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1、第二章 材料与张锚体系,唐 兴 荣博 士、教 授苏州科技学院土木工程学院二OO九年一月,第一节 预应力材料,一、预应力钢材 预应力钢材的发展趋势：高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀1、金属预应力筋 碳素钢丝（高强钢丝）直径3mm9mm，抗拉强度标准值1470、1570、1670、1770N/mm2 含碳量0.5%0.9%的优质高碳钢盘条经索氏体化处理、酸冼、镀铜或磷化后经几次冷拔而成 高碳钢 冷拔 冷拔钢丝 低温（一般低于500度）矫直处理 矫直回火钢丝（消除应力钢丝）稳定化处理（在一定温度（300度）和拉应力下进行应力消除回火处理、然后冷却至常温）低松弛钢丝 另外，还有刻痕钢丝、镀锌钢丝等。,钢
2、筋 热处理钢筋 由IV级钢经过调质热处理而成 直径为6mm、8.2mm、10mm 盘径2米、开盘后自行伸直，每根长100m120m 抗拉强度标准值1470N/mm2 精轧螺纹钢筋（只适用于直线预应力筋）用热轧方法在整根钢筋表面上轧出不带肋的螺纹外形的粗钢筋（直径25mm、32mm）螺锚固定+精轧螺纹钢筋+螺丝套筒连接+精轧螺纹钢筋+螺锚固定 冷拉钢筋 普通低合金钢冷拉至钢筋强化阶段，然后卸载而成 冷拉II级、冷拉III级、冷拉IV级，抗拉强度标准值450 700N/mm2 GB50010-2002：预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可用热处理钢筋,钢绞线 多根（2、3、7或19股）冷拔钢丝
3、在绞线机上扭绞而成 7股钢绞线是国内外应用最广泛的一种预应力筋,2、非金属预应力筋 用纤维增强塑料（FRP）制成的预应力筋，主要有 碳纤维增强塑料（Carbin-Fiber-Reinforced-Polymers,简写CFRP）玻璃纤维增强塑料（Glass-Fiber-Reinforced-Polymers,简写GFRP）纺纶纤维增强塑料（A-Fiber-Reinforced-Polymers,简写AFRP）,FRP预应力筋的基本特点 抗拉强度高、抗腐蚀性能良好、重量小、热膨胀系数与混凝土接近、抗磁性能好、耐疲劳性能优良、弹性模量小、抗剪强度低等,目前，FRP预应力筋以及FRP预应力筋混凝土结
4、构的力学性能仍处于研究或试用阶段，但FRP预应力筋在未来将具有广阔的应用前景,3、非预应力筋 预应力混凝土结构中的非预应力筋同钢筋混凝土结构中的钢筋 GB500102002：宜采用HRB400级钢筋、HRB335级钢筋，也可采用HPB235级钢筋和RRB400级钢筋二、混凝土1、对混凝土的要求 高强度 采用高强混凝土与高强预应力筋可充分发挥材料强度 具有较高的弹性模量 具有较高的抗拉强度，提高局部承压强度和粘结性能 GB50010-2002：预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30 当采用预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40 低收缩、低徐变 减小由混
5、凝土收缩、徐变产生的预应力损失 有效地控制预应力混凝土结构的徐变变形 快硬、早强 可尽快施加预应力，加快施工进度，提高设备及模板的利用率 高效减水剂（超塑化剂）：磺化煤礁油系减水剂国内常用的商品高效减水剂 树脂系减水剂,2、高性能混凝土 1990年美国混凝土学会（ACI）及美国国家标准和技术研究院（NIST）首次提出高性能混凝土（HPC）概念 High Performance Concrete(in short“HPC”)高性能混凝土（HPC）的定义美国混凝土学会（ACI）及美国国家标准和技术研究院（NIST）：具有所要求性能（包括易灌注、易密实，不离析、能长期保持优越的力学性能，早期强度高、
6、韧性好，体积稳定，在恶劣环境下使用寿命长等）的均质混凝土。美国战略性公路研究计划（SHRP）：具有 最大水灰比为0.35 最小耐久性系数为按照美国材料与试验协会ASTMC666工序A确定的80%最小强度或为灌注后4h内达21Mpa（甚早强）或为24h内达34Mpa（高早强）或为28d内达69Mpa（甚高强）高性能混凝土的特性 高性能混凝土根据耐久性与强度两方面要求，来选择确定混凝土组成材料和配合比。与普通混凝土相比，HPC在组成与配合比方面有如下特点：使用矿物掺和料（硅灰、粒状高炉碱矿渣）低水胶比（0.35）最大骨料粒径小 高效减水剂与水泥的相容性好,第二节 孔道与灌浆材料,一、留孔（后张法预
