1第四章預應力混凝土工程第一節(jié)概述一、預應力混凝土的特點：預應力混凝土結構的特點：截面小、剛度大、抗裂性、耐久性好。預應力的原理：在結構或構件承受使用荷載前，對受拉區(qū)的混凝土預先施加壓應力,以抵消或減少使用荷載作用下產生的拉應力。施加預應力的目的：提高結構或構件的抗裂度；提高結構或構件的剛度；充分發(fā)揮高強鋼材的作用；把散件拼成整體。2二、預應力鋼筋的種類

為了獲得較大的預應力，預應力筋常用高強度鋼材，目前較常見的有以下六種：（1）冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲是由直徑6~10mm的I級鋼筋在常溫下通過拔絲模冷拔而成，一般拔至直徑3~5mm。冷拔鋼絲強度比原材料屈服強度顯著提高，但塑性降低，是適用于小型構件的預應力筋。（2）冷拉鋼筋

冷拉鋼筋是將Ⅱ~Ⅲ級熱軋鋼筋在常溫下通過張拉到超過屈服點某一應力，使其產生一定的塑佳變形后卸荷，再經時效處理而成。這樣鋼筋的塑性和彈性模量有所降低而屈服強度和硬度有所提高，可直接用做預應力筋。3（3）碳素鋼絲

碳素鋼絲是由高碳鋼盤條經淬火、酸洗、拉拔制成。為了消除鋼絲拉拔中產生的內應力，還需經過矯直回火處理。鋼絲直徑一般為3~8mm，最大為12mm，其中3~4mm直徑鋼絲主要用于先張法，5~8mm直徑鋼絲用于后張法。鋼絲強度高，表面光滑，用作先張法預應力筋時，為了保證高強鋼絲與混凝土具有可靠的粘結，鋼絲的表面需經過刻痕處理，如圖所示。4（4）鋼絞線

鋼絞線一般是由6根碳素鋼絲圍繞一根中心鋼絲在絞絲機上絞成螺旋狀，再經低溫回火制成。圖4-2為預應力鋼絞線截面圖。鋼絞線的直徑較大，一般為9~15mm，比較柔軟，施工方便，但價格比鋼絲貴。鋼絞線的強度較高，目前已有標準抗拉強度接近2000N/mm2的高強、低松弛的鋼絞線應用于工程中。5（5）熱處理鋼筋

熱處理鋼筋是由普通熱軋中碳合金鋼筋經淬火和回火調質熱處理制成。具有高強度、高韌性和高粘結力等優(yōu)點，直徑為6~10mm。成品鋼筋為直徑2m的彈性盤卷，開盤后自行伸直，每盤長度為l00~120m。熱處理鋼筋的螺紋外形，有帶縱肋和無縱肋兩種，如圖4-3所示。6（6）精軋螺紋鋼筋

精軋螺紋鋼筋是用熱軋方法在鋼筋表面上軋出不帶肋的螺紋外形，如圖4-4所示。鋼筋的接長用連接螺紋套筒，端頭錨固用螺母。這種高強度鋼筋具有錨固簡單、施工方便、無需焊接等優(yōu)點。目前國內生產的精軋螺紋鋼筋品種有Φ25和Φ32，其屈服點為750MPa和900MPa兩種。7三、對混凝土的要求

在預應力混凝土結構中，一般要求混凝土的強度等級不低于C30。當采用碳素鋼絲、鋼絞線、Ⅴ級鋼筋（熱處理）作預應力鋼筋時，混凝土的強度等級不低于C40。目前，在一些重要的預應力混凝土結構中，已開始采用C50～C60的高強混凝土，并逐步向更高強度等級的混凝土發(fā)展。在預應力混凝土構件的施工中，不能摻用對鋼筋有侵蝕作用的氯鹽、氯化鈉等，否則會發(fā)生嚴重的質量事故。四、預應力的施加方法

