第 八 章 预应力混凝土工程

在混凝土构件受荷载以前，对受拉区混凝土预先施加压应力, 以抵消或减少使用荷载作用下产生的拉应力的混凝土构件，称为预应力混凝土。 1、预应力混凝土的含义 在混凝土构件受荷载以前，对受拉区混凝土预先施加压应力, 以抵消或减少使用荷载作用下产生的拉应力的混凝土构件，称为预应力混凝土。 2、 预应力混凝土的分类 （1）、按预加应力的方法分：先张法、后张法。 （2）、按张拉方法分：机械张拉、电热张拉。 （3）、按预应力筋粘结状态分：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。

3、预应力混凝土的优缺点 优点：利用高强钢材和混凝土，提高抗裂度和刚度，构件截面小、自重轻、节省材料，耐久性好，适用于大跨度结构等。 缺点：张拉工艺复杂，且增加了相应的机具和锚固装置。

第一节 先 张 法 先张法定义：在浇筑混凝土之前，在台座或模板上先张拉预应力钢筋，用夹具临时固定，然后浇筑混凝土。待混凝土达到规定的强度（一般不低于混凝土设计强度标准值的75%），能保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，放松或切断预应力筋，预应力筋弹性回缩，借助混凝土与预应力筋间的粘结力，对混凝土产生预压应力(图8-1，8-2)。 施工工艺流程：张拉固定钢筋→浇混凝土→养护（至75%强度→放松钢筋(图8-3)。

适用范围：生产中、小型预制构件（楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁……） 先张法张拉力的传递：靠混凝土与预应力筋间的粘结。 先张法生产方法：台座法和机组流水法。

一、先张法施工的设备 （一）台座 1、要求：有足够的强度、刚度和稳定性。 2、构造形式： ①墩式台座(图8-4) 由台面、台墩、钢横梁组成。 长度100～150m，适于中、小型构件。 ②槽式台座(图8-5) 由端柱、传力柱、柱垫、横梁和台面等组成。长度45～76m，适于双向预应力构件，易于蒸汽养护。

③换埋式台座(图8-6) 台墩由钢立柱、预制混凝土挡板和砂床组成。 适用于流动性预制厂，便于拆除和重复使用。 ④拼装式钢台座(图8-7) 由压柱与横梁组装而成，适用于施工现场临时生产预制构件用。

（二）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。 1、预应力钢丝夹具 按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉夹具。 （1）锚固夹具 锚固夹具是将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。 ①钢质锥销式夹具 由套筒和锥销组成(图8-8) ②楔块式夹具 由锚板和楔块组成(图8-8) ③镦头式夹具 将预应力筋端部热镦或冷镦成粗 头，通过承力板锚固(图8-9)

（2）张拉夹具：偏心式、钳式。 (a)-偏心式夹具 (b)-钳式夹具 图8-10 预应力钢丝张拉夹具

2、预应力钢筋的夹具和连接器 大多数的预应力钢筋用夹具既可以作锚固用，也可以作张拉用。 (1)螺纹端杆式锚具 由螺纹端杆及螺母组成(图8-11) (2)镦头式夹具 由镦头夹具和张拉套筒组成(图8-12) (3)销片式夹具 由园套筒及圆锥形销片组成(图8-13) (4)钢筋连接器 用来完成钢筋与钢筋，钢筋与螺杆工具头之间的连接用(图8-14)

5-弹簧测力小车 6-张拉夹具 7-预应力钢丝 8-台座 （三）张拉机具 1、预应力钢丝的张拉机具 1-电动机 2-变速箱 3-卷筒 4-钢丝绳 5-弹簧测力小车 6-张拉夹具 7-预应力钢丝 8-台座 图8-15 弹簧测力卷扬机张拉钢丝工艺布置图

2、预应力钢筋的张拉机具 （1）液压千斤顶成组张拉(图8-16) （2）液压千斤顶单根张拉(图8-17) （3）电动螺杆张拉机(图8-18)

