第四章預應力混凝土工程本章主要內容：預應力混凝土工程概述先張法后張法無黏結預應力2/3/20231土木工程施工預應力混凝土工程概述預應力混凝土：在結構或構件承受使用荷載前，對受拉區的混凝土預先施加壓應力,以抵消或減少使用荷載作用下產生的拉應力。施加預應力的目的：①提高結構或構件的抗裂度；②提高結構或構件的剛度；③充分發揮高強鋼材的作用；④把散件拼成整體。2/3/20232土木工程施工預應力混凝土的優缺點能提高鋼筋混凝土構件的剛度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高強度鋼筋和高強度等級的混凝土。具有截面小、自重輕、質量好、材料省(要節約鋼材20％～40％)，并能擴大預制裝配化程度。預應力混凝土施工，需要專門的機械設備，工藝比較復雜，操作要求較高。2/3/20233土木工程施工預應力混凝土的施工方法按施工順序分：先張法；后張法。按張拉方法分：機械張拉（液壓或電動螺桿）電熱張拉2/3/20234土木工程施工第一節先張法先張法：在澆筑混凝土前張拉預應力筋。工藝過程：張拉固定鋼筋→澆混凝土→養護（至75%強度）→放松鋼筋適用于：構件廠生產中、小型構件（樓板、屋面板、吊車梁、薄腹梁……）先張法分類：臺座法或機組流水法。2/3/20235土木工程施工臺座法構件是在固定的臺座上生產，預應力筋的張拉力由臺座承受。預應力筋的張拉、錨固、混凝土的澆筑、養護和預應力筋的放張等均在臺座上進行。臺座法不需要復雜的機械設備，能適宜多種產品生產，可露天生產、自然養護，也可采用濕熱養護，故應用較廣。2/3/20236土木工程施工臺座法施工順序圖（a）張拉預應力筋；（b）澆注混凝土；（c）放松預應力筋1-臺座；2-預應力筋；3-夾具；4-構件4231（a）（b）（c）2/3/20237土木工程施工臺座法施工的設備臺座形式：①墩式：傳力墩、臺面、橫梁，長度100～150m，適于中、小型構件。②槽式：傳力柱、上下橫梁、磚墻，長45～76m，適于雙向預應力構件，易于蒸汽養護。③鋼模臺座：只用在生產定型預制構件中。要求：有足夠的強度、剛度和穩定性；滿足生產工藝的要求。2/3/20238土木工程施工重力式墩式臺座的幾種形式與臺面共同作用式構架式樁基構架式2/3/20239土木工程施工錨樁式臺座2/3/202310土木工程施工槽式臺座壓桿磚墻上橫梁下橫梁磚墻壓桿2/3/202311土木工程施工夾具夾具是預應力筋進行張拉和臨時固定的工具，要求夾具工作可靠，構造簡便，成本低。根據夾具的工作特點分為張拉夾具和錨固夾具。鋼絲的錨固夾具（a）圓錐齒板式（b）圓錐三槽式1-套筒；2-齒板；3-錐銷鋼絲的張拉夾具（a）鉗式夾具（b）偏心式夾具

2/3/202312土木工程施工錨固夾具錨固夾具是將預應力筋臨時固定在臺座橫梁上的工具。常用的錨固夾具有4種。錐形夾具。圓套筒三片式夾具。方套筒兩片式夾具。鐓頭夾具。2/3/202313土木工程施工張拉夾具張拉夾具是將預應力筋與張拉機械連接起來，進行預應力張拉的工具。常用的張拉夾具有兩種。偏心式夾具。偏心式夾具是由一對帶齒的月牙形偏心塊組成的。楔形夾具。楔形夾具是由錨板和楔塊組成。2/3/202314土木工程施工張拉機械穿心式千斤頂：YC－20型，最大拉力20t、行程200mm，適用于：12～20單根鋼筋。電動螺桿：拉力30～60t、行程800mm，適用于：鋼筋、鋼絲。卷揚機＋滑車組：2/3/202315土木工程施工