預應力的施如方法，根據與構件制作相比較的先后順序分為先張法、后張法兩大類。按鋼筋的張拉方法又分為機械張拉和電熱張拉，后張法中因施工工藝的不同，又可分為一般后張法、后張自錨法、無粘結后張法、電熱法等。8第二節(jié)先張法先張法：預制構件廠生產定型的中小型構件，也常用于生產預應力橋跨結構等。例如，樓板、屋面板、吊車梁、薄腹梁……

先張法臺座法：預應力筋的張拉、錨固、構件澆筑、養(yǎng)護和預應力

筋的放松等工序都在臺座上進行，

預應力筋的張拉力由臺座承受；臺模法：為機組流水、傳送帶生產方法，

預應力筋的張拉力由鋼臺模承受。9夾具橫梁臺面10張拉機具和夾具

夾具本身須具備自鎖和自錨能力。

自鎖即錐銷、齒板或鍥塊打入后不會反彈而脫出的能力；

自錨即預應力筋張拉中能可靠地錨固而不被從夾具中拉出的能力。

11以錐銷式夾具為例，錐銷在頂壓力Q作用下打入套筒，如圖：Q的作用下，產生：正壓力N，摩擦力

Nμ1錐銷的受力平衡Q－

nNμ1cosα－nN

sinα＝0

式中n－－錨固的預應力筋根數，

μ1

－－預應力筋與錐銷間的摩擦系數。

因為μ1=tanφ1(φ1為預應力筋與錐銷間的摩擦角），代入上式得

Q＝

ntanφ1

N

cosα+nN

sinα12錨固后，由于預應力筋內縮，正應力變?yōu)镹’，

由于錐銷有回彈趨勢，故摩阻力N’μ1反向以阻止回彈。為使錐銷自鎖，則需滿足下式：

即，

nN’μ1cosα≥n

N

’

sinα以μ1=tanφ1代入上式得：

ntanφ1N’

cosα≥n

N

’

sinα

tanφ1≥

tanα故夾具的自鎖條件：α≤φ1

錐銷式夾具能夠自鎖，α角≤錐銷與預應力筋間的摩擦角φ1

。13張拉中預應力筋在F力作用下有向孔道內滑動的趨勢：

其中F=μ2

Ncosα+Nsinα夾具自錨條件：阻止預應力筋滑動的摩阻力≥預應力筋的拉力F，即μ1N

因此α、μ2愈小，μ1愈大，則夾具的自錨性能愈好。

這就要求：錐銷的硬度（HRC40～45）大于預應力筋的硬度，

預應力筋的硬度要大于套筒的硬度。

α角一般為4°～6°：過大時自鎖和自錨性能差；過小則套筒承受的環(huán)向張力過大。14鋼筋的張拉機具

鋼筋的張拉，分單根張拉和多根成組張拉。較小直徑鋼筋：在長線臺座上可用卷揚機張拉；直徑12-20mm的單根鋼筋、鋼絞線或鋼絲束：可用YC-20型穿心式千斤頂張拉。15第三節(jié)后張法后張法的工藝流程：混凝土結構或構件澆筑及留孔→養(yǎng)護拆?！?/p>

孔道穿筋→預應力張拉（混凝土達75%強度后）→固定及端部處

理→孔道灌漿→孔道養(yǎng)護（達15N/mm2、混凝土達100%后）→

預制構件的移動、吊裝。適于：大型構件的制作、或結構的現場施工，

亦可作為一種預制構件的拼裝手段。特點：直接在構件上張拉預應力筋、不需臺座；

工序多、工藝復雜，

錨具是預應力構件的一個組成部分，錨具不能重復利用。16

17一、錨具和預應力筋制作（一）錨具

1.錨固性能要求：錨具須具有可靠的錨固能力。錨具分為兩類：按錨固性能

錨具性能 Ⅰ類Ⅱ類 錨具效率系數ηa≥0.95ηa≥0.9錨具的總應變εu≥2.0%εu≥1.7%I類錨具：適用于承受動、靜荷載的預應力混凝土結構。Ⅱ類錨具：僅適用于有粘結預應力混凝土結構，

