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1、 第五讲 预应力张拉施工与设计介绍 一、后张有粘结预应力施工 （一）概述 定义：后张有粘结预应力技术是通过在结构或构件中预留孔道,允许孔道内预应力筋在张拉时可自由滑动,张拉完成后在孔道内灌注水泥浆或其它类似材料,而使预应力筋与混凝土永久粘结不产生滑动的施工技术。应用范围：在房屋建筑中，主要用于框架、钢架结构，各种梁系结构，平板楼盖结构（扁形结构）；在特种工程结构中，用于大直径煤仓、水泥仓、核安全壳、水池、渡槽、压力隧洞、水塔、电视塔等结构物或构筑物中；在桥梁结构中，广泛用于大跨径简支梁板结构、连续梁结构、T形刚构和连续刚构等大跨径桥梁中。（二）后张有粘结预应力施工工艺 后张有粘结预应力施工工序
2、较多,其主要工艺流程如下:1、预留孔道（1）预应力筋孔道布置 预应力的孔道形状有直线、曲线和折线三种。孔道直径的要求；孔道布置的要求；孔道端头排列的要求。（2）孔道成形方法 预应力筋的孔道可采用钢管抽芯、胶管抽芯和预埋管等方法成形。对孔道成形的基本要求是：孔道的尺寸与位置应正确，孔道应平顺，接头不漏浆，端部预埋钢板应垂直于孔道中心线等。孔道成形的质量，对孔道摩阻损失的影响较大，应严格把关。(a)预埋金属波纹管法;波纹管端部装入锚垫板内孔30mm以上；波纹管连接用大一号的波纹管；对于超长多波曲线束，应在波纹管中间最高处设置排气孔，以保证灌浆质量，并方便灌浆的实施；所有接头处用胶带密封，以防水泥浆
3、渗入，堵塞孔道。锚垫板-安装时灌浆口置于管道上侧，并固定在模板上。BM型锚具锚垫板 当固定端为挤压锚或压花锚时：排气管 约束圈挤压式锚具 混凝土握裹段钢绞线长度应按设计要求执行，或参考HVM群锚设计施工指南第6页的2.1.4项，钢绞线表面应没有油脂、浮锈等杂物，以免减小混凝土与钢绞线的握裹力（不同的锚固体系各不相同）。固定端的波纹管出口处必须安装约束圈，以免钢绞线横向张力损坏混凝土。固定端的波纹管出口处应安装排气孔。预埋的钢绞线外露段应保护好，以免锈蚀、损坏。(b)钢管抽芯法;(c)胶管抽芯法;(d)预埋塑料波纹管法;(e)灌浆孔、排气孔、排水孔与泌水管；2、预应力筋下料及制作 预应力筋下料长
4、度的计算，应考虑预应力钢材品种、锚具形式、焊接接头、镦粗头、冷拉伸长率、弹性回缩率、张拉伸长值、台座长度、构件孔道长度、张拉设备与施工方法等因素。（1）钢绞线下料长度确定 一端张拉时按下式：L=L1+2L2+L3+L4两端张拉时按下式：L=L3+2（L2+L4）详见HVM群锚设计施工指南第24页的7.1.1项；为了保证锚索张拉能顺利实施，构件端部应留足够的张拉空间，具体尺寸见HVM群锚设计施工指南第20页的3.8项；当采用内卡式千斤顶时，见第21页。（2）钢绞线下料 注意：预应力筋一般均为高强钢材，如局部加热或急剧冷却，将引起该部位的马氏体组织脆性变态，小于允许张拉力的荷载即可造成脆断，危险性
5、很大。因此在现场加工或组装预应力筋，不得采用加热、焊接和电弧切割。应采用砂轮切割机下料。下料场应平坦，下料长度误差控制在-50100mm以内。（3）钢绞线编束 若为长束或多波曲线束，应将钢绞线按帘状编束，并用细铁丝每隔11.5m绑一道，钢绞线不得交叉、打绞，以避免张拉施工产生应力损失太大或钢绞线拉断等情况。3、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：先穿束法和后穿束法。也可分为：整束穿和单根穿 也可分为：人工穿和卷扬机、穿束机穿束 注意：长束、重束宜在预留孔内安放钢丝，采用卷扬配合穿束，钢绞线表面应无油脂或泥浆等杂物。4、预应力筋张拉锚固（1）张拉施工的准备 材料、设备及配套工
6、具的准备（锚具的验收及进场，设备的标定等）结构构件的准备 混凝土强度的检验 施工操作条件的准备 张拉施工技术准备（伸长值的计算、施工表格等）施工安全及技术交底（2）工作锚的安装 (a)将钢绞线外露段的沙尘、浮锈等除去；(b)将钢绞线顺位穿进相应的锚板孔内；(c)锚板与锚垫板要注意同轴，并将锚板固定在锚垫板上的凹槽内；(d)清理锚板锥孔后将干净的工作夹片外锥面涂少量退锚灵，装上后用工具轻轻地敲紧、打平；(e)各个不同锚固体系的锚板、夹片不能混用，以免发生滑丝、断丝事故或应力损失太大等现象。（3）限位板的安装 根据所张拉的钢绞线直径，正确选用限位板的工作面，以确保施工的安全及应力损失符合设计的要求
