为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,充分利用高强度钢筋及高强度混凝土,设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前,预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,从而将结构构件的拉应力控制在较小范围,甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展,从而提高构件的抗裂性能和刚度。
先张法预应力混凝土施工方法:1、台座制作 2、钢绞线(钢筋)铺设 3、预应力张拉 4、普通钢筋绑扎 5、模板制安 6、混凝土浇筑 7、养护 8、预应力放张切断 9、隐蔽工程检查验收 。
后张法---无粘结预应力混凝土施工方法:1、支板底模 2、绑扎暗梁及板底非预应力筋 3、铺放板预应力筋 4、安装锚垫板、螺旋筋 5、预应力筋绑扎、固定6、预应力筋矢高、数量检查 7、铺放板顶非预应力筋 8、梁侧模及预应力筋张拉端模板封模 9、隐蔽工程检查验收 。
为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,充分利用高强度钢筋及高强度混凝土,设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前,预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,从而将结构构件的拉应力控制在较小范围,甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展,从而提高构件的抗裂性能和刚度。
预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构相比,具有下列主要优点:
1、改善使用阶段的性能。受拉和受弯构件中采用预应力,可延
缓裂缝出现并降低较高荷载水平时的裂缝开展宽度;采用预应力,也能
降低甚至消除使用荷载下的挠度,因此,可跨越大的空间,建造大跨
结构。
2、提高受剪承载力。纵向预应力的施加可延缓混凝土构件中斜
裂缝的形成,提高其受剪承载力。
3、改善卸载后的恢复能力。混凝土构件上的荷载一旦卸去,预
应力就会使裂缝完全闭合,大大改善结构构件的弹性恢复能力。
4、提高耐疲劳强度。预应力作用可降低钢筋中应力循环幅度,
而混凝土结构的疲劳破坏一般是由钢筋的疲劳(而不是由混凝土的疲
劳)所控制的。
5、能充分利用高强度钢材,减轻结构自重。在普通钢筋混凝
土结构中, 由于裂缝和挠度问题,如使用高强度钢材,不可能充分
发挥其强度。例如,1860Mpa级的高强钢绞线,如用于普通钢筋混
凝土结构中,钢材强度发挥不到20%,其结构性能早己满足不了使用
要求,裂缝宽,挠度大;而采用预应力技术,不仅可控制结构使
用阶段性能,而且能充分利用高强度钢材的潜能。这样,采用预应
力,可大大节约钢材用量,并减小截面尺寸和混凝土用量,具有显
著的经济效益。
6、可调整结构内力。将预应力筋对混凝土结构的作用作为平衡
全部和部分外荷载的反向荷载,成为调整结构内力和变形的手段。
因此,现代预应力混凝土是解决建造大(大跨度、大空间建筑
一工艺上和使用上要求的)、高(高层建筑、高耸结构)、重(重
荷载、重型结构、转换层结构)、特(特种结构一水池、电视塔、
安全壳)等类建筑结构和工程结构物的不可缺少的、重要的结构材料和
技术。
预应力混凝土结构也存在着一些缺点:
l、工艺较复杂,质量要求高, 因而需要配备一支技术较熟练
的专业队伍。
2、需要有一定的专f 设备,如张拉机具、灌浆设备等。
3、预应力反拱不易控制,它将随混凝土的徐变增加而加大,可
能影响结构使用效果。
4、预应力混凝土结构的开工费用较大,对于跨径小、构件数
量少的工程,成本较高。
预应力混凝土构件按施工方法可分为先张法和后张法。
先张法
先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋,并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上,然后浇筑混凝土,待混凝土强度达到不低于混凝土设计强度值的75%,保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时,放松预应力筋,借助于混凝土与预应力筋的粘结,对混凝土施加预应力的施工工艺,如图5.1所示。先张法一般仅适用于生产中小型构件,在固定的预制厂生产。
先张法生产构件可采用长线台座法,一般台座长度在50~150m之间,或在钢模中机组流水法生产构件。先张法生产构件,涉及到台座、张拉机具和夹具及先张法张拉工艺,下面将分别叙述。
后张法
先制作构件(浇筑混凝土),并在构件体内按预应力筋的位置留出相应的孔道,待构件的混凝土强度达到规定的强度(一般不低于设计强度标准值的75%)后,在预留孔道中穿入预应力筋进行张拉,并利用锚具把张拉后的预应力筋锚固在构件的端部,依靠构件端部的锚具将预应力筋的预张拉力传给混凝土,使其产生预压应力;最后在孔道中灌入水泥浆,使预应力筋与混凝土构件形成整体。
设计与制作 :预应力混凝土结构的设计,除验算承载能力和使用阶段两个极限状态外,还要计算预应力筋的各项瞬时和长期预应力损失值(见预应力损失),及验算施工阶段,如构件制作、运输、堆放和吊装等工序中构件的强度和抗裂度。
预应力混凝土构件的施工方法:1.先张法。在混凝土灌筑之前,先将由钢丝钢绞线或钢筋组成的预应力筋张拉到某一规定应力,并用锚具锚于台座两端支墩上,接着安装模板、构造钢筋和零件,然后灌筑混凝土并进行养护。当混凝土达到规定强度后,放松两端支墩的预应力筋,通过粘结力将预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预压应力。先张法以采用长的台座较为有利,最长有用到一百多米的,因此有时也称作长线法。2.后张法。先灌筑构件,然后在构件上直接施加预应力的方法。一般做法多是先安置后张预应力筋成孔的套管、构造钢筋和零件,然后安装模板和灌筑混凝土。预应力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土达到强度后,用千斤顶将预应力筋张拉到要求的应力并锚于梁的两端,预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。为了保护预应力筋不受腐蚀和恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力,预应力筋与套管之间的空隙必须用水泥浆灌实。水泥浆除起防腐作用外,也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。为了方便施工,有时也可采用在预应力筋表面涂刷防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹的无粘结后张预应力。