且錨具處于預應力筋應力變化不大的部位。182.錨具的種類錨具的種類很多，不同類型的預應力筋所配用的錨具不同，常用的錨具有以下幾種：（1）螺絲端桿錨具－－適用于直徑18～36mm的Ⅱ，Ⅲ級預應力鋼筋由螺絲端桿、螺母和墊板三部分組成。錨具長度一般為320mm，當為一端張拉或預應力筋的長度較長時，螺桿的長度應增加30～50mm。19螺絲端桿與預應力筋用對焊連接，并在預應力筋冷拉之前進行。螺絲端桿錨具設于張拉端，與其配套的張拉設備有YL-60型拉桿式千斤頂或YC—60型、YC-20型及YC-18型穿心式千斤頂。型號有LMl8～LM36，如圖：20（2）幫條錨具－－適用于粗鋼筋作預應力筋幫條錨具由幫條和襯板組成。幫條采用與預應力筋同級別的鋼筋，襯板采用普通低碳鋼的鋼板。幫條錨具的三根幫條應成120o均勻布置，并垂直于襯板與預應力筋焊接牢固。幫條焊接亦宜在鋼筋冷拉前進行，焊接時需防止燒傷預應力筋。21（3）鐓頭錨具－－適用于錨固任意根數φs5與φs7鋼絲束。常用的鐓頭錨具分A型與B型：

A型由錨環(huán)與螺母組成，可用于張拉端；

B型為錨板，用于固定端。鐓頭錨具的滑移值不應大于1mm。鐓頭錨具的鐓頭強度，不得低于鋼絲規(guī)定抗拉強度的98％。22（4）錐形螺桿錨具－－適用于錨固14～28根直徑5mm的鋼絲束。由錐形螺桿、套筒、螺母等組成。錐形螺桿錨具與YL-60，YL-90拉桿式千斤頂配套使用，YC-60，YC-90穿心式千斤頂亦可應用。23（5）鋼質錐形錨具－－適用于錐錨式雙作用千斤頂張拉的鋼絲束。由錨環(huán)和錨塞，錨塞上刻有細齒槽，夾緊鋼絲防止滑動。24（6）JMl2型錨具－－適用于錨固3～6根IV級直徑為12mm的光圓鋼筋、

3～6根Ⅳ級直徑為12mm的螺紋鋼筋、

5～6束直徑為12mm的鋼絞線。25JMl2型錨具性能好：錨固時鋼筋束或鋼絞線束被單根夾緊，不受直徑誤差的影響，且預應力筋是在呈直線狀態(tài)下被張拉和錨固，受力性能好。JMl2型錨具是楔塊原理的錨具，既可是張拉端的錨具，亦可是固定端的錨具或作為重復使用的工具錨。JM12型錨具宜選用相應的YC-60型穿心式千斤頂來張拉預應力筋。JMl2型錨具，由錨環(huán)和夾片組成。規(guī)格有：光JM12–3至JM12-6、

螺JMl2–3至JM12-6、

絞JMl2–5至JMl2–6，等十種。26（7）KT-Z型錨具－－適用于

錨固3～6根直徑為12mm的Ⅲ級鋼筋和直徑為12mm的Ⅳ級鋼筋束，

錨固3～6根φj12(7φ4)鋼絞線束。KT-Z型錨具，是一種可鍛鑄鐵錐形錨具，由錨塞和錨環(huán)組成。錨具為半埋式，使用時先將錨環(huán)小頭嵌入承壓鋼板中，并用斷續(xù)焊縫焊牢，然后共同預埋在構件端部。

KT-Z型錨具，用于螺紋鋼筋束時，宜用錐錨式雙作用千斤頂張拉；

用于鋼絞線束，則宜用YC-60型雙作用千斤頂張拉。27（8）多孔夾片錨具錨固方式：在一塊多孔的錨板上，利用每個錐形孔裝一副夾片夾持一根鋼絞線的一種鍥緊式錨具。優(yōu)點：任何一根鋼絞線錨固失效，都不會引起整束錨固失效，并且每束鋼絞線的根數不受限制，但構件端部需要擴孔。被廣泛應用于現代預應力混凝土工程。主要的產品有：XM型錨具、281）XM型錨具－－由錨板與三片夾片組成。