二、先张法的施工工艺 先张法预应力混凝土构件在台座上生产，其工艺流程一般如图8-19所示。 图8-19 先张法施工工艺流程图

1、刷隔离剂与铺设预应力筋 （1）台面涂隔离剂，注意不得沾污钢筋；对遭受污染的钢筋，应先加以清洗；防止雨水冲刷隔离剂。 （2）钢丝用牵引车铺设。 （3）钢筋接长可采用连接器接长， 钢丝接长可用钢丝拼接器用20～22号铁丝密排绑扎(图8-20)。

2、预应力筋的张拉 预应力筋的张拉力Pj —预应力筋张拉控制应力，N/mm2； —预应力筋的截面积 ，mm2； （1）张拉力和张拉控制应力 《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)规定：预应力钢筋张拉控制应力σcon不宜超过表8-1的数据，也不应小于0.4fptk。

表8-1 张拉控制应力σcon限值 预应力钢材品种 张　拉　方　法 先张法 后张法 消除应力钢丝、钢绞线 0.75fptk 热处理钢筋 0.70fptk 0.65fptk fptk—预应力筋强度标准值。

当符合下列情况之一时，上表中的张拉控制应力限值可提高0.05fptk，即 ①要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力钢筋； ②要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。 预应力筋张拉锚固后实际预应力值与工程设计规定检验值的相对允许偏差为±5%。

（2）张拉程序 粗钢筋：0→1.05σcon（持荷2min）→σcon 锚固 预应力钢丝：0→（1.03∼1.05 ）σcon 锚固 钢绞线单根张拉：0→σcon 锚固 钢绞线整体张拉： 0→初应力调整值→σcon锚固 超张拉目的： 减少由于钢筋松弛变形造成的预应力失。 应力松弛： 钢材在常温高应力状态下具有不断产生塑性变形 （应力随时间延续而降低）的特点。 持荷2min目的：加速钢筋松弛早期发展。

（3）预应力张拉值的校核 ①预应力筋张拉力用伸长值校核，张拉时预应力筋的理论伸长值与实际伸长值的误差在±5%范围内是允许的。 ②预应力钢丝伸长值不作校核，一般用钢丝内力测定仪检查钢丝的预应力值。其偏差不得大于或小于设计规定相应阶段预应力值的5%。内力检测在张拉锚固后1h进行，此时，钢筋的锚固及松驰损失已完成。

①为避免台座承受过大的偏心力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。 （4）张拉 ①为避免台座承受过大的偏心力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。 ②拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松。 ③多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)。 ④多根钢丝同时张拉时，断裂和滑脱的钢丝数量要求：不得超过同一截面钢材总根数的3%，且严禁相邻两根预应力钢丝断裂和滑脱。 ⑤在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。

⑥预应力筋张拉后，对设计位置的偏差不得大于5mm，也不得大于构件截面最短边长的4%。 ⑦注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。 ⑧在已张拉钢筋(丝)上进行绑扎钢筋、安装预埋铁件、支承安装模板等操作时，要防止踩踏、敲击或碰撞钢丝。

3、混凝土的浇筑与养护 ①混凝土一次浇完，不允许留设施工缝；构件应避开温度缝。 ②混凝土的强度等级不得小于C30，为防止较大徐变和收缩，应选收缩变形小的水泥，水灰比≤ 0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。 ③防止碰撞、踩踏钢丝。

④叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa，方可浇筑上层构件。

4、预应力筋的放张 （1）放张条件 混凝土达到设计规定且≥75%强度值后。 （2）放张顺序 ①轴心受压构件同时放； ②偏心受压构件先同时放预压应力小的区域的，再同时放大的区域的； ③其它构件，应分阶段、对称、相互交错放张。

（3）放张方法 要求:自由压缩；缓慢进行，避免冲击与偏心。 方法: ①当预应力筋采用钢丝时，配筋不多的中小型钢筋混凝土构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等放松。配筋多的钢筋混凝土构件，钢丝应同时放松，如逐根放松，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，易使构件端部开裂。长线台座上放松后预应力筋的切断顺序，一般由放松端开始，逐次切向另一端。

