类锚具的种类（1 1）支承式锚具支承式锚具 a.a.螺母锚具（螺丝端杆锚具）螺母锚具（螺丝端杆锚具）a a）螺母锚具；）螺母锚具；b b）螺丝端杆；）螺丝端杆；c c）螺母；）螺母；d d）垫板）垫板b.b.镦头锚具镦头锚具用于单根粗钢筋的镦头锚具一般直接在预应用于单根粗钢筋的镦头锚具一般直接在预应力筋端部热镦、冷镦或锻打成型。力筋端部热镦、冷镦或锻打成型。镦镦头头锚锚具具c.c.钢丝束镦头锚具钢丝束镦头锚具 用于锚固多根数钢丝束。钢丝束镦头锚具分用于锚固多根数钢丝束。钢丝束镦头锚具分A A型与型与B B型。型。a a）张拉端锚具（）张拉端锚具（A A型）；型）；b b）固定端锚具（）固定端锚具（B B型）型）1 1一锚环；一锚环；2 2螺母；螺母；3 3锚板锚板 ；4 4钢丝束钢丝束（2 2）锥塞式锚具锥塞式锚具 a.a.锥形锚具锥形锚具1 1 锚环；锚环；2 2锚塞锚塞b.b.锥形螺杆锚具锥形螺杆锚具1 1套简；套简；2 2锥形螺杆；锥形螺杆；3 3一垫板；一垫板；4 4螺母；螺母；5 5钢丝束钢丝束v自锁：锥销、齿板或锲块打入后不会反弹而自锁：锥销、齿板或锲块打入后不会反弹而脱出的能力脱出的能力;v自锚：预应力筋张拉中能可靠地锚固而不被自锚：预应力筋张拉中能可靠地锚固而不被从夹具中拉出的能力。从夹具中拉出的能力。v当当、22值越小，值越小，11值越大时，自锚性能值越大时，自锚性能越好。越好。v值也不宜过小，否则锚环承受的环向张力值也不宜过小，否则锚环承受的环向张力过大，易导致锚具失效。过大，易导致锚具失效。锚具、夹具的自锁与自锚锚具、夹具的自锁与自锚锥销式夹具自锁与自锚计算简图锥销式夹具自锁与自锚计算简图预应力张拉设备预应力张拉设备v 电动张拉机电动张拉机先张法单根钢丝张拉。按传先张法单根钢丝张拉。按传动方式可分为：动方式可分为：电动螺杆张拉机和电动卷扬电动螺杆张拉机和电动卷扬张拉机。张拉机。v 液压张拉机液压张拉机先张法和后张法各类预应力先张法和后张法各类预应力筋张拉。筋张拉。液压张拉机包括：液压张拉机包括：液压千斤顶、油液压千斤顶、油泵与压力表泵与压力表等。液压千斤顶常用的有：等。液压千斤顶常用的有：拉杆拉杆式、穿心式和锥锚式千斤顶式、穿心式和锥锚式千斤顶。用卷扬机张拉钢筋用卷扬机张拉钢筋1台座；台座；2放松装置；放松装置；3横梁；横梁；4预应力筋；预应力筋；5锚固夹具；锚固夹具；6张拉夹具；张拉夹具；7测力计；测力计；8固定梁；固定梁；9滑轮组；滑轮组；10卷扬机卷扬机千斤顶的标定千斤顶的标定v由于活塞与油缸之间存在摩擦力，使得由于活塞与油缸之间存在摩擦力，使得实际张拉力实际张拉力比理论计算（千斤顶油缸活塞面积比理论计算（千斤顶油缸活塞面积油压）的张拉油压）的张拉力要小。力要小。v标定标定直接测定千斤顶的实际张拉力与压力表读直接测定千斤顶的实际张拉力与压力表读数之间的关系，绘制出数之间的关系，绘制出N N与与P P的关系曲线，供施工时的关系曲线，供施工时使用。使用。v立放与卧放时内摩阻力差异很小，立放与卧放时内摩阻力差异很小，可采用立放标定，可采用立放标定，卧放使用。卧放使用。v张拉设备（千斤顶和油压表）应配套标定，以张拉设备（千斤顶和油压表）应配套标定，以减少减少积累误差积累误差。v标定千斤顶时千斤顶活塞的运动方向应与实际张标定千斤顶时千斤顶活塞的运动方向应与实际张拉工作状态一致。