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5 预应力混凝土工程 主要内容：预应力混凝土工程的先张法、后张法的施工工艺，机具设备和施工方法。 学习要求：
5 预应力混凝土工程 主要内容：预应力混凝土工程的先张法、后张法的施工工艺，机具设备和施工方法。 学习要求： 了解预应力混凝土的概念及工程应用中的优点; 掌握先张法施工工艺、预应力筋的控制应力、张拉程序和放张顺序的确定及注意事项； 掌握后张法施工工艺、孔道留设、预应力筋的张拉顺序及孔道灌浆等施工方法及注意事项。
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先张法 本 章 内 容 后张法 无粘结预应力混凝土施工
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先 张 法 先张法：在浇筑混凝土构件之前将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具将其临时固定在台座或钢模上，进行绑扎钢筋，安装铁件，支设模板，然后浇筑混凝土；待混凝土达到规定的强度，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，放松预应力筋，借助于它们之间的粘结力，在预应力筋弹性回缩时，使混凝土构件受拉区的混凝土获得预压应力，如图所示。 先张法施工工艺
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先张法施工准备 1、台座 台座由台面、横梁和承力结构等组成，是先张法生产的主要设备。预应力筋张拉、锚固，混凝土浇筑、振捣和养护及预应力筋放张等全部施工过程都在台座上完成；预应力筋放松前，台座承受全部预应力筋的拉力。因此，台座应有足够的强度、刚度和稳定性。 （1） 墩式台座 墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。台墩和台面共同承受拉力。墩式台座用以生产各种形式的中小型构件。
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① 台墩 台墩是承力结构，由钢筋混凝土浇筑而成。 承力台墩设计时，应进行稳定性和强度验算。稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗滑移验算。抗倾覆系数不得小于1.5，抗滑移系数不得小于1.3。 抗倾覆验算的计算简图如图5.3所示。
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② 台面 台面是预应力构件成型的胎模，要求地基坚实平整，它是在厚150mm夯实碎石垫层上，浇筑60～80mm厚C20混凝土面层，原浆压实抹光而成。台面要求坚硬、平整、光滑，沿其纵向有3%的排水坡度。 ③ 横梁 横梁以墩座牛腿为支承点安装其上，是锚固夹具临时固定预应力筋的支承点，也是张拉机械张拉预应力筋的支座。横梁常采用型钢或钢筋混凝土制作。
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（2） 槽式台座 槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成。 槽式台座既可承受拉力，又可作蒸汽养护槽，适用于张拉吨位较高的大型构件，如屋架、吊车梁等。 槽式台座构造如图5.4所示。 槽式台座需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算。槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力矩及部分张拉力矩组成。
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2、夹具 夹具是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）上的临时性锚固装置。
按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉夹具。 （1）钢丝锚固夹具 圆锥齿板式夹具（锥销夹具），如图5.5所示。 镦头夹具，如图5.6所示。 （2）钢筋锚固夹具 圆套筒三片式夹具，如图5.7所示。 （3）张拉夹具 有月牙形夹具、偏心式夹具、楔形夹具，如图5.8。
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3、张拉设备 (1) 钢丝张拉设备 钢丝张拉分单根张拉和成组张拉。 用钢模以机组流水法或传送带法生产构件时，常采用成组钢丝张拉。
在台座上生产构件一般采用单根钢丝张拉，可采用电动卷扬机（如图5.10）、电动螺杆张拉机（如图5.11）进行张拉。 （2）钢筋长拉设备 常用的是YC-20型穿心式千斤顶，如图5.12所示。
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5.1.2 先张法施工工艺 1、张拉控制应力 张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按设计规定采用。
先张法施工工艺 1、张拉控制应力 张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按设计规定采用。 控制应力的数值直接影响预应力的效果。施工中采用超张拉工艺，使超张拉应力比控制应力提高3%～5%。 预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求。施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高3%～5%，但其最大张拉控制应力不得超过规范规定。
