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7预应力混凝土工程
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参考标准 《混凝土结构工程施工规范》GB 50666－2011 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002（2011版）
《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ 《预应力用液压千斤顶》JG/T
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预应力分项工程是预应力筋、锚具、夹具、连接器等材料的进场检验、后张法预留管道设置或预应力筋布置、预应力筋张拉、放张、灌浆直至封锚保护等一系列技术工作和完成实体的总称。
由于预应力施工工艺复杂，专业性较强，质量要求较高，故预应力分项工程所含检验项目较多，且规定较为具体。
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7.1预应力钢材和锚（夹）具 预应力筋是指用于建立预加应力的单根或成束的钢丝、钢绞线和钢筋（精轧螺纹钢筋、钢棒等）等。
要求高强度、低松弛、耐腐蚀。 预应力筋用锚具、夹具和连接器应按设计要求采用，其性能应符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》 (JGJ ) 《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370－2000）等的规定。
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预应力混凝土用钢绞线生产工艺流程
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预应力混凝土用无粘结钢绞线生产工艺流程
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锚具：后张法预应力混凝土构件中为保持预应力钢筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。
1 张拉端锚具：安装在预应力筋端部且可用以张拉的锚具； 2 固定端锚具：安装在预应力筋端部，通常埋入混凝土中且不用以张拉的锚具。
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按锚固原理分类： 支承式——螺母锚具，镦头锚具； 楔紧式——锥销锚具，夹片式锚具等。 基本要求： 可靠的锚固能力，并不超过预期的滑移值； 构造简单、加工方便、体形小、价格低、全部零件互换性好； 夹具和工具锚应具有多次重复使用的性能。
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夹具：在先张法构件施工时，为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的临时性锚固装置（又称工具锚）。
夹具是一种重复使用的工作锚具。
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钢丝体系 预应力钢丝 预应力筋用钢丝按加工状态不同分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两大类。消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛级钢丝和普通松弛级钢丝。 目前常用的是公称直径为5mm、抗拉强度为1860 N/mm2的预应力光圆钢丝。
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锚具 目前常用的锚具有钢质锥形锚具和镦头锚具等。 （1）钢质锥形锚具
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钢质锥形锚具 1一锚环；2—锚塞
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ＧＺ型钢质锥形锚具
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锚固原理： 一般都是根据楔形锚固原理制成。
楔形锚具，在预应力筋张拉完毕后，将锚塞击入锚环中，当预应力筋与锚塞共同滑移以后，便相应挤紧，借助于摩擦力即可将预应力筋锚固。 为保证其受力性能，夹具应有自锁和自锚能力
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自锁就是使锚塞在顶压后不致弹回脱出 自锚就是使钢丝在拉力作用下带着锚塞楔紧而又不发生滑移
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（2）镦头锚具 用于单根粗钢筋的镦头锚具一般直接在预应力筋端部热镦、冷镦或锻打成型。镦头锚具也适用于锚固任意根数Φ 5与Φ 7钢丝束。
镦头锚具的形式与规格，可根据需要自行设计，常用的钢丝束镦头锚具分A型与B型。A型由锚环与螺母组成，可用于张拉端；B型为锚板，用于固定端，其构造见图：
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钢丝束镦头锚具 a) A型； b) B型 1一锚环；2—螺母；3—锚板 ；4—钢丝束
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钢丝束镦头锚具
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镦头锚和镦头锚板
