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1、1,第1讲 预应力材料与机具第2讲 预应力施工,2,第1讲预应力材料及机具,1 概述 2 预应力钢筋 3 预应力锚固体系 4 张拉机具 5 一般规定,挤压器 墩头机,高压油泵 千斤顶,JPM夹片式锚具,挤压式锚具 螺母锚具,压花机,3,1 概述,普通钢筋砼构件的抗拉极限应变只有0.1-0.1510-3。构件砼受拉开裂时，受拉钢筋的应力仅达1/4-1/3，钢筋的抗拉强度未能充分发挥。,1.1 预应力砼工作原理(混凝土为什么要加预应力？）,4,1 概述,预应力砼是在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对砼施加预压应力。使用阶段的构件在外荷载作用下产生拉应力时，先要抵消预压应力（人为的一如某一数值的
2、反向荷载），这就推迟了砼裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高构件的抗裂度和刚度。,预拉区,5,普通钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁,6,1.2 建立预压应力的方法,是通过对受拉区的预应力钢筋进行张拉、锚固、放松，借助预应力钢筋的弹性回缩，使受拉区砼事先获得预压应力来实现的。,砼箱梁中的预应力筋 T梁中的预应力钢丝束,7,预应力砼的种类,按施加预应力方式分,按预应力筋的粘结状态分,按施工方式分,先张法预应力砼,后张法预应力砼,有粘结预应力砼,无粘结预应力砼,预制预应力砼,现浇预应力砼,8,先张法,预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递,后张法,预应力由构件两端锚具实现,比较先、后张法,按施加预应
3、力方式分,9,根据预应力筋与混凝土之间是否存在粘结,有粘结预应力砼,后张法,依靠工作锚具来传递和保持预加应力,这种做法钢筋与砼结为整体称为有粘结力预应力砼。,10,根据预应力筋与混凝土之间是否存在粘结,无粘结预应力砼,无粘结预应力束,无粘结预应力混凝土结构一般指在预应力筋外面涂防腐油脂外包塑料套管防止与混凝土粘结、按后张法制作的预应力混凝土结构。,无粘结预应力与有粘结的施工工艺基本特点相似，区别在于：由于避免了预留孔道、穿预应力筋以及灌浆等施工工艺，无粘结预应力的施工过程较为简单；预应力筋与混凝土无粘结，预应力完全依靠锚具传递，因此对锚具的要求高得多。,11,按施工方式分,预制预应力砼,现浇预
4、应力砼,12,1.4 预应力工艺的应用,1）先张法的应用 先张法主要应用于道路桥梁工程中桥面空心板、简支梁等。在基础工程中应用的预应力方桩及管桩等。,预应力双T板 桥面预应力空心板 预应力方桩,13,2）后张法的应用,后张法不但用于桥梁中的T形梁、箱形梁等构件，且在大跨度的现浇结构及空间结构中的应用也日趋成熟；在特种结构如塔体的竖向预应力,尤其为桥梁工程的悬索结构、斜拉结构提供了丰富的发展空间。,预应力箱梁 竖向预应力 斜拉索张拉,14,2 预应力钢筋,预应力钢筋宜采用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝和低松驰钢铰线，精轧螺纹钢筋等。,预应力钢筋是指在预应力结构中用于建立预加应力的单根或成束的预应力钢丝、钢
