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第四章
预应力混凝土工程 第一节 概述
一、什么是预应力？
1、混凝土发展过程：
素混凝土 → 钢筋混凝土 → 预应力混凝土
2、预应力的优点：
① 截面小，重量轻，刚度大；
② 抗裂性、耐久性好；
③ 节约钢材；
④在较大跨度结构中，综合经济效益好。
3、预应力筋的种类
① 冷拔低碳钢丝，直径：3～5ｍｍ； ② 冷拉钢筋；
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； ⑥ 精轧螺纹钢筋，直径：25，32ｍｍ。
4、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）作预应力时，混凝土强度等级不宜低于C40。
第二节 先张法
（一）、先张法施工设备
一）台座
组成：台面、横梁、承力结构。
分为：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；
（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：
B、抗滑移验算：
② 强度验算：
支承横梁的牛腿，按柱子的牛腿计算配筋；
墩式台座与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算；
台面按轴心受压构件计算；
横梁按承受均布荷载的简支梁计算。
2、槽式台座
用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产。
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、楔形。
② 张拉夹具：偏心式、钳式、楔形。
③ 墩头锚具：采用冷墩形成。（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、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
d
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。
（二）先张法施工工艺
一）张拉
1、张拉控制应力和超张拉最大应力
2、张拉程序
3、张拉顺序
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 湿热养护。
三）预应力筋放张
1、放张要求
① 混凝土强度应大于75％C设；（重叠生产指最上层构件）
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。
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。
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、相互交错进行放张。第三节 后张法施工
1、定义：
制备留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规定强度后，穿筋并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值，借助锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后，孔道灌浆，这种预加应力的方法称为后张法。
2、特点：
① 混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响；
② 锚具不能重复使用，成本高；
③ 工艺比较复杂（构件制作、留孔、穿筋、张拉、灌浆）；
④ 可拼装预制构件（现场拼装）。
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）
（二）后张法施工工艺 一）孔道留设
1、要求
（1）孔道尺寸、位置应正确，孔道要平顺；
（2）端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线；
（3）孔道直径取决于预应力筋和锚具、保证预应力筋穿入。
2、施工方法
（1）钢管抽芯法－－－适宜于留设直线孔道
① 方法：在需留设孔道处预埋钢管，在混凝土浇筑、养护中定期慢转钢管，以防粘结，待混凝土初凝后，终凝前抽出钢管，形成孔道。二）预应力筋的张拉
核心问题－－预应力筋的应力控制
1、张拉控制应力和超张拉最大应力
（1）张拉控制应力（2）超张拉最大应力
2、预应力损失
① 孔道摩擦损失
② 锚固损失
③ 钢筋应力松弛损失
④ 混凝土收缩徐变损失
⑤ 受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起应力损失