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2、预应力值的校核 预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。 预应力筋理论伸长值ΔL按下式计算：
预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为10% σcon时测量，并加初应力以内的推算伸长值。
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3、张拉前的准备 （1）钢筋的接长与冷拉 钢丝的接长
一般用钢丝拼接器用20～22号铁丝密排绑扎(图5.14)。绑扎长度的规定：冷拔低碳钢丝不得小于40倍钢丝直径；高强度钢丝不得小于80倍钢丝直径。
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预应力钢筋的接长与冷拉 预应力钢筋一般采用冷拉HRB335、HRB400和RRB400热轧钢筋。预应力钢筋的接长及预应力钢筋与螺丝端杆的连接，宜采用对焊连接，且应先焊接后冷拉，以免焊接而降低冷拉后的强度。预应力钢筋的制作，一般有对焊和冷拉两道工序。 预应力钢筋铺设时，钢筋与钢筋、钢筋与螺丝端杆的连接可采用套筒双拼式连接。
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（2）钢筋（丝）的镦头 预应力筋（丝）固定端采用镦头夹具锚固时，钢筋（丝）端头要镦粗形成镦粗头。 镦头一般有热镦和冷镦两种工艺。 热镦在手动电焊机上进行，钢筋（丝）端部在喇叭口紫铜模具内，进行多次脉冲式通电加热、加压形成镦粗头（图5.15）。
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（3）预应力筋的张拉力和伸长值的计算 控制张拉力：FP=σcon·AP·n 超张拉力：F=（103～105）%σcon·AP·n 伸长值：
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4、预应力筋的张拉 张拉程序可按下列之一进行： 或 其中σcon为预应力筋的张拉控制应力 为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用
或 其中σcon为预应力筋的张拉控制应力 为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用 的张力程序。 预应力钢丝张拉工作量大时，宜采用一次张拉程序0→103%σcon。
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5、混凝土的浇筑与养护 为了减少混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失，在确定混凝土配合比时，应优先选用干缩性小的水泥，采用低水灰比，控制水泥用量，对骨料采取良好的级配等技术措施。 预应力钢丝张拉、绑扎钢筋、预埋铁件安装及立模工作完成后，应立即浇筑混凝土，每条生产线应一次连续浇筑完成。
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预应力混凝土可采用自然养护或湿热养护，自然养护不得少于14d。干硬性混凝土浇筑完毕后，应立即覆盖进行养护。
当预应力混凝土采用湿热养护时，要尽量减少由于温度升高而引起的预应力损失。 为了减少温差造成的应力损失，采用湿热养护时，在混凝土未达到一定强度前，温差不要太大，一般不超过20°C。
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6、预应力筋放张 放张预应力筋时，混凝土强度必须符合设计要求。如设计无要求时，不得低于设计混凝土强度标准值的75%。 （1）放张顺序
预应力筋放张顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可按下列要求进行： 承受轴心预应力构件的所有预应力筋应同时放张；承受偏心预压力构件，应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋。 叠层生产的预应力构件，宜按自上而下的顺序进行放松；板类构件放松时，从两边逐渐向中心进行。 如不能满足上述要求时，应分阶段、对称、交错进行。
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（2）放张方法 ①放张单根预应力筋，可用千斤顶放张，如图5.16(a)。 ②构件预应力筋较多时，整批同时放张可采用砂箱、楔块等放松装置。 砂箱装置如图5.16（b）。 楔块放张装置如图5.16（c）。
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后 张 法 原理：后张法是先制作混凝土构件，并在预应力筋的位置预留出相应孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值后（一般不超过混凝土设计强度标准值的75%），穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把预应力筋锚固，最后进行孔道灌浆。 预应力混凝土后张法生产工艺见图5.17所示。 后张法施工工艺流程，如图5.18所示