是一種新型錨具，具有通用性強、性能可靠、施工方便、便于高空作業(yè)的特點。適用于：鋼絞線束、鋼絲束，單根、多根預應力筋，

3～37φj15鋼絞線束或3～12根φs5鋼絲束。錨固多根預應力筋時：既可單根張拉、逐根錨固，

又可成組張拉，成組錨固?？捎米鞴ぷ麇^具，又可用作工具錨具。292）QM型錨具－－由錨板與夾片組成。

QM型錨固體系配有專門的工具錨，以保證每次張拉后退鍥方便，并減少安裝工具錨所花費的時間。適用于錨固4～31φj12.7鋼絞線或3～19根φj15鋼絞線。303）BS型錨具適用于錨固3～55φj15鋼絞線，錨下采用鋼墊板、焊接喇叭管與螺旋筋。灌漿孔設置在喇叭管上，由塑料管引出。31（二）預應力筋的制作1．單根粗鋼筋（1）張拉位置：由構件的長度、張拉工藝要求，可一端張拉、或兩端張拉。張拉端：螺絲端桿錨具；固定端：螺絲端桿錨具、幫條錨具、或鐓頭錨具。（2）制作工序：下料、對焊、冷拉等。（3）下料長度計算

下料長度計算依據對焊接頭或鐓粗頭的壓縮量(每個接頭20～30mm)張拉伸長值冷拉率、冷拉彈性回縮率(0.4～0.6％)構件長度錨具種類：外露孔道外的長度螺絲端桿：

120～150mm。幫條錨具：鐓頭錨具：視錨具尺寸。32

預應力鋼筋下料長度計算的兩種情況：；。a)兩端采用螺絲端桿錨具的預應力筋b)一端用螺絲端桿另一端用幫條錨具33a)當兩端用螺絲端桿錨具時——預應力筋鋼筋部分的下料長度

L為：式中l(wèi)1——構件的孔道長度；l2——螺絲端桿錨具的外露長度；

l5——螺絲端桿的長度；d——對焊接頭的壓縮量(約為鋼筋直徑)；

n——對焊接頭的數量(包括鋼筋與螺絲端桿)、；

γ——鋼筋冷拉伸長率(由試驗確定)；

δ——鋼筋冷拉彈性回縮率(由試驗確定)。34b)當一端用螺桿、一端用幫條時——預應力筋鋼筋部分的下料長度

L為：式中l(wèi)1——構件的孔道長度；l2——螺絲端桿錨具的外露長度；

l3——幫條錨具的長度；

l5——螺絲端桿的長度；

n

、d、γ

、δ——均同前。352.鋼絲束（1）制作工序：調直、下料、編束、安裝錨具等。（2）下料長度計算用鐓頭錨具錨固的鋼絲束：

下料長度要求精確（相對誤差要控制在L／5000以內、且不大于5mm）、

在應力狀態(tài)下切斷下料（下料的控制應力為300N/mm2）。

鋼絲下料長度，取決于是A型或B型錨具以及一端張拉或兩端張拉。其中，，a－－張拉端留量（600～850mm，由機具定），

b－－非張拉端外露長度（80～100mm）。下料長度l兩端張拉：l

＝l0＋2a一端張拉：l＝l0＋a＋b36

錐形螺桿錨具的安裝需經過預緊，用千斤頂和工具式預緊器以110％～130％的張拉控制應力預緊，將鋼絲束牢固地錨固在錨具內，如圖，用錐形螺桿錨固的鋼絲束：經過矯直的鋼絲可以在非應力狀態(tài)下料。為防止鋼絲扭結，必須進行編束，