5、绞线或钢筋等。,螺旋肋钢丝,刻痕钢丝,15,1）预应力钢绞线,钢绞线是由多根碳素钢丝在绞线机上成螺旋形纹合，并经低温回火消除应力制成。钢绞线的整根破断力大、柔性好，施工方便，具有广阔的发展前景。但价格比钢丝贵。钢绞线可分为光面钢绞线、无粘结钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线、不锈钢钢绞线等。,预应力钢绞线,光面预应力钢绞线,16,(1)光面预应力钢绞线,常用光面钢绞线的规格有13和17两种，直径为8.615.2mm，标准抗拉强度15701860N/mm2。后张法预应力均采用17钢绞线，13钢绞线仅用于先张法构件。（钢束束数及规格：2s15.2-9什么意思？）,光面预应力钢绞线的形式 钢绞线的包
6、装,2s15.2-9：2股预应力钢绞线，每股钢绞线是由9根直径15.2mm的钢绞线拧成的。,17,(2)无粘结钢绞线,是用防腐润滑油脂涂敷在钢绞线表面上、外包塑料护套制成，主要用于后张法中无粘结预应力筋，也可用于暴露或腐蚀环境中的体外索、拉索等。,无粘结钢绞线 无粘结钢绞线生产线,18,2）精轧螺纹钢筋,精轧螺纹钢筋是用热轧方法在钢筋表面上轧出不带肋的螺纹外形。钢筋的接长用连接螺纹套筒，端头锚固用螺母。精轧螺纹钢筋具有锚固简单、施工方便、无需焊接等优点。目前国内生产的精轧螺纹钢筋品种有25和32，其屈服点为750MPa和900MPa两种。,精轧螺纹钢筋外形 精轧螺纹钢筋近照,19,预应力混凝土
7、用螺纹钢筋以屈服强度划分级别，其代号为“PSB”加上规定屈服强度最小值表示。P、S、B分别为Prestressing、Screw、Bars的英文首位字母。PSB830表示屈服强度最小值为830MPa的钢筋，（通常用PSB830 表示）。,2）精轧螺纹钢筋,20,3 预应力锚固体系,预应力锚固体系是预应力混凝土成套技术的重要组成部分，完善的锚固体系通常包括：锚具、夹具、连接器及锚下支撑系统等。,预应力锚固体系总成图,张拉端锚具,锚固端锚具,连接器,波纹管及预应力筋,锚下支撑系统,后张法锚固体系包括锚具、锚垫板和螺旋筋。,21,锚具在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传递到砼(或钢结
8、构)上所用的夹持预应力筋的永久性锚固装置。,工作锚具,锚垫板,螺旋筋,波纹管,预应力筋,锚具和夹具是预应力混凝土构件中锚固与夹持预应力筋的装置，他是预应力锚固体系中的关键件，也是基础件。,22,夹具在先张法构件施工时，用于保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置；在后张法结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋(将张拉力传递到预应力筋）的临时性锚固装置(又称工具锚）,工具锚,张拉台座,夹具,23,3.1 种类及性能要求,1)锚具的种类,24,（a）M15N锚具。M代表锚具；15代表钢绞线的规格为15.24的钢绞线，（我国一般普遍使用的钢绞线强度为1860MP
9、a级的15.24钢绞线）；-N是指所要穿载的钢绞线根数。（b）M13N锚具。M代表锚具（锚具汉语拼音第一个字母）；13代表钢绞线的规格为12.78的钢绞线，（国外一般普遍使用的钢绞线强度为1860MPa级的12.78钢绞线）；-N是指所要穿载的钢绞线根数。,2)锚具的规格,示例：M 15-12,锚具,预应力钢材根数,预应力钢筋直径,锚具的标记由代号、预应力钢筋直径、预应力钢材根数三部份组成,25,3.2 锚具的种类,夹片式锚具分为单孔夹片锚具和多孔夹片锚具，由工作锚板、工作夹片、锚垫板、螺旋筋组成。可锚固预应力钢绞线。也可锚固75、77的预应力钢丝束，主要用作张拉端锚具。具有自动跟进，放张后自