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7.1.2 钢绞线体系 钢绞线 钢绞线的整根破断力大，柔性好，施工方便，是预应力工程的主要材料。预应力钢绞线一般是由2、3、7根高强度钢丝捻制而成，并经消除应力处理。
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锚具 （1）单孔夹片锚（夹）具
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单根钢绞线锚具
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夹片式锚具应具有自锚性能，并具有连续反复张拉的功能，利用行程不大的千斤顶经多次张拉锚固后，可张拉任意长度的预应力筋。
单孔夹片锚(夹)具应采用限位器张拉锚固或采用带顶压器的千斤顶张拉后顶压锚固。为使混凝土构件能承受预应力筋张拉锚固时的局部承载力，单孔锚具应与锚垫板和螺旋筋配套使用。 单孔夹片式锚具主要用于无粘结预应力混凝土结构中的单根钢绞线的锚固，也可用作先张法构件中锚固单根钢绞线的夹具。
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（2）多孔夹片锚具
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（3）固定端锚固体系
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挤压锚具
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钢筋体系 预应力用钢筋 预应力用钢筋包括精轧螺纹钢筋或钢棒等，主要用直线预应力筋或拉杆。
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钢棒
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锚具和连接器
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螺母 精轧螺纹钢筋 精轧螺纹钢筋体系
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7.1.4 预应力筋—锚具组装件的锚固性能检验 （1）锚固性能要求 预应力筋锚具的质量检验 静载锚固能力 组装件锚固性能试验 疲劳荷载
预应力筋—锚具组装件的锚固性能检验 （1）锚固性能要求 预应力筋锚具的质量检验 静载锚固能力 组装件锚固性能试验 疲劳荷载 周期荷载
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锚具的基本特性 锚具的静载锚固性能，应由预应力筋-锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数和达到实测极限拉力时组装件受力长度的总应变 确定。
锚具的静载锚固性能，应由预应力筋-锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数和达到实测极限拉力时组装件受力长度的总应变 确定。 锚具效率系数 按式计算： 的取用：预应力筋-锚具组装件中预应力钢材为1至5根时=1.0，6至12根时=0.99，13至19根时=0.98，20根以上时=0.97。 锚具的静载锚固性能应同时满足下列两项要求： ；
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疲劳荷载性能 预应力筋-锚具组装件，除必须满足静载锚固性能外，尚须满足循环次数为200万次的疲劳性能试验。 周期荷载性能 用于有抗震要求结构中的锚具，预应力筋-锚具组装件还应满足循环次数为50次的周期荷载试验。
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锚具进场验收时，需方应按合同核对产品质量证明书中所列的型号、数量及适用于何种强度等级的预应力钢材，确认无误后应按外观检查、硬度检验和静载锚固性能试验规定进行检验。检验合格后方可在工程中应用。
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预应力筋-锚具组装件静载锚固性能试验及锚夹具、夹片检测
检测能力 1、锚固效率系数； 2、极限总应变； 3、夹片位移量； 4、预应力筋内缩量； 5、锚具摩阻损失； 6、锚夹具硬度； 7、夹片硬度； 参照标准 1、《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T 、《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ
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7.2预应力张拉设备 可靠性 张拉设备 张拉力足够 要能稳定地施加压力 一般有①电动张拉机张拉，用弹簧测力器控制 ；
张拉设备 张拉力足够 要能稳定地施加压力 一般有①电动张拉机张拉，用弹簧测力器控制 ； ②液压千斤顶进行张拉，用油压表。 根据构件特点、锚具和张拉力大小选择
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7.2.1电动张拉机
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7.2.2 液压张拉机 液压张拉机包括液压千斤顶、油泵与压力表和限位板、工具锚（夹具）等。液压千斤顶常用的有穿心式千斤顶、锥锚式千斤顶和前卡式千斤顶等。选用千斤顶型号和吨位时，应根据预应力筋的张拉力和所用的锚具形式确定。
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（1）穿心式千斤顶 适用于张拉带夹片锚具的钢筋束或钢绞线束