7、应力混凝土结构构件）预留孔道的成孔方式 抽拔式制孔器：橡胶管（用钢丝网加劲）抽芯（在混凝土初凝期）埋入式制孔器：圆形金属波纹管（波纹高度：单波纹为2.5mm，双波纹为3.5mm，每节波纹管长度4m 6m）,国内后张法预应力混凝土结构构件大吨位曲线束、多跨连续曲线束和空间曲线束的留孔法普遍采用波纹管留孔,预留孔道的构造,孔道直径=预应力钢筋束外径及需穿过孔道的锚具外径+10mm15mm,预制预应力构件孔道间的净距25mm；孔道至构件边缘的净距25mm，且孔道直径/2,框架梁中曲线预应力钢筋束在竖直方向的净距1倍束径，水平方向净距1.5倍的束径；从孔壁算起的预应力钢筋保护层厚度：梁底50mm，梁侧
8、40mm,塑料（聚丙烯或高密度聚乙烯）波纹管特点：耐腐蚀性好 孔道摩擦损失小 有利于提高后张预应力结构的抗疲劳性能,二、灌浆材料（后张法有粘结预应力混凝土结构构件）灌浆孔、排气孔、排水孔与泌水管 灌浆孔：进水泥浆 排气孔：保证孔道内气流通畅以及水泥浆充满孔道，不形成死角 灌浆孔或排气孔一般设置在构件两端及跨中处，其孔距不宜大于12m。在跨内最高点处应设在孔道上侧方，在跨内低点处应设在孔道下侧方 排水孔：排除灌浆前孔道内冲洗用水或养护时进入孔道内的水份 设置在每跨曲线孔道的最低点，开口向下 泌水管：排除孔道灌浆后水泥浆的泌水，并可二次补水泥浆 泌水管应设在每跨曲线孔道的最高点处，开口向上，露出梁
9、面一般500mm。泌水灌与灌浆孔统一设置 孔道灌浆材料（纯水泥浆）水灰比0.40.45，水泥浆的强度等级不低于M30。另外可在水泥浆中加入少量的铝粉，使水泥浆在硬化过程中膨胀（其膨胀率不大于5%）,第三节 预应力张锚体系,夹具与锚具 夹具：用于临时锚固先张法预应力筋、可重复使用的锚具 锚具：用于后张法预应力混凝土结构，永久锚固在结构构件上的锚具 对锚具的要求 设计、制作、选择和使用锚具时，应满足以下几项要求：根据设计取用的预应力筋种类、预压力大小及布束的需要选择预应力锚具 安全可靠，其锚具本身具有足够的强度和刚度 构造简单，加工制作方便 施工方便、节约材料、价格低廉 锚具分类 预应力筋用锚具、
10、夹具和连接器应用技术规程（JGJ85-2002），根据锚具的锚固性能（静载锚固性能、疲劳性能和抗震性能）和结构的受力条件 I类锚具：适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构 II类锚具：适用于有粘结预应力混凝土结构且锚具处于预应力变化不大的部位,预应力锚具的种类 锚具（按锚固预应力筋类型）：螺丝端杆锚具、锚固钢丝束锚具、锚固钢绞线或钢筋束锚具 锚具（按锚固的传递预应力的原理）：承压式锚具、摩擦式锚具 锚具（按使用位置）：张拉端锚具、固定端锚具 不同的锚具需要采用不同的张拉千斤顶及液压设备，并有特定的张拉工序和细节要求 常用锚具1、螺丝端杆锚具（支承式锚具）优点：操作简单，受力可靠，滑移量小 缺点
11、：预应力筋下料长度的精度要求高，不能多根锚固 适用于较短的预应力构件及直线预应力构件,2、镦头锚具（支承式锚具）利用钢筋的粗镦头（冷镦、热镦）来锚固预应力钢丝 优点：加工简单、张拉方便、锚固可靠、成本低廉、节约两端伸出预应力钢丝 缺点：钢丝下料长度要求严格、张拉端一般要扩孔，较费人工 适用于单跨结构及直线型构件,张拉端镦头锚具（a）锚杯型；（b）锚环型；（c）锚板型1-钢丝；2-锚杯；3-螺母；4-锚环；5-带螺纹的锚板；6-半圆环垫片,固定端镦头锚具（a）镦头锚板；（b）带锚芯的锚板1-钢丝；2-锚板；3-螺母；4-锚芯,联结器钢丝束的接长 连接器是一个带内螺纹的套筒或带外螺纹的连杆,（a）
12、（b）钢丝束联结器（a）带内螺纹的套筒；（b）带外螺纹的连杆1-钢丝；2-套筒；3-锚板；4-锚杯；5-连杆；6-螺母,3、锥形锚具（摩擦式锚具）弗氏锚具 预应力张拉 预应力钢丝 锚环 混凝土 特制的双作用千斤顶 通过摩擦力 通过承压板 优点：锚固平行的钢丝束 缺点：滑移量大，每根钢丝的应力有差异，锚固损失将达5%张拉控制应力,4、夹片锚具（摩擦式锚具）锚塞（两分式或三分式夹片）+锚板（设锥形的孔洞）+锚垫板 目前常用的夹片式锚具：OVM、HVM、QM、STM、XM、XYM、YM等 主要用于7股4mm和7股5mm的预应力钢绞线，锚固的钢绞线数量从1根几十根,OVM锚具系列（见现代预应力结构设计 P40 图3-1）：柳州欧维姆机械股份有限公司生产，我国应用最广泛的锚具系列为方便施工，将承压板与扩大喇叭孔一体化，用铸铁一次铸成，并按最不利的位置、最低强度等级的混凝土设计了螺旋筋，不需另作局部承压验算,题二 如何理解预应力筋的松弛性能？题三 如何理解混凝土的收缩、徐变的力学性能？题四 收集有关预应力锚具的资料。,