②预应力筋为钢筋时，对热处理及冷拉Ⅳ级钢筋宜用砂轮锯或切断机切断，不得用电弧切割，。数量较多时，也应同时放松。多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶、砂箱、楔块等(图8-21)。 ③采用湿热养护的预应力混凝土构件，宜热态放松预应力筋，而不宜降温后再放松。 注意：放张时，应拆除侧模。

返 回 (a)-预应力筋张拉 (b)-混凝土浇筑和养护(c)放松预应力筋 1-台座 2-横梁 3-台面 4-预应力筋 5-夹具 6-混凝土构件 图8-1 先张法生产示意图 动画演示 返 回

返 回 图8-2 先张法生产现场

图8-3  先张法施工工艺流程图 返 回

1-混凝土墩 2-钢横架 3-混凝土台面 4-锚具 5-预应力钢筋 图8-4  墩式台座 返 回

1-钢筋混凝土端柱 2-砖墙 3-下横梁 4-上横梁 5-传力柱 6-柱垫 图8-5 槽式台座 返 回

4-立柱(间距1000～1200mm)5-预制混凝土挡板 6-砂床 1-台面 2-横梁 3-后浇混凝土接头  4-立柱(间距1000～1200mm)5-预制混凝土挡板 6-砂床 图8-6  换埋式台座 返 回

(b)-箱形钢横梁 (c)-张拉端横梁导轨 1-钢压柱 2-连系工字钢 3-钢绞线 (a)-格构式钢压柱与横向连系工字钢  (b)-箱形钢横梁 (c)-张拉端横梁导轨 1-钢压柱 2-连系工字钢 3-钢绞线  4-张拉端横向导轨 5-张拉端横梁 图8-7  拼装式钢台座 返 回

(a)圆锥齿板式 (b)圆锥槽式 (c)楔块式 1-套筒 2-齿板 3-钢丝 4-锥塞 5-锚板 6-楔块 图8-8 钢质锥销式和楔块式锚固夹具 返 回

1-垫片 2-镦头钢丝 3-承力板 图8-9 镦头夹具 返 回

1-钢筋 2-螺纹端杆 3-螺母 4-对焊接头 图8-11 螺纹端杆式锚具 返 回

1-镦头夹具  2-张拉套筒 图8-12  镦头式夹具 返 回

1-销片 2-套筒 3-预应力钢筋 图8-13 销片式夹具 返 回

1-半圆套筒 2-连接筋 3-钢筋镦头 4-工具式螺纹杆 5-钢圈 图8-14 套筒双拼式连接器 返 回

返 回 1-台座 2、3-前后梁 4-钢筋 5、6-拉力架的横梁 7-大螺纹杆 8-液压千斤顶 9-放张装置 1-台座 2、3-前后梁 4-钢筋 5、6-拉力架的横梁  7-大螺纹杆 8-液压千斤顶 9-放张装置 图8-16 四横梁式成组张拉装置 返 回

返 回 (a)-张拉 (b)-复位 1-钢筋 2-台座 3-穿心式夹具 4-弹性顶压头 5、6-油嘴 7-偏心式夹具 8-弹簧 图8-17 YC-20型穿心式千斤顶 返 回

返 回 1-螺杆 2、3-拉力架 4-张拉夹具 5-顶杆 6-电动机 7-齿轮减速箱 8-测力计 9、10-车轮 1-螺杆 2、3-拉力架 4-张拉夹具 5-顶杆  6-电动机 7-齿轮减速箱 8-测力计 9、10-车轮  11-底盘 12-手把 13-横梁 14-钢筋 15-锚固夹具 图8-18 钢筋电动螺杆张拉机 返 回

返 回

1-拼接器  2-钢丝 图8-20 钢丝拼接器 返 回

图8-21 预应力筋放张装置 返 回 （a）千斤顶放张装置 （b）砂箱放张装置 （c）楔块放张装置 1-横梁 2-千斤顶 3-承力架 4-夹具 5-钢丝 6-构件 7-活塞 8-套箱 9-套箱底盘 10-砂 11-进砂口(φ25螺钉) 12-出砂口(φ16螺钉) 13-台座 14、15-钢固定楔块 16-钢滑动楔块 17-螺杆 18-承力板 19-螺母 图8-21 预应力筋放张装置 返 回