10、动锚固，锚固效率系数高，锚固性能好，安全可靠等特点。,QM夹片式锚具 夹片式锚具的组装,（1）夹片式锚具,26,VLM单孔夹片式锚具 工具锚、工作夹片,张拉端锚具构造图,27,工作锚板（具）,工作（锚）夹片,锚垫板,螺旋筋,波纹管,预应力筋,VLM15(13)多孔夹片式锚具,(适用于后张法施工中的预应力砼构件，岩土锚固等结构之中),灌浆孔,28,工作锚,限位板,工具锚板,工具锚夹片,29,（2）扁形张拉端锚具BM15-N或BM13-N,扁形张拉端锚具由扁形工作锚板、工作夹片、扁形锚垫板、扁形螺旋筋组成。扁锚的张拉端口扁小，钢铰线可逐根张拉亦可整体张拉。适用于低高度箱梁及桥面横向预应力张拉。,张
11、拉好的扁形锚具,扁锚的工作锚板与夹片,多孔夹片式扁锚,扁形工作锚板,工作夹片,锚垫板,螺旋筋,扁形工作锚板,扁锚施工现场,30,31,（3）挤压式锚具（P型）握裹式锚具。（固定端锚具）规格型号表示为：M15P-N或M13P-N,P型锚具是由挤压头、螺旋筋、P型锚板、约束圈组成，它是用挤压机将挤压锚压结在钢绞线上的一种握囊式锚具。适用于构件端布设计应力大或端部空间受到限制的情况，它使用挤压机将挤压套压结在钢绞线上的一种握裹式锚具，它预埋在混凝土内，混凝土凝固到设计强度后，在进行张拉。,固定端P型锚具组件 单孔固定端锚具 VLM挤压套,32,螺旋筋,挤压头,P型锚板,预应力筋,波纹管,VLM固定端
12、P型锚具(挤压式锚具）,(应用于后张预应力构件的固定端，埋入构件中不作张拉用),约束圈,33,P型固定端锚具构造图,挤压好的挤压头,挤压机,在连续梁桥箱梁腹板中预应力钢束固定端的挤压锚安装。,固定端锚具,34,（4）压花式锚具（H型）握裹式锚具,当需要把后张力传至砼时，可采用H型固定端锚具，它包括带梨形自锚头的一段钢绞线、支托梨形自锚头用的钢筋支架、螺旋筋、约束圈等。钢绞线梨形自锚头采用专用的压花机挤压成型。,VLM15型固定端H型锚具,梨形自锚头,预应力筋,螺旋筋,约束圈,波纹管,压花机压花过程,35,压花锚,固定端锚具,36,（5）精轧螺纹钢锚具、连接器,由螺母和垫板组成，可锚固25、32
13、高强精轧螺纹钢筋。连接器主要用于螺纹钢筋的接长。,精轧螺纹钢锚具、连接器,螺母,螺母,垫板,连接器,连接器,螺母,垫板,连接器,预应力筋,37,精轧螺纹钢筋的预应力筋主要用于连续梁桥和连续刚构桥的腹板内竖向预应力筋，提高截面的抗剪能力。,38,（6）镦头锚具,镦头锚体系可张拉P 5、P 7高强钢丝束，常用镦头锚分为A型和B型，A型由锚杯和螺母组成，用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。预应力筋采用钢丝镦头器镦头成型，配套张拉使用YDC系列穿心式千斤顶。主要用于后张法施工中。,DM型镦头锚具 镦头锚具与预应力钢丝束,A型,B型,高强钢丝束,39,已镦好的7钢丝,LD型系列镦头机,40,（7）钢质锥
14、形锚具,钢质锥形锚具(又称弗氏锚具)由锚圈和锚塞组成，可锚固630P 5或1224P 7的高强钢丝束，常用于后张法预应力砼结构和构件中，配套YDZ系列专用千斤顶张拉。,GZ型钢质锥形锚具,张拉好的钢质锥形锚具,锚圈,锚圈,锚塞,锚塞,砼构件,锥形锚具,高强钢丝束,41,QM预应力体系中的JXS、JXL、JXM型夹具是专为先张台座法预应力钢绞线张拉的需要而设计，可适应9.5、12.2、12.7、15.2mm，15.7、17.8mm等规格钢绞线的先张台座张拉。,钢绞线的夹具,JXS型先张夹具,JXM型先张夹具,JXL型先张夹具,3.3 夹具,42,锚固体系除锚具、夹具外，还有钢筋连接器、锚下支承系