一、先张法
先张法是指首先在台座上或钢模内张拉钢筋,然后浇筑混凝土的一种方法。将预应力钢筋一端用夹具固定在台座的钢梁上.另一端通过张拉夹具、测力器与张拉机械相连。当张拉到规定控制应力后,在张拉端用夹具将预应力钢筋固定,浇筑混凝土,预应力加固公司当混凝土达到一定强度后,切断或放松预应力钢筋,由于预应力钢筋与混凝土间的粘结作用,使混凝土受到预压应力。
先张法具有生产工序少、工艺简单、施工质量容易控制的特点。
二、后张法
后张法是指先浇筑混凝土构件,然后直接在构件上张拉预应力钢筋的一种施工方式。浇筑混凝土构件时,预先在构件中留出孔道.当混凝土达到规定强度后、将预应力钢筋穿入孔道,用锚具将预应力钢筋锚固在构件的端部,在构件另一端用张拉机具张拉预应力钢筋,张拉预应力钢筋的同时,构件受到预压应力。当达到规定的张拉控制应力值时.将张拉端的预应力钢筋锚固。对有粘结预应力混凝土.在构件孔道中压力灌入填充材料(如水泥砂浆).使预应力钢筋与构件形成整体。
根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序,施加预应力的方法可分为先张法与后张法两种。
1.先张法:在浇筑混凝土之前张拉预应力钢筋的方法称为先张法,先张法的主要工序为:将钢筋固定在台座上,按设计要求将钢筋张拉到控制应力,用夹具将预应力钢筋临时固定在台座上,再支模、浇筑并养护混凝土,待混凝土达到一定强度后(约为混凝土设计强度的75%,且混凝土龄期不小于7d),切断并放松预应力钢筋。在预应力钢筋回缩的过程中,利用其与混凝土之间的粘结力而使混凝土获得预压应力。在先张法预应力混凝土构件中,预应力的传递主要是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力。
2.后张法:在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋的方法称为后张法,后张法的主要工序为:先浇筑混凝土构件,并在构件中预留预应力钢筋的孔道,待混凝土达到规定强度(约为混凝土设计强度的75%以上)后,穿预应力钢筋并张拉预应力钢筋;当预应力钢筋张拉至设计要求后,在张拉端用锚具将其锚住,阻止钢筋回缩,从而使混凝土获得预压应力。最后在孔道内灌浆,使预应力钢筋与构件混凝土形成整体。在后张法预应力混凝土构件中,预应力的传递主要是依靠设置在预应力钢筋两端的锚固装置(锚具及其垫板)。先张法的生产工序少,工艺简单,质量也容易保证,适用于可批量生产的中小型构件。后张法不需台座,便于在现场制作大型构件,但工序较多,操作也较麻烦,适用于大、中型构件。
1.先张法 先张法多数用于预应力混凝土厂中,在台座上生产中小型构件。
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、槽式台座和桩式台座。
生产板形构件多用墩式台座,生产梁、屋架等构件多用槽式台座。 设计台座时要进行抗倾覆稳定性和强度验算。
先张法中钢丝用的锚固夹具有:圆锥齿板式夹具、圆锥三槽式夹具和墩头夹具。钢筋用的锚固夹具有:螺丝端杆锚具、墩头锚和销片夹具等。
为减少由于松弛等原因造成的预应力损失,先张法张拉预应力筋时都要进行超张拉。 常用的张拉程序为: 0------105%σcon—持荷2min----σcon 或 0----------103%σcon。
式中 σcon ——预应力筋的张拉控制应力。 先张法预应力混凝土构件进行湿热养护时,应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。
混凝土强度要达到不小于混凝土标准强度的75%后,才可放松预应力筋,放松过早会由于预应力筋回缩而引起较大的预应力损失。 2.后张法 在后张法中,预应力筋、锚具和张拉机具是配套的。
后张法中常用的预应力筋有单根粗钢筋、钢筋束(或钢绞线束)和钢丝束三类: (1)单根粗钢筋 单根粗钢筋预应力筋的制作,包括配料、对焊、冷拉等工序。 预应力筋的下料长度应计算确定。
预应力筋的成品长度(即预应力筋和螺丝端杆对焊并经冷拉后的全长)Ll: Ll=l+2l2 (17—3—5) 预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉后需达到的长度Lo: Lo=Ll-2l2 (17—3—6) 预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉前的下料长度L: L=L0/(1+γ-σ)+nΔ (17—3—7) 式中 l——构件的孔道长度; l2——螺丝端杆伸出构件外的长度: 张拉端:l2=2H+h+5mm; · 锚固端:l2=H+h+10mm; l1螺丝端杆长度,一般为320mm; γ--预应力筋的冷拉率; δ——预应力筋的冷拉弹性回缩率,一般为0。 4%--0。
6%; n--对焊接头数量; Δ--每个对焊接头的压缩量,一般为20--30mm; H--螺母高度(mm); h--垫板厚度(mm)。 单根粗钢筋常用的锚具为螺丝端杆和帮条锚具,张拉设备常用YL-60型拉杆式千斤顶,或YC-60型、YC-20型和YC-18型穿心式千斤顶,亦可用电热法张拉。
(2)钢筋束和钢绞线束 如用JM-12型锚具,则宜用YC-60型双作用千斤顶张拉。如用KT-Z型锚具,对螺纹钢筋束用锥锚式双作用千斤顶张拉;对钢绞线束则宜用YC-60型双作用千斤顶。
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