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大孔径穿心式千斤顶 适用于大吨位钢绞线束张拉
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千斤顶 工作锚 工作锚 工具锚 钢绞线 工具锚
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（2）锥锚式千斤顶
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边拉边顶塞，适用于锥形锚具
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（3）前卡式千斤顶 适用于张拉单根钢绞线和7φ5钢丝束
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前卡式千斤顶是与群锚后张体系锚具配套使用的预应力张拉工艺设备，主要用于单孔或多孔群锚的逐根张拉施工
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7.2.3液压千斤顶标定 为准确获得实际张拉力值，采用标定方法直接测定千斤顶的实际张拉力与压力表读数之间的关系。绘制出N-p的关系曲线，供施工时使用。 标定千斤顶时，千斤顶活塞的运动方向应与实际张拉工作状态一致。
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预应力筋张拉机具设备及仪表，应定期维护和校验。张拉设备应配套标定，并配套使用。张拉设备的标定期限不应超过半年。当在使用过程中出现反常现象时或在千斤顶检修后，应重新标定。
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7.3 预应力混凝土施工 7.3.1后张法 后张法是先制作构件或先浇筑结构混凝土，并在预应力筋的部位预先留出孔道，待混凝土达到设计规定的强度等级以后，在预留孔道内穿入预应力筋，井按设计要求的张拉控制应力进行张拉，利用锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后进行孔道灌浆。张拉后的钢筋通过锚具传递预应力，使构件或结构混凝土得到预压（图7.16）。
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有粘结预应力混凝土施工
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（1）孔道留设 预应力筋孔道的形状有直线、曲线和折线三种。在有粘结预应力混凝土构件中，需要按照预应力筋设计的位置和形状预留孔道。
预留孔道的规格、数量、位置和形状应符合设计要求。预应力筋孔道应平顺，并与定位钢筋绑扎牢固。定位钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于1.2m，扁形管道、塑料波纹管或预应力筋曲线曲率较大处的定位间距，宜适当缩小。
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①钢管抽芯法。 制作后张法预应力混凝土构件时，在预应力筋位置预先埋设钢管，然后浇捣混凝土，待混凝土初凝后再将钢管旋转抽出的留孔方法。为避免钢管产生挠曲和浇捣混凝土时位置发生偏移，每隔1.0m用钢筋井字架固定牢靠。钢管接头处可用长度为300～400mm的铁皮套管连接。在混凝土浇筑后，每隔—定时间慢慢转动钢管，避免钢管与混凝土粘结在一起；待混凝土初凝后、终凝前抽出钢管，即形成孔道。钢管抽芯法仅适用于留设直线孔道。 抽管顺序宜先上后下，若先下后上，则在抽拔上层孔道时，下层孔道有塌陷的可能。抽管要边抽边转，速度均匀，与孔道成一直线。
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②胶管抽芯法 夹布胶管质软、弹性好，使用时为增加胶管的刚度，需在管中充入0.6～0.8N／mm2的压力水或空气(无充水或充气设备时，可在管内插入细钢筋或钢丝代替)，此时胶管外径约增大3～4mm，然后浇筑混凝土。待混凝土初凝后，将胶管中的压力水(或空气)放出，抽出胶管，孔道即形成。采用夹布胶管留孔，由于胶管充水或充气后管径膨胀，放水或放气后管径缩小，自行与混凝土脱离，很容易抽拔。
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③预埋管法 预埋管法就是利用与孔道直径相同的金属波纹管（螺旋管）或塑料波纹管等埋在构件中，无需抽出。预埋管法是目前现浇预应力混凝土结构施工主要的留孔方法。 波纹管的安装，应事先按设计图中预应力筋的曲线坐标在箍筋上定出曲线位置。波纹管的固定，应采用钢筋支架（图7.18），钢筋支架应焊在箍筋上，箍筋底部应垫实。波纹管固定后，必须用铁丝扎牢，以防浇筑混凝土时螺旋管上浮而引起严重的质量事故。螺旋管安装就位过程中，应尽量避免反复弯曲，以防管壁开裂。同时，还应防止电焊火花烧伤管壁。
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波纹管是用薄钢带螺旋绕制而成的圆形波纹管。它具有以下性能：径向集中载荷、径向均布载荷、既向抗渗性能、弯曲抗渗性能、轴向抗拉性能。
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金属波纹管
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塑料波纹管
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塑料波纹管接头
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（2）混凝土浇筑 浇筑混凝土之前，应进行预应力隐蔽工程验收，其内容包括：预应力筋的品种、规格、数量、位置等；预应力筋锚具和连接器的品种、规格、数量、位置等；预留孔道的规格、数量、位置、形状及灌浆孔、排气兼泌水管等；锚固区局部加强构造等。隐蔽工程验收合格方可进行混凝土浇筑。