15、统等。,在施工中会遇到钢筋长度不足的情况，为接长钢筋满足结构要求，常通过连接器来实现。,普通钢筋的连接,单孔连接器,43,多孔连接器,扁锚连接器,44,多孔连接器,45,多孔连接器及配套护筒,46,桥梁逐跨浇筑逐跨张拉，在跨与跨接缝处预应力钢筋锚具和连接器的安装。,连接器,夹片锚,挤压锚,47,锚下支撑系统包括与锚具相配套的锚垫板、螺旋筋或钢筋网片等，布置在锚固区的混凝土中，作为锚下局部承压、抗劈裂的加强结构。,3、锚下支撑系统,锚垫板,螺旋筋,铸铁承压板固定于端部钢模板上，螺旋筋紧贴铸铁承压板，形成良好的局部承压钢筋加密区。,48,4.张拉设备,预应力张拉设备主要有电动张拉设备和液压张拉设备
16、两大类。电动张拉设备仅用于先张法，液压张拉设备可用于先张法与后张法。液压张拉设备由液压千斤顶、高压油泵和外接油管组成。张拉设备应装有测力仪器，以准确建立预应力值。张拉设备应由专人使用和保管，并定期维护和校验。,前卡式千斤顶,高压油泵,穿心式千斤顶,49,是一种利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶。既可用于需要顶压的夹片锚的整体张拉，配上撑脚与拉杆后，还可张拉镦头锚和冷铸锚。广泛用于先张、后张法的预应力施工。,1.穿心式千斤顶（动画）,千斤顶张拉中,4.2 液压张拉设备,YDC型穿心式千斤顶,50,拉杆式千斤顶为空心拉杆式千斤顶，选用不同的配件可组成几种不同的张拉形式。可张拉JLM精
17、轧螺丝钢锚具等。,2.拉杆式千斤顶（动画）,拉杆式千斤顶构造示意图,YCL拉杆式千斤顶,51,是一种具有张拉、顶锚和退楔功能的三作用千斤顶，专用于张拉及顶压锚固带钢质锥形(弗氏)锚的钢丝束。,3.锥锚式千斤顶（动画）,张拉GZ型锚具实例,YDZ850型千斤顶构造示意图,52,4.前卡式千斤顶,是一种张拉工具锚内置于千斤顶前端的穿心式千斤顶，可自动夹紧和松开工具锚夹片，简化了施工工艺，节省了张拉时间，而且缩短了预应力筋预留张拉长度。主要用于各种有粘结筋和无粘结筋的单根张拉。,YDQ型前卡式千斤顶 前卡式千斤顶张拉中,53,5.扁锚整体张拉千斤顶,是一种整体预应力张拉千斤顶。采用双并列油缸的结构，
18、扁锚采用整体一次张拉，克服了扁锚由于单孔张拉而引起构件应力不均匀，预应力筋延伸量不足，构件扭曲现象，并且可提高施工工效。可广泛用于各种锚固体系的扁锚预应力施工。,54,4.3 高压油泵,高压油泵向液压千斤顶的油缸高压供油。油泵的额定压力应等于或大于千斤顶的额定压力。高压油泵的额定压力为4080MPa。,千斤顶张拉时，张拉力的大小是通过油泵上的油压的读数来控制的。油压表的读数表示千斤顶张拉油缸活塞单位面积的油压力。在理论上如已知张拉力N，活塞面积 A，则可求出张拉时油表的相应读数P。,ZB型油泵,YBZ型高压泵站,55,5 一般规定,在预应力结构中，砼的强度等级不低于C30，当采用钢铰线、钢丝、