用卷揚機張拉預應力筋圖1-臺座；2-放松裝置；3-橫梁；4-鋼筋；5-鐓頭；6-墊塊；7-銷片夾具；8-張拉夾具；9-彈簧測力計；10-固定梁；11-滑輪組；12-卷揚機YC-20穿心式千斤頂張拉過程圖1-鋼筋；2-臺座；3-穿心式夾具；4-彈性頂壓頭；5、6-油嘴；7-偏心式夾具；8-彈簧３５１２６４10７11９81221384５６７2/3/202316土木工程施工油壓千斤頂成組張拉圖1-臺座；2、3-前后橫梁；4-鋼筋；5、6-拉力架橫梁；7-大螺絲桿；8-油壓千斤頂；9-放松裝置６2/3/202317土木工程施工先張法施工工藝2/3/202318土木工程施工張拉程序的確定張拉程序0→1.05σcon（持荷2分鐘）→σcon0→1.03σcon超張拉預應力筋進行超張拉(1.03～1.05控制應力)主要是為了減少松弛引起的應力損失值。應力松弛鋼材在常溫高應力作用下，由于塑性變形而使應力隨時間延續而降低的現象。2/3/202319土木工程施工張拉控制應力預應力筋的張拉應根據設計要求進行。張拉控制應力：超張拉可比設計要求提高5%，但最大張拉控制應力不得超過下列規定：fptk：極限抗拉強度標準值

fpyk：屈服強度標準值 2/3/202320土木工程施工預應力筋張拉要點（1）張拉時應校核預應力筋的伸長值。實際伸長值與設計計算值的偏差不得超過±6%，否則應停拉；（2）從臺座中間向兩側進行（防偏心損壞臺座）（3）多根成組張拉，初應力應一致(測力計抽查)（4）拉速平穩，錨固松緊一致，設備緩慢放松（5）拉完的筋位置偏差≯5mm，且≯構件截面短邊的4%（6）冬施張拉時，溫度≮－15℃（7）注意安全：兩端嚴禁站人，敲擊楔塊不得過猛。2/3/202321土木工程施工混凝土的澆筑和養護混凝土的澆筑必須一次完成，不允許留設施工縫。混凝土≮C30。防止較大徐變和收縮：選收縮變形小的水泥，水灰比≯0.5，級配良好，振搗密實（特別是端部）。防止碰撞、踩踏鋼絲。減少應力損失：非鋼模臺座生產，采取二次升溫養護，(開始溫差≯20℃，達10MPa后按正常速度升溫）。2/3/202322土木工程施工預應力筋的放張條件：混凝土達到設計規定且≮75%強度值后。方法：鋸斷，剪斷，熔斷（僅限于Ⅰ～Ⅲ級冷拉筋）。要點：放張順序軸心受壓構件同時放；偏心受壓構件先同時放預壓應力小的區域的，再同時放大的區域的；其它構件，應分階段、對稱、相互交錯放張。粗筋放張應緩慢（砂箱法、楔塊法、千斤頂）。2/3/202323土木工程施工用楔塊放張示意圖1-臺座；2-橫梁；3、4-鋼塊；5-鋼楔塊；6-螺桿；7-承力板；8-螺母42/3/202324土木工程施工砂箱放張法活塞鋼套箱進砂口出砂口砂子鋼套箱底板2/3/202325土木工程施工第二節后張法工藝過程：澆筑混凝土并留孔→養護拆模→（達75%強度后）穿筋張拉→固定→孔道灌漿→（漿達15N/mm2,混凝土達100%后）移動、吊裝。適于：大構件及結構的現場施工—預制拼裝，結構張拉。特點：不需臺座；工序多、工藝復雜，錨具不能重復利用。2/3/202326土木工程施工后張法施工過程示意圖（a）制作構件，預留孔道（b）穿入預應力鋼筋張拉并錨固（c）孔道灌漿1-混凝土構件2-預留孔道3-預應力筋4-千斤頂5-錨具2/3/202327土木工程施工