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（3）预应力筋制作与穿束 ①预应力筋的下料长度计算 预应力筋的下料长度应根据锚具形式和施工工艺确定。
后张法预应力混凝土构件采用钢绞线束夹片锚具时，钢绞线的下料长度L可按下列公式计算
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②预应力筋穿束 根据穿束与浇筑混凝土之间的先后关系分为先穿束和后穿束两种。
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（4）预应力筋张拉 为保证预应力筋张拉后能够建立起有效的预应力值，应根据预应力混凝土构件的特点制定相应的张拉方案。主要包括预应力筋的张拉设备选择、张拉方式、张拉顺序、张拉程序、预应力损失及校核等。
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①张拉力 预应力筋的张拉力Pj，可按下式计算： Pj=σcon·Ap （7.8）
式中 σcon—张拉控制应力（N/mm2），应符合设计及专项施工方案的要求。当施工中需要超张拉时，调整后的张拉控制应力σcon，对消除应力钢丝、钢绞线： ，中强度预应力钢丝： ，预应力螺纹钢筋： ； ——预应力筋极限强度标准值（N/mm2）； ——预应力筋屈服强度标准值（N/mm2）； Ap—预应力筋的截面面积（mm2）。
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②张拉程序 后张法预应力筋的张拉程序根据构件类型、锚固体系、预应力筋的松弛等因素来确定。 当采用低松弛钢丝和钢绞线时，张拉程序为：
当采用普通松弛预应力筋时，可以按照以下程序进行：
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超张拉的目的是减少松弛预应力损失。所谓“松弛”，即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的现象。松弛的数值与控制应力和延续时间有关，控制应力高，松弛亦大；松弛损失还随着时间的延续而增加，在第1分钟内可完成损失总值的50％左右，24h内则可完成80％。如先超张拉5％，再持荷2min，则可减少50％以上的松弛损失。
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③张拉顺序 预应力筋的张拉顺序应符合设计要求，应根据结构受力特点、施工方便及操作安全等因素确定张拉顺序。预应力筋宜按均匀、对称的原则张拉。
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④张拉方法 后张预应力筋应根据设计和专项施工方案的要求采用一端或两端张拉。采用两端张拉时，宜两端同时张拉，也可一端先张拉，另一端补张拉。一般情况，有粘结预应力筋长度不大于20m时，可一端张拉，大于20m时，宜两端张拉；预应力筋为直线形时，一端张拉的长度可延长至35m。后张有粘结预应力筋应整束张拉；对直线形或平行编排的有粘结预应力钢绞线束，当能确保各根钢绞线不受叠压影响时，也可逐根张拉。
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平卧叠浇构件制作时，构件自重作用产生的摩阻损失，其大小与构件形式、隔离层材料和张拉方式等有关，目前尚无精确的测定数据。现大多采用逐层加大张拉力的方法一次张拉，即最上层(第一层)构件可按设计要求的控制应力张拉，不予提高，下面几层构件的张拉控制应力适当加大，根据隔离效果，一般采用逐层加大约1.0%的张拉力，但底层超张拉值不得比顶层张拉力大5%，且不得超过最大超张拉的限值。
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【例7. 1】某24m预应力折线形屋架，混凝土强度等级为C40，Ec=3
【例7.1】某24m预应力折线形屋架，混凝土强度等级为C40，Ec=3.25×104MPa；下弦净截面积An=45600mm2，下弦配置4 预应力筋，单根预应力筋截面面积为Ap=491 mm2，钢筋弹性模量Es=1.8×105MPa；采用两批张拉，按设计规范计算得第一批预应力损失为σl1= 31.2MPa。 问题：①确定张拉程序和张拉方法；②计算张拉力。
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（5）孔道灌浆与锚具封闭防护 预应力筋张拉验收合格后应尽快进行灌浆，孔道内水泥浆应饱满、密实。孔道灌浆的目的是防止钢筋锈蚀，增加结构的耐久性，并使预应力筋与构件之间有良好的粘结力，有利于增加构件的整体性。
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锚具的封闭保护应符合设计要求；当设计无具体要求时，应符合下列规定：
1 应采取防止锚具腐蚀和遭受机械损伤的有效措施； 2 凸出式锚固端锚具的保护层厚度不应小于50mm； 3 外露预应力筋的保护层厚度：处于正常环境时，不应小于20mm；处于易受腐蚀的环境时，不应小于50mm。
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强度等级＞32.5级普通硅酸盐水泥. 灌浆用水泥浆的水灰比不应大于0.45，搅拌后3h泌水率3h自由泌水率宜为0，且不应大于1％ 。泌水应能在24h内全部重新被水泥吸收。灌浆用水泥浆的抗压强度不应小于30N/mm²。
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为减小收缩，可在灰浆中掺入0.5～1‰的铝粉为微膨胀剂。要做试块，当灰浆强度达要求强度才可移动构件，达100%强度才吊装。