3、张拉程序 根据构件类型、张锚体系、松弛损失取值等因素确定。
• 超张拉5％目的：主要是减少钢筋松弛、混凝土弹性压缩、锚
具变形和孔道摩擦等所引起的应力损失。
超张拉3％目的：主要是弥补设计或施工中不可预见的损失。•
持荷2分钟目的：主要是为了加速钢筋松弛的早发展。
4、张拉力计算
5、张拉注意事项
（1）混凝土强度要求：张拉时应符合设计要求；若设计无要求
时，不应低于70％C设计。
块体拼装，立缝处混凝土或砂浆强度，不应低于15MPa或40％C设计。（2）多根预应力筋张拉：当不可能同时张拉时，宜分批、分阶
段、对称地张拉。（3）重叠多层张拉：现场生产构件，重叠多层构件中预应力的施加，其损失自上而下逐层增加。
重叠构件张拉宜先上后下，超张拉应力
依次增加。（4）张拉方式的影响
－－主要是克服、减小摩阻力的影响
① 一端张拉：构件长度小于24米的直线预应力筋。
② 两端同时张拉：构件长度大于24米或曲线预应力筋。
三）孔道灌浆
1、作用
① 保护预应力筋，防锈。
②使预应力筋与混凝土结构形成整体。
2、要求
① 孔道用灰浆应满足强度、粘结力、流动性、干缩性、泌水性要求；
② 灌浆前，混凝土孔道应用压力水冲刷干净并湿润孔壁；
③ 灌浆时，水泥浆应缓慢均匀地泵入，不得中断；
④ 灌浆顺序应先下后上，以免上层孔道漏浆而将下层孔道堵塞。
第四节 无粘结预应力混凝土结构施工 后张法预应力施工工艺：
有粘结：预应力筋与混凝土之间灌浆成永久性粘结。
无粘结：预应力筋与混凝土之间可永久性相对滑动。无粘结预应力施工方法是后张法预应力混凝土的发展。
• 1.无粘结预应力筋的制作
无粘结预应力筋的制作是无粘结后张预应力混凝土施工中的主要工序。无粘结筋一般由钢丝、钢绞线等柔性较好的预应力钢材制作，当用电热法张拉时，亦可用冷拉钢筋制作
• 2.无粘结筋的铺放
无粘结筋的铺设工序通常在绑扎完底筋后进行。无粘结筋铺放的曲率，可用垫铁马凳，或其他构造措施控制。其放置间距不宜大于2m，用铁丝与非预应力筋扎紧。铺设双向配筋的无粘结筋时，应先铺低的，再铺高的，应尽量避免两个方向的无粘结筋相互穿插编结。绑扎无粘结筋时，应先在两端拉紧，同时从中间往两端绑扎定位。
浇筑混凝土前应对无粘结筋进行检查验收，如各控制点的矢高；塑料保护套有无脱落和歪斜；固定端镦头与锚板是否贴紧；无粘结筋涂层有无破损等；合格后方可浇筑混凝土
• 3．无粘结筋的张拉
无粘结预应力束的张拉与有粘结预应力钢丝束的张拉相似。张拉程序一般采用0－103%，然后进行锚固。由于无粘结预应力束为曲线配筋，固应采用两端同时张拉。
成束无粘结筋正式张拉前，宜先用千斤顶往复抽动几次，以降低张拉摩擦损失。实验表明，进行三次张拉时，第三次的摩阻损失值可比第一次降低16.8~49.1%。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，但滑脱或断裂的根数，不应超过结构同一截面钢丝总根数的2％。
• 4．锚头端部的处理
无粘结预应力束通常采用镦头锚具，外径较大，钢丝束两端留有一定长度的孔道，其直径略大于锚具的外径。钢丝束张拉锚固以后，其端部便留下孔道，且该部分钢丝没有涂层，必须采取保护措施，防止钢丝锈蚀。
无粘结预应力束锚头端部处理的办法，目前常用的有两种办法：一是在孔道中注入油脂并加以封闭。二是在两端留设的孔道内注入环氧树脂水泥砂浆，将端部孔道全部灌注密实，以防预应力筋发生局部锈蚀。灌筑用环氧树脂水泥砂浆的强度不得低于35Mpa。灌浆时同时将锚杯内也用环氧树脂水泥砂浆封闭，即可防止钢丝锈蚀，又可起一定的锚固作用。最后浇筑混凝土或外包钢筋混凝土，或用环氧砂浆将锚具封闭。用混凝土做堵头封闭时，要防止产生收缩裂缝。当不能采用混凝土或环氧砂浆作封闭保护时，预应力筋锚具要全部涂刷抗锈漆或油脂，并加其他保护措施 第五节 整体预应力结构施工
整体预应力板柱结构体系简介
以预制楼板和柱为基本构件。柱截面尺寸常为30cm×30cm、35cm×35cm、40cm×40cm。楼板一般预制成20cm厚的整块密肋楼板。板与柱接触面间的立缝中灌入砂浆或细石混凝土形成平接接头，在楼板与楼板之间的明槽中设置直线形或折线形预应力筋，然后对整个楼层施加双向预应力，使之形成整体空间结构。楼板依靠预应力的静摩擦力支承在柱上，板柱之间形成预应力摩擦节点。这是一种新型的结构体系，它改变了传统的“搁支传力”的习惯做法。板柱之间形成的摩擦节点是整体预应力板柱结构的关键部位。摩擦节点在双向预应力作用下，加上垂直荷载，节点处于三向受压状态，具有良好的强度和刚度，节点核芯区柱的混凝土具有较强的抗剪能力，这对抗震十分有利。
学习目的：掌握先张法与后张法各自的特点和适用情况。
掌握预应力损失的原因。
掌握预应力施工的步骤和注意事项。
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