拉工作状态一致。N=PA-f下列情况应该对张拉千斤顶进行标定校验：下列情况应该对张拉千斤顶进行标定校验：v新千斤顶初次使用前；新千斤顶初次使用前；v油压表指针不能退回零点时；油压表指针不能退回零点时；v千斤顶、油压表和油管进行过更换或千斤顶、油压表和油管进行过更换或 维修后；维修后；v当千斤顶使用超过当千斤顶使用超过6 6个月或张拉超过个月或张拉超过200200次以次以上；上；v在使用过程中出现其他不正常现象。在使用过程中出现其他不正常现象。先张法施工先张法施工v工艺过程工艺过程：张拉固定钢筋：张拉固定钢筋浇混凝土浇混凝土养护养护（至（至75%75%强度）强度）放松钢筋；放松钢筋；v适用于适用于：预应力筋为直线或折线的中小型混预应力筋为直线或折线的中小型混凝土构件；凝土构件；v设备：千斤顶、台座、临时锚固装置等；设备：千斤顶、台座、临时锚固装置等；v优点：工艺简单、效益高、试件质量易保证、优点：工艺简单、效益高、试件质量易保证、锚具可重复使用等。锚具可重复使用等。预预应应力力空空心心板板夹具横梁台座预应力筋台面A、张拉预应力筋、张拉预应力筋混凝土构件B、浇筑混凝土构件、浇筑混凝土构件C、放张施加预应力、放张施加预应力台座台座 台台座座由由台台面面、横横梁梁和和承承力力结结构构等等组组成成，是是先先张张法法生生产产的的主主要要设设备备。预预应应力力筋筋张张拉拉、锚锚固固，混混凝凝土土浇浇筑筑、振振捣捣和和养养护护及及预预应应力力筋筋放放张张等等全全部部施施工工过过程程都都在在台台座座上上完完成成；预预应应力力筋筋放放松松前前，台台座座承承受受全全部部预预应应力力筋筋的的拉拉力力。因因此此，台台座座应应有有足足够够的的强度、刚度和稳定性。强度、刚度和稳定性。（1 1）墩式台座墩式台座 墩墩式式台台座座由由台台墩墩、台台面面与与横横梁梁等等组组成成。台台墩墩和和台台面面共共同同承承受受拉拉力力。墩墩式式台台座座用用以以生生产产各各种种形形式的中小型构件。式的中小型构件。v 台墩台墩 v台墩是承力结构，由钢筋混凝土浇筑而成。台墩是承力结构，由钢筋混凝土浇筑而成。v承力台墩设计时，应进行承力台墩设计时，应进行稳定性和强度验稳定性和强度验算算。稳定性验算一般包括。稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗抗倾覆验算与抗滑移验算滑移验算。抗倾覆系数不得小于。抗倾覆系数不得小于1.51.5，抗，抗滑移系数不得小于滑移系数不得小于1.31.3。抗倾覆验算：抗倾覆验算：式中：式中：N预应力筋的张拉力；预应力筋的张拉力；e1张拉力合力作用点至倾张拉力合力作用点至倾覆点的力臂；覆点的力臂；G台墩的自重力；台墩的自重力；L台墩重心至倾覆点的力台墩重心至倾覆点的力臂；臂；Ep台墩后面的被动土压力台墩后面的被动土压力合力合力 e2被动土压力合力至倾覆被动土压力合力至倾覆点的力臂。点的力臂。对于与台面共同工作对于与台面共同工作的台墩，倾覆点的位置宜选的台墩，倾覆点的位置宜选在砼台面下在砼台面下45cm处。处。抗滑移验算：抗滑移验算：式中：式中：Kc抗滑移安全系数，不小于抗滑移安全系数，不小于1.3；N1抗滑移的力，对于独立台墩，由侧抗滑移的力，对于独立台墩，由侧壁土压力和底