錨具及預應力鋼筋的制作錨具按錨固性能分兩類：錨具性能 Ⅰ類 Ⅱ類

錨具效率系數ηa≧0.95

ηa≧0.9錨具的總應變εu≧2.0%

εu≧1.7%

用途：Ⅰ類——承受動、靜載的無粘結、有粘結的預應力混凝土；Ⅱ類——有粘結、預應力筋的應力變化不大的部位。常用的預應力鋼筋單根粗鋼筋鋼筋束(剛絞線束)鋼絲束2/3/202328土木工程施工

單根預應力鋼筋錨具單根預應力鋼筋的錨具1)幫條錨具2)螺絲端桿錨具3)精軋螺紋鋼筋錨具4)單根鋼絞線錨具單根筋錨具圖（a）螺絲端桿錨具；（b）幫條錨具1-鋼筋；2-螺絲端桿；3-螺母；4-焊接接頭；5-襯板；6-幫條（a）（b）2/3/202329土木工程施工預應力筋制作工序：下料→對焊→冷拉。下料長度計算：當兩端用螺絲端桿錨具時2/3/202330土木工程施工當一端用螺桿、一端用幫條時鋼筋下料長度2/3/202331土木工程施工預應力鋼筋束(鋼絞線束)的錨具預應力鋼筋束(鋼絞線束)錨具1)KT—Z型錨具2)JM型錨具3)XM、QM群錨體系4)固定端錨具JM型錨具（a）JM型錨具；（b）夾片；（c）錨環1-錨環；2-夾片；3-圓錨環；4-方錨環（c）（b）（a）2/3/202332土木工程施工KTZ型錨具KT-Z型錨具圖1-錨環；2-錨塞鋼質錐形錨具圖1-錨環；2-錨塞2/3/202333土木工程施工多孔夾片式錨具2/3/202334土木工程施工張拉設備張拉設備組成：液壓千斤頂、供油用的高壓油泵和外接油管張拉設備：錐錨式千斤頂（YZ60、YZ85）

用于KT－Z及鋼制錐形錨具；穿心式千斤頂（YC60、YC120）

用于KT－Z及JM－12、JM－15錨具大孔徑穿心式千斤頂（YCD、YCQ、YCW型）

用于大噸位鋼絞線束（群錨）2/3/202335土木工程施工拉伸機構造圖1-主缸；2-主缸活塞；3-主缸油嘴；4-副缸；5-副缸活塞；6-副缸油嘴；7-連接器；8-頂桿；9-拉桿；10-螺母；11-預應力筋；12-混凝土構件；13-預埋鋼板；14-螺線端桿2/3/202336土木工程施工YC-60型千斤頂圖1-張拉油缸；2-頂壓油缸（即張拉活塞）；3-頂壓活塞；4-彈簧；5預應力筋；6-工具錨；7-螺母；8-錨環；9-構件；10-撐腳；11-張拉桿；12-連接器；13-張拉工作油室；14-頂壓工作油室；15-張拉回程油室；16-張拉缸油嘴；17-頂壓缸油嘴；18-油孔

構造及工作原理2/3/202337土木工程施工2/3/202338土木工程施工YZ-85千斤頂構造圖1-主缸；2-副缸；3-楔塊；4-錐形卡環；5-退楔翼片；6-鋼絲；7-錐形錨頭2/3/202339土木工程施工高壓油泵高壓油泵有手動和電動兩類。高壓油泵主要提供高壓油，與千斤頂配套使用，是千斤頂的動力和操縱部分。目前常用的油泵型號有：ZB0.8/500、ZB0.6/630、ZB4/500和ZB10/500等。ZB4/500型油泵是預應力筋張拉的通用油泵。其外形尺寸為745mm×494mm×1052mm，采用10號或20號機械油，油箱容量為42升，有2個出油嘴，每個出油嘴的額定排量為2升/秒。2/3/202340土木工程施工預應力鋼絲束錨具鋼絲束鐓頭錨具錐形螺桿錨具鋼質錐形錨具2/3/202341土木工程施工預應力鋼絲束的制作工序：冷拉→下料→編束。下料長度