7、；如张拉15.24的钢绞线，应将限位板刻有“152”的一面扣装在锚板上。（4）千斤顶 1、张拉前千斤顶与压力表应配套标定；2、千斤顶的安装孔与限位板应匹配，否则 应使用垫环。（5）工具锚的安装 (a)将工具锚板锥孔擦干净，涂上退锚灵等润滑剂；(b)将锚板装到千斤顶上，钢绞线不得交叉、打绞；(c)将工具夹片的牙槽、外锥擦干净，在外锥涂上滑润剂后装到工具锚板上；(d)工具夹片禁止与工作夹片混用，防止发生意外。（6）张拉、测量 （a）钢绞线张拉采用双控，以油表压力控制为主，钢绞线伸长值校核为辅进行张拉；(b)张拉速度以钢绞线应力增加100MPa/min为宜；(c)张拉到10%con时测量并记录活塞位
8、置读数（预紧）；(d)如分级张拉，则分级测量并记录活塞位置读数；(e)张拉到100%con时（或105%con时）测量并记录活塞位置读数；(f)稳压5分钟后缓慢放张锚固(自锚）；(g)超张拉后开始卸载锚固，测量回缩值；(h)在张拉过程中，当钢绞线伸长的测量值与理论计算值相差大于-5%+10%（6%）时，应查明原因并解决后方可继续张拉；(i)多余段钢绞线切割 应采用砂轮切割机，禁止用电焊切割，外露钢绞线长应大于30mm。5、孔道灌浆（普通压力灌浆略）孔道灌浆作用有二：一是保护预应筋，以免锈蚀；二是使预应力筋与构件混凝土有效的粘结，以控制超载时裂缝的间距与宽度，并减轻梁端锚具的负荷状况。介绍真空辅
9、助灌浆 灌浆前应将锚具部分用水泥砂浆封好；浆体材料强度等级应不低于C30。灌浆应在张拉后72小时内进行,灌浆后应封锚.据有关资料介绍，英国据有关资料介绍，英国Ynys-Gwas桥因压力灌浆不密桥因压力灌浆不密实，于实，于1991年跨塌，随后对大批压力灌浆工程进行检查，年跨塌，随后对大批压力灌浆工程进行检查，发现发现80%的工程灌注不满；日本也对压力灌浆工程进行了的工程灌注不满；日本也对压力灌浆工程进行了检查，发现灌满的占检查，发现灌满的占30%，不满的占，不满的占30%，其余，其余40%无法无法检查。检查。对此，欧美国家已开发并广泛采用真空灌浆工艺，我国对此，欧美国家已开发并广泛采用真空灌浆工
10、艺，我国仅在南京长江二桥试用过。仅在南京长江二桥试用过。真空灌浆的基本原理 通过抽真空，在管道内产生负压环境。使浆体在压力和吸力的双重作用下，加快了流速，提高了灌注密实程度。真空灌浆具有以下优点真空灌浆具有以下优点1、可消除普通压力灌浆方法引起的气泡；2、可消除混在稀浆中的气泡，减少有害水分的聚积地；3、真空灌浆是一个迅速、连续的过程，内径为92的15m 管道抽真空只要几秒钟，灌浆只要34分钟，而普通压 力灌浆约需20分钟，它可提供均匀、密实不透水的灰 浆保护层，密实度在99%以上；4、所采用的塑料波纹管是绝缘体，与金属波纹管相比，具有更强的耐腐蚀性，大大改善了构件的防腐蚀性能，而且它的布置不
11、受管道形状的限制，对于弯束、U型 束、竖向束的孔道灌浆，更能体现真空灌浆的优越性。真空灌浆的关键：浆体的材料及配比塑料波纹管(金属波纹管也可)灌浆设备塑料波纹管 特点特点 1、具有良好的耐腐蚀性，采用的材料为HDPE，是 目前通用塑料中化学成分最稳定的一种，与水份、硅酸盐水泥互相惰性，互不反应。2、具有良好的物理性能：密封性好，荷载作用后不渗透，无弯曲渗透之 忧；抗冲击性好，能承受0.5m长的钢绞线从6m的高度下 竖直下落冲击，不破裂；耐温性和阻燃性：电焊渣在2m高处自由坠落到波纹 管上，波纹管未引燃和熔穿，无异常。弯曲半径小，最小为0.3m，可以成盘运输。塑料波纹管 灌浆步骤 1、检查管道是