如圖，將編好的鋼絲簾繞襯圈圍成圓束綁

扎牢固。373.預應力鋼筋束和鋼絞線束

鋼筋束和鋼絞線束具有強度高、柔性好的優(yōu)點，目前常用的錨具有JM12型、精鑄JM12型、KT-Z型(可鍛鑄鐵錐形)以及XM型錨具。鋼筋束、熱處理鋼筋和鋼絞線是成盤狀供應，長度較長，不需要對焊接長。其制作工序是：開盤→下料→編束。

下料時，宜采用切斷機或砂輪鋸切機，不得采用電弧切割。鋼絞線在切斷前，在切口兩側各50mm處，應用鉛絲綁扎，以免鋼絞線松散。編束是將鋼絞線理順后，用鉛絲每隔1.0m左右綁扎成束，在穿筋時應注意防止扭結。預應力筋的下料長度，主要與張拉設備和選用的錨具有關。一般為孔道長度加上錨具與張拉設備的長度，并考慮100mm左右的預應力筋外露長度。38二、張拉機具設備

張拉設備組成：液壓千斤頂、高壓油泵、外接油管。（一）液壓千斤頂預應力用液壓千斤頂是以高壓油泵驅動，完成預應力筋的張拉、錨固和千斤頂的回程動作。按機型不同分為：拉桿式千斤頂、穿心式千斤頂、錐錨式千斤頂等；按使用功能不同可分為：單作用千斤頂和雙作用、三作用千斤頂；張拉的噸位≤250kN為小噸位，在250～1000kN之間為中噸位，大于1000kN為大噸位千斤頂。391、拉桿式千斤頂拉桿式千斤頂組成：主油缸、主缸活塞、回油缸、回油活塞、連接器、傳力架、活塞拉桿等。拉桿式千斤頂張拉時的工作示意圖，如圖。常用是YL60型拉桿式千斤頂。還有YL400型、YL500型千斤頂，可用于張拉大噸位鐓頭錨具，張拉力分別為4000kN和5000kN。402、穿心式千斤頂穿心式千斤頂，是利用雙液壓缸張拉預應力筋和頂壓錨具的雙作用千斤頂。穿心式千斤頂適用于張拉帶JM型錨具的鋼筋束或鋼絞線束。JM12型錨具和YC-60型千斤頂的安裝示意，如圖。系列產品有YC20D，

YC60與YC120型千斤頂。大跨度結構、長鋼絲束等

引伸量大者，用穿心式千

斤頂為宜。41YC-60型千斤頂的構造、構造示意，如圖。配上撐腳與拉桿后，也可作為拉桿式千斤頂張拉帶螺絲端桿錨具和鐓頭錨具的預應力筋423、錐錨式千斤頂錐錨式千斤頂是具有張拉、頂錨和退楔功能的三作用千斤頂，僅用于張拉：帶鋼質錐形錨具的鋼絲束。錐錨式千斤頂系列產品有：YZ38，YZ60、YZ85型。錐錨式千斤頂組成：張拉油缸、頂壓油缸、退楔裝置、楔形卡環(huán)、退楔翼片等，如圖，43高壓油泵是向液壓千斤頂各個油缸供油、使其活塞按照一定速度伸出或回縮的主要設備。高壓油泵分手動和電動兩類，一般的額定壓力為40～80Mpa。千斤頂張拉預應力筋時，張拉力的大小是通過油泵上的油壓表的讀數來控制的。油壓表的讀數表示千斤項張拉油缸活塞單位面積的油壓力。（二）高壓油泵44三、后張法施工工藝后張法施工步驟：先制作構件，預留孔道；待構件混凝土達到規(guī)定強度后，在孔道內穿放預應力筋，預應力張拉并錨固；最后孔道灌漿。45（一）孔道留設1、要求：位置準確；內壁光滑；端部預埋鋼板垂直于孔道軸線（中心線）；直徑、長度、形狀滿足設計要求（直徑與錨具及筋有關）；在設計規(guī)定位置留設灌漿孔（兩端和中間每隔12m）直徑20mm，并在構件兩端各設一個排氣孔。2、方法：（1）鋼管抽芯法——僅用于直孔留設，施工要求：鋼管應平直、光滑，用前刷油；每根鋼管長≯15米，每端伸出500mm；兩根管接長，中間用木塞及套管連接；構件中用鋼筋井字架固定，@≯1米；澆混凝土后每10～15分鐘轉動一次；混凝土初凝后、終凝前抽管；抽管先上后下，邊轉邊拔。鋼管的連接46（2）膠管抽芯法——用于長孔或曲線孔，施工要求：管內充氣或充水達到形狀要求，有一定剛度或充壓；鋼筋井字架@≯0.5米；混凝土達一定強度后拔管。膠管的封端處理膠管與閥門連接47（3）預埋波紋管法：可先穿放預應力筋，接頭嚴密，有一定剛度；