l

：

兩端張拉：l

＝l0＋2a

一端張拉：l＝l0＋a＋ba－張拉端留量（600～850mm，由機具定）b－非張拉端外露長度（80～100mm）2/3/202342土木工程施工錐形螺桿錨具的預緊、鋼絲束的編束2/3/202343土木工程施工后張法施工工藝后張法施工工藝流程包括：孔道留設預應力鋼筋張拉孔道灌漿清理孔道穿筋張拉預應力筋孔道灌漿起吊運輸

安裝底模安裝鋼筋骨架、支模埋管制孔澆筑混凝土抽管養護、拆模制混凝土試塊壓混凝土試塊制作水泥漿試塊預應力筋制作張拉機具標定灌漿機具準備2/3/202344土木工程施工孔道留設孔道的留設要求：位置準確；內壁光滑；孔道的直徑比預應力鋼筋(束)外徑大10～15mm，以利于預應力鋼筋穿入?？椎赖牧粼O方法：抽芯法預埋管法。2/3/202345土木工程施工抽芯法該方法在我國已有較長的歷史，相對價格比較便宜。局限性：如對大跨度結構、大型的或形狀復雜的特種結構及多跨連續結構等，因孔道密集就難以適應。抽芯法：鋼管抽芯法膠管抽芯法。2/3/202346土木工程施工鋼管抽芯法大都用于留設直線孔道。要求：鋼管應平直、光滑，用前刷油；每根長≯15米，每端伸出500mm；兩根接長，中間用木塞及套管連接；用鋼筋井字架固定，@≯1米；澆混凝土后每10～15分鐘轉動一次；混凝土初凝后、終凝前抽管；抽管先上后下，邊轉邊拔。2/3/202347土木工程施工連接示意圖較長的構件可采用兩根鋼管，中間用套管連接。2/3/202348土木工程施工膠管抽芯法此方法不僅可以留設直線孔道，亦可留設曲線孔道。膠管彈性好，便于彎曲，一般有五層或七層夾布膠管和鋼絲網橡皮管兩種。膠管密封圖（a）膠管封端；（b）膠管與閥門連接1-膠管；2-20號鉛絲密纏；3-鋼管堵頭；4-閥門(a)(b)2/3/202349土木工程施工膠管抽芯法原理膠管具有一定彈性，在拉力作用下，其斷面能縮小，故在混凝土初凝后即可把膠管抽拔出來。夾布膠管質軟，必須在管內充氣或充水。在澆筑混凝土前，膠皮管中充入壓力為0.6～0.8MPa的壓縮空氣或壓力水，此時膠皮管直徑可增大3mm左右。抽管順序，一般應為先上后下，先曲后直。2/3/202350土木工程施工膠管的固定采用鋼筋井字形網架固定。井字網架間距：鋼管1～2m左右；膠管直線段一般為500mm左右，曲線段為300～400mm左右。

2/3/202351土木工程施工預埋管法預埋管采用一種金屬波紋軟管，是由鍍鋅薄鋼帶經波紋卷管機壓波卷成，具有重量輕、剛度好、彎折方便、連接簡單、與混凝土黏結較好等優點。波紋管的內徑為50～100mm，管壁厚0.25～0.3mm。除圓形管外，近年來又研制成一種扁形波紋管，可用于板式結構中，扁管的長邊邊長為短邊邊長的2.5～4.5倍。2/3/202352土木工程施工2/3/202353土木工程施工2/3/202354土木工程施工2/3/202355土木工程施工2/3/202356土木工程施工預應力鋼筋張拉張拉條件：