预应力筋锚固后外露长度≮30mm ，封端混凝土保护。
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【例7.2】某跨度为20m的预应力混凝土框架结构梁施工，预应力筋采用钢绞线，曲线布置，锚具为夹片式锚具，张拉完成后及时进行了孔道灌浆，采用凸出式锚固端。
试述：①锚具的封闭保护要求；②封锚的质量检查内容。
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无粘结预应力混凝土施工 后张无粘结预应力混凝土施工是将无粘结预应力筋按照设计的位置和形状铺设在安装好的模板内，然后浇筑混凝土，待混凝土达到设计要求后，进行预应力筋的张拉锚固。
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南京国际展览中心楼板中铺放双向无粘结预应力筋
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无粘结预应力筋应按设计图纸的规定进行铺放。
浇筑混凝土时，除按有关规范的规定执行外，尚应遵守下列规定： 1、 粘结预应力筋铺放、安装完毕后，应进行隐蔽工程验收，当确认合格后方能浇筑混凝土； 2、 凝土浇筑时，严禁踏压撞碰无粘结预应力筋、支撑架以及端部预埋部件； 3、 张拉端、固定端混凝土必须振捣密实。
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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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无粘结钢绞线夹片式锚具
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7.3.2先张法 先张法是在浇筑混凝土构件之前，张拉预应力筋，并将其临时锚固在台座上或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度(一般不低于混凝土强度标准值的75%)，保证预应力筋与混凝土之间有足够的粘结力时，放松预应力筋。当预应力筋弹性回缩时，借助于混凝土与预应力筋之间的粘结力，使混凝土产生预压应力。
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先张法施工
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特点： 1.一般在构件厂集中生产，生产率高、质量可靠； 2.无需锚具和预埋件、孔道等，可降低成本；
3.应力控制准确，预应力通过粘结力传递，整体性好； 4.工序少，操作简单； 5.需固定台座，占地面积较大； 6.构件尺寸受限制。
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7.3.2.1台座、夹具及张拉机具 是先张法的主要设备之一，它承受预应力筋张拉时的全部应力，因此要有足够的强度、刚度和稳定性。
台座由台面、横梁和承力结构等组成。根据承力结构的不同，台座分为墩式台座、槽式台座、等。
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墩式台座有重力式和构架式两种。重力式台座主要靠自重平衡张拉力所产生的倾复力矩，构架式台座主要靠土压力来土平衡张拉力所产生的倾复力矩。
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重力式和构架式
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槽形台座
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预应力混凝土构件施工 （1）预应力筋的张拉 预应力筋的张拉控制应力σcon应符合设计要求，当施工中需要超张拉时其最大控制应力，对消除应力钢丝、钢绞线： ，中强度预应力钢丝： ，预应力螺纹钢筋：
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预应力筋的张拉是预应力混凝土施工中的关键工序。为了确保质量，预应力筋的张拉应严格按照设计要求进行。
预应力钢丝由于张拉工作量大，宜采用一次张拉程序 采用预应力钢绞线时，对单根张拉： 对整体张拉：
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（2）混凝土的浇筑与养护 预应力筋张拉完毕后即可浇筑混凝土。在台座上浇灌混凝土时，可以从台座的一端向另一端顺序进行。一次同时浇灌的生产线，取决于浇筑速度和模板的构造形式，但每条生产线上的构件必须一次连续浇灌完毕。
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（3）预应力筋的放张 预应力筋的放张是预应力建立的过程，放张方法和顺序是否正确，直接影响构件的质量，因此，在放张之前应确定可靠的放张顺序和放张方法，采取相应的技术措施确保工程质量。 预应力筋的放张必须待混凝土达到设计规定的强度以后才可以进行。当设计无要求时应不低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75％。
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1.先拆除模板，避免之间阻碍。 2.先从生产线中间剪断。 3.轴压构件，同时放松。 4.偏压构件，先剪预应力较小的筋，再放松较大应力的钢筋。 5.多根钢筋构件，对称进行分批、分阶段放松。 6.叠层构件从上而下顺序进行，中间开始。
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