12、否通畅，并进行密封 2、按配比准备浆体材料 3、按真空灌浆施工图安装各部件 4、搅拌浆体 5、抽真空(真空度：-0.060.09MPa)6、灌 浆(最终压力：0.40.6MPa)7、清洗设备、工具真空灌浆施工连接图 注意事项 1.锚头一定要密封好，最好在密封后24小时开始灌浆。2.输浆管应选用牢固结实的高强橡胶管，抗压能力 1MPa,连接要牢固。3.水一定要严格按配比加入。4.灰浆进入灌浆泵之前应通过70目的筛网。5.灌浆工作宜在灰浆流动性没有下降的3045分钟时 间内进行，孔道一次灌注要连续。6.中途换管道时，继续运行灌浆泵，让浆体循环流动。真空泵灌浆泵6、预应力筋张拉伸长值计算 式中：P预
13、应力的平均张拉力，取张拉端拉力与跨中（二端张拉）或固定端（一端张拉）扣除孔道摩擦损失后的拉力平均值;LT预应力筋的实际长度;AP预应力筋的截面面积;ES预应力筋的实测弹性模量;Pj张拉控制力，超张拉时按超张拉力取值;孔道局部偏摆系数，按规范取值;预应力筋与孔道壁的摩擦系数，按规范取值;X从张拉端至计算截面的孔道长度（以m计），可近似取轴线投影长度，对一端张拉x=LT，对两端对称张拉x=LT/2;从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角（以弧度计），对一端张拉取曲线孔道的总转角，对两端张拉，取曲线孔道的总转角的一半。7、孔道摩擦损失值的现场测试（1）现场测试 1）精密压力表法；2）传感器法。计算
14、公式（2）减少孔道摩擦损失的措施 1）改善预留孔道与预应力筋制作质量；2）采用润滑剂；3）采取超张拉的方法。8、预应力筋张拉（1）预应力筋张拉顺序，应使结构及构件受力均匀、同步，不产生扭转、侧弯，不应使混凝土产生超应力，不应使其它构件产生过大的附加内力及变形。因此，无论对结构整体，还是对单个构件而言，都应遵循同步、对称张拉的原则。此外，安排张拉顺序还应考虑到尽量减少张拉设备的移动次数。（2）分级张拉一次锚固；（3）分级张拉分级锚固；（4）一端张拉工艺；（5）两端张拉工艺；（6）其它张拉工艺。9、张拉伸长值校核（1）量测千斤顶油缸行程数值；（2）量测外露预应力筋端头；（3）与计算伸长值比较，是否
15、合格。二、后张无粘结预应力施工（一）概述 后张无粘结预应力技术是后张预应力技术的一个重要分支。无粘结预应力混凝土是指配有无粘结预应力筋，靠锚具传力的一种预应力混凝土。其施工过程是：先将无粘结预应力筋铺设在模板中，待混凝土浇筑并达到强度后进行张拉锚固。这种混凝土的最大优点是施工简便。（二）后张无粘结预应力施工工艺 后张无粘结预应力混凝土结构施工比有粘结预应力施工工艺要简单、方便，它无需留孔、穿束、灌浆等工序可提高施工效率、降低工程费用,其主要工艺流程如下:1、无粘结筋下料 与有粘结筋一样，应采用砂轮切割机下料。下料场应平坦，下料长度误差控制在-50100mm以内。2、无粘结筋的铺设与布置 无粘结
16、筋的铺设比较简单，基本上与非预应力钢筋相同。3、无粘结筋就位固定 无粘结筋应严格按设计要求的曲线形状就位并固定牢靠。铺设时无粘结筋的垂直高度宜采用支撑架或其他钢筋绑扎固定。铁丝不宜扎得太紧，以免塑料套管有明显的可痕或压纹。固定点的间距不大于1m。应特别注意钢绞线PE不要被划伤，也不要被焊渣烧伤，破损处应加以绑扎。4、无粘结筋的张拉锚固 无粘结筋张拉锚固前应将外层塑料和油脂去除，以增强锚具的锚固性能。其余与有粘结筋张拉相同。5、无粘结筋锚头保护 无粘结预应力筋张拉施工完毕后，应及时对锚固区进行保护。在夹片及无粘结筋端部涂专用防腐油脂，用塑料封端罩封闭。三、预应力施工设计考虑的因素1、锚口摩阻损失 HVM锚具锚口摩阻损失系数2.5%。2、夹片内缩造成的应力损失 HVM锚具内缩量5mm，计算时建议=6mm。3、孔道摩擦损失 可根据计算和现场实测。4、混凝土收缩徐变损失5、锚具的最小设置距离6、锚固构件的凹槽与凸台7、预应力筋的形状与最小弯曲半径8、千斤顶张拉空间四、预应力损失（1）预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失（孔道摩擦损失）；（2）张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失（锚固