結構的混凝土強度符合設計要求或達75%強度標準值；

做好各種準備工作。張拉控制應力和超張拉最大應力：比先張法均低0.05f2/3/202357土木工程施工張拉控制應力及張拉程序后張法控制應力值低于先張法，這是因為后張法構件在張拉鋼筋的同時，混凝土已受到彈性壓縮，張拉力可以進一步補足；而先張法構件，是在預應力鋼筋放松后，混凝土才受到彈性壓縮，這時張拉力無法補足。此外，混凝土的收縮、徐變引起的預應力損失，后張法也比先張法小。為了減少預應力鋼筋的松弛損失等，與先張法一樣采用超張拉法。2/3/202358土木工程施工張拉方法張拉方法有一端張拉和兩端張拉。兩端張拉，宜先在一端張拉，再在另一端補足張拉力。曲線預應力鋼筋應兩端張拉。長度不大的直線預應力鋼筋，可一端張拉。安裝張拉設備時，應使直線預應力鋼筋張拉力的作用線與孔道中心線重合；曲線預應力鋼筋張拉力的作用線與孔道中心線末端的切線重合。2/3/202359土木工程施工預應力值的校核張拉控制應力值除了靠油壓表讀數來控制，在張拉時還應測定預應力鋼筋的實際伸長值。若實際伸長值與計算伸長值相差10％以上時，應檢查原因，修正后再重新張拉。2/3/202360土木工程施工張拉順序配有多根鋼筋或多束鋼絲的構件分批對稱張拉（注意：后批對先批產生應力影響）；疊澆構件自上而下逐層張拉，逐層加大拉應力，但頂底相差

≯5%（鋼絲、鋼絞線、熱處理筋）

≯9%（冷拉筋）。2/3/202361土木工程施工孔道灌漿1.目的：防止生銹；增加整體性。2.基本要求：（盡早進行，飽滿、密實）①水泥≮32.5級普硅；②水泥漿強度≮30MPa；③水灰比0.4左右，不得大于0.45；④泌水率：拌后三小時宜≯2%，最大≯3%⑤可摻無腐蝕性外加劑：鋁粉（水泥重的0.5～1/萬），木鈣（0.25%），微膨脹劑；⑥孔道濕、潔凈，由下層孔到上層；⑦灌滿孔道并封閉排氣孔后，加壓0.5～0.6MPa，稍后再封閉灌漿孔；⑧不摻外加劑時，可用二次灌漿法。2/3/202362土木工程施工2/3/202363土木工程施工2/3/202364土木工程施工2/3/202365土木工程施工第三節無黏結預應力無黏結后張預應力起源于50年代的美國。我國70年代開始研究，80年代初應用于實際工程中。無黏結后張預應力混凝土是在澆灌混凝土之前，把預先加工好的無黏結筋與普通鋼筋一樣直接放置在模板內，然后澆筑混凝土，待混凝土達到設計強度時，即可進行張拉。特點：無需留孔與灌漿，施工簡單；張拉摩阻力小，預應力筋受力均勻；可做成多跨曲線狀；構件整體性略差，錨固要求高。2/3/202366土木工程施工無黏結預應力鋼筋的制作無粘結鋼筋無黏結筋一般由鋼絲、鋼絞線等柔性較好的預應力鋼材制作，當用電熱法張拉時，亦可用冷拉鋼筋制作。防腐涂料層防腐材料：瀝青、油脂、蠟、環氧樹脂或塑料。涂料應具有良好的延性及韌性；要求：不流淌、不變脆、不開裂；應具有化學穩定性，與鋼、水泥以及護套材料均無化學反應，不透水、不吸濕，防腐性能好；油滑性能好，磨擦阻力小。2/3/202367土木工程施工護套材料無黏結筋的護套材料可以用紙帶或塑料帶包纏或用注塑套管。護套材料應具有足夠的抗拉強度及韌性，以免在工作現場或因運輸、儲存、安裝引起難以修復的損壞和磨損；要求其防水性及抗腐蝕性強；低溫不脆化、高溫化學穩定性高；對周圍材料無侵蝕性。如用塑料作為外包材料時，還應具有抗老化的性能。高密度的聚乙