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传力途径：预应力筋的张拉力主要是靠构件端部的锚具传递给混凝土，使混凝土产生预压应力。
使用条件：后张法施工由于直接在钢筋混凝土构件上进行预应力筋的张拉，所以不需要固定台座设备，不受地点限制，它既适用于预制构件生产，也适用于现场施工大型预应力构件，而且后张法又是预制构件拼装的手段。
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5.2.1 施工设备 1、锚具 作用：锚具是预应力筋张拉和永久固定在预应力混凝土构件上的传递预应力的工具。
施工设备 1、锚具 作用：锚具是预应力筋张拉和永久固定在预应力混凝土构件上的传递预应力的工具。 要求：锚具必须具备可靠的锚固性能，具有足够的强度储备，而且锚具是永久固定在构件上，因此成本应低廉。
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锚具种类 1、单根粗钢筋：如果采用一端张拉，则在张拉端用螺丝端杆锚具，固定端用帮条锚具或镦头锚具；如果采用两端张拉，则两端均用螺丝端杆锚具。
螺丝端杆锚具如图5.19所示。 帮条锚具如图5.20所示。 镦头锚具由镦头和垫板组成。
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2、钢筋束、钢绞线：锚具有JM型（如图5. 23），可用于张拉端或固定端锚具；XM型（如图5
2、钢筋束、钢绞线：锚具有JM型（如图5.23），可用于张拉端或固定端锚具；XM型（如图5.24）；QM型（与XM型的不同）；镦头锚具一般用于固定端。 3、钢丝束： 锥形螺杆锚具（如图5.26） 钢丝束墩头锚具（如图5.27） 钢制锥形锚具（如图5.28）
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2、张拉设备 主要是千斤顶和高压油泵 拉杆式千斤顶（YL型）：主要用于张拉带有螺丝端杆锚具的粗钢筋、锥形螺杆锚具的钢丝束及墩头锚具的钢丝束，如图5.21。 锥锚式双作用千斤顶（YZ型）：如图5.30。 穿心式千斤顶（YC型）：如图5.29。
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3、预应力筋的制作 单根预应力筋：基本程序有：配料、对焊、冷拉等。 钢筋束及钢绞线束：基本程序有：开盘冷拉、下料及编束等。 钢丝束：基本程序有：调直、下料、编束及安装锚具等。
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5.2.2 施工工艺 1、孔道留设 2、预应力筋的张拉 留设方法：钢管抽心法、胶管抽心法、预埋管法。 留设形式：直线、曲线、折线 张拉要求
施工工艺 1、孔道留设 留设方法：钢管抽心法、胶管抽心法、预埋管法。 留设形式：直线、曲线、折线 2、预应力筋的张拉 张拉要求 张拉程序 张拉顺序
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3、孔道灌浆 目的：防止钢筋锈蚀，增加结构的整体耐久性，提高结构的抗裂性和承载力。 要求： 水泥浆标号 水灰比
灌浆前先清洗润湿孔道，先下后上进行 当灰浆强度达到15N/mm2时，方能移动构件，灰浆强度达到100%设计强度时，才允许吊装。
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5.3 无粘结预应力混凝土施工 后张法无需预留管道与灌浆，而是将无粘结预应力筋同普通钢筋一样铺设在结构模板设计位置上，用20～22号元丝与非预应力钢丝绑扎牢靠后浇筑混凝土；待混凝土达到设计强度后，对无粘结预应力筋进行张拉和锚固，借助于构件两端锚具传递预压应力。
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5.4.1 无粘结预应力筋 无粘结预应力筋是由7根φ5mm高强钢丝组成的钢丝束或扭结成的钢绞线，通过专门设备涂包涂料层和包裹外包层构成的。
涂料层一般采用防腐沥青。 无粘结预应力混凝土中，锚具必须具有可靠的锚固能力，要求不低于无粘结预应力筋抗拉强度的95%。
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5.4.2 无粘结预应力混凝土施工工艺 1、无粘结预应力筋的铺放与定位
铺设双向配筋的无粘结预应力筋时，应先铺设标高低的钢丝束，再铺设标高较高的钢丝束，以避免两个方向钢丝束相互穿插。 无粘结预应力筋应在绑扎完底筋以后进行铺放。 无粘结预应力筋应铺放在电线管下面。
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2、端部锚具节点安装 （1）无粘结钢丝束镦头锚具 张拉端钢丝束从外包层抽拉出来，穿过锚杯孔眼镦粗头。 （2）无粘结钢绞线夹片式锚具
无粘结钢绞线夹片式锚具常采用XM型锚具，其固定端采用压花成型埋置在设计部位，待混凝土强度等级达到设计强度后，方能形成可靠的粘结式锚头。
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3、无粘结预应力筋的张拉及锚头处理 混凝土强度达到设计强度时才能进行张拉。张拉程序采用0→103%σcon。
张拉顺序应根据设计顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。 锚具外包浇筑钢筋混凝土圈梁。
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