施工要求：井字架@≯0.8米；灌漿孔間距≯30米；波峰設排氣泌水管。后張法－－預埋波紋管的施工：錄像螺旋管的連接螺旋管上留灌漿孔螺旋管的固定48（二）預應力筋張拉張拉預應力筋時，構件混凝土的強度應按設計規(guī)定，如設計無規(guī)定則不宜低于混凝土標準強度的75％。后張法預應力筋的張拉應注意下列問題：（1）后張法預應力筋的張拉程序：

與所采用的錨具種類有關。

為減少松弛損失，張拉程序一般與先張法相同。（2）對配有多根預應力筋的構件，應分批、對稱地進行張拉。對稱張拉是為避免張拉時構件截面呈過大的偏心受壓狀態(tài)。49

分批張拉，要考慮后批預應力筋張拉時產生的混凝土彈性壓縮，會對先批張拉的預應力筋的張拉應力產生影響。為此，先批張拉的預應力筋的張拉應力應增加αEσpc：及式中Es——預應力筋的彈性模量；

Ec——混凝土的彈性模量；

σpc——張拉后批預應力筋時，對已張拉的預應力筋重心處混凝土產

生的法向應力；

σcon——張拉控制應力；

σl1

——預應力筋的第一批應力損失(包括錨具變形和摩擦損失)；

Ap——后批張拉的預應力筋的截面積；

A

n——構件混凝土的凈截面面積(包括構件鋼筋的折算面積)。50

（3）對平臥疊澆的預應力混凝土構件：

上層構件的重量產生的水平摩阻力，會阻止下層構件在預應力筋張拉時混凝土彈性壓縮的自由變形，待上層構件起吊后，由于摩阻力影響消失會增加混凝土彈性壓縮的變形，從而引起預應力損失。該損失值隨構件形式、隔離層和張拉方式而不同。采取逐層加大超張拉的辦法，彌補該預應力損失。

但底層超張拉值不宜比頂層張拉力大5％(鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋)，

或9％(冷拉～級鋼筋)。

如隔離層的隔離效果好，也可采用同一張拉應力值。51

（4）為減少預應力筋與預留孔孔壁摩擦而引起的應力損失：長度＞30m直孔、曲線孔——

兩端張拉。鋼管抽芯法膠管抽芯法長度≤24m直孔——

一端張拉（多根筋時，張拉端設在結構兩端）長度>24m直孔、曲線孔

——

兩端張拉（一端錨固后，另一端補足再錨固）埋波紋管法長度≤30m直孔——

一端張拉52（三）孔道灌漿

1.目的：防止生銹；增加整體性。2.基本要求：（盡早進行，飽滿、密實）

①水泥≮32.5級普通硅酸鹽水泥；②水泥漿強度≮30MPa；③水灰比～0.4，不得大于0.45；④泌水率：拌后三小時宜≯2%，最大≯3%；⑤可摻無腐蝕性外加劑：鋁粉（水泥重的0.5～1/萬）、

木鈣（0.25%）、微膨脹劑；⑥孔道濕、潔凈，由下層孔到上層；⑦灌滿孔道并封閉排氣孔后，加壓0.5～0.6MPa，稍后再封閉灌漿孔；⑧不摻外