19、热处理钢筋作预应力筋时不得低于C40；目前，在一些重要的预应力砼结构中，已开始采用C50C60的高强砼，并逐步向更高强度等级的砼发展。在预应力砼构件的施工中，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。,5.1 预应力砼的材料要求,56,5.2 预应力筋下料及接头,1)预应力筋的下料 预应力筋下料应采用砂轮切割机切割，不得采用电弧焊切割；对需要镦头的钢丝，其切割面应与母材垂直；钢铰线切割前应用铅丝将切割处两端捆扎，防止端头松散。,2)预应力筋的接头 粗钢筋的接头必须使用闪光对焊工艺。高强钢丝和钢绞线严禁有接头，预应力筋的接长必须使用连接器。,57,5.2 预应力筋下料及
20、接头,2)预应力筋的接头 粗钢筋的接头必须使用闪光对焊工艺。高强钢丝和钢绞线严禁有接头，预应力筋的接长必须使用连接器。,58,LB型整体对接式连接器 LB型连接器静载试验,L型周边悬挂式连接器,钢绞线束的接长,59,VLM型单孔连接器 M2L15-1单孔连接器,VLM15(13)BL型扁锚连接器,60,5.3 张控制应力限值,预应力筋的张控制应力限值con不宜超过下表限值，也不宜小于0.4 fptk：,要求提高构件在施工阶段的抗裂性能或抵消由于应力松驰、磨擦、分批张拉、温差等因素产生的应力损失等，采用超张拉工艺时其最大张拉控制应力可提高0.05 fptk。,61,5.4 施加预应力时的砼强度要
21、求,应遵守设计规定。设计无规定时应经计算确定，并不低于设计强度的75%。,62,5.5 张拉设备的校验,为保证预应力筋张拉应力的准确性，应定期、配套校验张拉机具设备及仪表，确定张拉力与油表读数的关系。校验期一般不超过6个月。校正后的千斤顶与油压表必须配套使用。当使用中出现异常或千斤顶维修后，应重新标定。,63,预应力钢筋的验收,包括标牌和外观检查，并按有关规定取样进行力学性能检验。,预应力钢筋出厂，每捆(盘)应挂有二个标牌(上注厂名、品名、规格、生产工艺及日期、批号等)，并有随货同行的出厂质量证明书。每验收批由同一牌号、同一规格、同一生产工艺的预应力钢筋组成，每批数量不超过60t。,1.标牌检
22、查,标牌,标牌,64,2.外观检查,钢丝和钢绞线的外观检查均应逐盘进行。钢丝表面不得有油污、氧化铁皮、裂纹或机械损伤。钢丝直径检查按10%盘选取，但不少于6盘；钢绞线表面不得有油污、锈斑或机械损伤。镀锌、涂环氧钢绞线、无粘结钢绞线等涂层表面应均匀、光滑、无裂纹、无明显折皱。,精轧螺纹钢的外观检查应逐根进行。钢筋表面不得有锈蚀、油污、横向裂缝、结疤。,65,3.力学性能检验,预应力钢丝力学性能检测,预应力钢绞线松弛性能检测,在每批钢绞线中任意选取3盘，每盘在任意位置截取一根试件做拉伸试验，如有某一项试验结果不合标准要求，则该不合格盘报废；另从未经检验过的钢绞线中抽取双倍数量的试件进行复检，如仍有
23、一项不合格，则该批钢绞线判为不合格品。,66,4.运输及存放,预应力筋由于强度高塑性差，在无应力状态下对腐蚀作用比普通钢筋敏感。,预应力钢绞线存放于干燥的仓库中，露天及现场的存放应在地面上放上架设枕木，严禁与潮湿地面直接接触，并加盖篷布或者搭盖防雨棚，尽量缩短存放期限，特殊环境应该在订货中采用防锈包装，预应力钢绞线表面浮锈不影响使用，但锈蚀成目视可见的（麻坑）将影响其力学性能。,67,3)性能要求,应符合国家标准预应力筋用锚具、夹具和连接器GB/T14370-2007。静载锚固性能：锚具应同时满足a0.95，apu2.0%；夹具应满足g0.92。,锚具静载试验机,模拟钢绞线张拉锚具静载试验,68,动载锚固性能：满足循环次数为200万次的疲劳试验要求。,洛氏硬度检测 磁粉探伤无损检验 内孔精确角度检验,锚具的出厂检验,韦氏硬度检测,
