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簡談預應力混凝土工程
2011-01-28 00:00

1 概述
一、基本概念
1、 預應力的概念:
預應力是預加應力的簡稱,是為產生與使用荷載應力方向相反的預加應力。
2、 混凝土預加應力的目的:
為了彌補混凝土材料抗拉強度太低的缺點。
3、 預應力混凝土的概念:
是根據需要,人為的引入某一數值的反向荷載,用以抵消使用荷載的一種加筋混凝土。
二、預應力混凝土的材料
1、 對鋼材的要求:
高強度;具有一定塑性;與砼又較好的粘結度;良好的加工性能
2、 對砼的要求:
高強度;收縮,徐變小;快硬、早強;
素混凝土 → 鋼筋混凝土 → 預應力混凝土
3、預應力砼的優點:
① 截面小,重量輕,剛度大;
② 抗裂性、耐久性好;
③ 節約鋼材;
④在較大跨度結構中,綜合經濟效益好。

§5.2 先張法施工
一、基本概念
先張法施工是在澆筑混凝土前在臺座上或鋼模上張拉預應力筋,并用夾具將張拉完畢的預應力筋臨時固定在臺座的橫梁上或鋼模上,然后進行非預應力鋼筋的綁扎,支設模板,澆筑混凝土,養護混凝土至設計強度等級的 75%以上,放松預應力筋,使混凝土在預應力筋的反彈力作用下,通過混凝土與預應力筋之間的粘結力傳遞預應力錨具,使得鋼筋混凝土構件受拉區的混凝土承受預壓應力。
二、先張法施工設備
(一)臺座
組成:臺面、橫梁、承力結構。
分為:墩式臺座、槽式臺座、樁式臺座等。
1、墩式臺座:
以混凝土墩作為承力結構的臺座稱為墩式臺座。
一般用于生產中小型構件。
(1) 墩式臺座分類:簡易墩式臺座;
重力墩式臺座;
構架式臺座;
(2) 墩式臺座計算要點:
①墩式臺座的抗傾覆驗算:
抗傾覆驗算安全系數K1表示
K1 = M1 / M ≥1.5
式中 M——由張拉力產生的傾覆力矩 M=Te
T——張拉力的合力
e——張拉力合力T的作用點到傾覆轉動點O的力臂
M1——抗傾覆力矩,如不考慮土壓力,則 M1 = G1 L1 十G2 L2
式中 G1——傳力墩的自重
L1——傳力墩重心至傾覆轉動點O的力臂
G2——傳力墩外伸臺面局部加厚部分的自重
L2——傳力墩外伸臺面局部加厚部分重心至傾覆轉動點O的力臂
②抗滑移驗算
墩式臺座的抗滑移能力以臺座的抗滑移安全系數 K2表示。
K2 = T1 / T ≥1 .3
式中T——張拉力的合力
T1——抗滑移力 T1 = N 十 EP 十 F
式中 N——臺面反力
EP ——土壓力P,P/的合力.
F——摩阻力
③ 強度驗算:
支承橫梁的牛腿,按柱子的牛腿計算配筋;
墩式臺座與臺面接觸的外伸部分,按偏心受壓構件計算;
臺面按軸心受壓構件計算;
橫梁按承受均布荷載的簡支梁計算。
2、槽式臺座
用于張拉力和傾覆力矩較大的構件生產。
(二)張拉機具和夾具
1、鋼絲的夾具和張拉機具
(1)鋼絲夾具
① 錨固夾具:錐形、楔形。
張拉夾具:偏心式、鉗式、楔形。
③ 墩頭錨具:采用冷墩形成。
(2)張拉機具
① 要求:
簡易可靠,準確控制鋼絲的拉力,穩速增大拉力。
② 種類:
A、卷揚機張拉:彈簧測力、杠桿測力。
B、電動螺桿張拉張拉:構造簡單,體積小,重量輕,操作靈活,移動方便。
2、鋼筋的夾具和張拉機具
(1)鋼筋夾具
① 錨固夾具:工具式螺桿-螺絲端桿錨具;
穿心式夾具-自錨;
墩頭錨固:d < 12mm 冷墩
d < 22mm 熱墩
d > 22mm 加熱鍛打
張拉夾具:壓銷式、穿心式。
(2)鋼筋張拉機具
油壓千斤頂、拉伸機、穿心式千斤頂、電動螺桿張拉設備
二、先張法施工工藝
(一)預應力筋的鋪設
預應力筋宜用牽引車鋪設
(二)預應力筋的張拉
1、張拉控制應力和超張拉最大應力
2、張拉程序:
0——→1.05σcon————→σcon 或0——→1.03σcon
第一種張拉程序中,超張拉5%并持荷2min,其目的是為了在高應力狀態下加速預應力松弛早期發展,以減少應力松弛引起的預應力損失。第二種張拉程序中,超張拉3%,其目的是為了彌補預應力筋的松弛損失,這種張拉程序施工簡單,一般多被采用。以上兩種張拉程序是等效的,可根據構件類型、預應力筋與錨具種類、張拉方法、施工速度等選用。
采用第一種張拉程序時,千斤頂回油至稍低于σcon,再進油至σcon,以建立準確的預應力值。
第二種張拉程序,超張拉 3%是為了彌補應力松弛引起的損失,根據國家建委建研院“常溫下鋼筋松弛性能的試驗研究”一次張拉0——→σcon,比超張拉持荷再回到控制應力0——→1.05σcon————→σcon , (持荷 2min)應力松弛大 2~3%,因此,一次張拉到 1.03σcon后錨固,是同樣可以達到減少松弛效果的。且這種張拉程序施工簡便,一般應用較廣。
3、張拉順序:
(1)多根同時張拉;(2)單根張拉電動油泵
(三)混凝土的澆筑與養護
1、澆筑要求:
① 同一生產線的構件應一次澆筑完畢;
② 構件應避開溫度縫;
③ 振搗時不應碰撞鋼絲;
④ 疊層生產時,下層混凝土強度達5MPa,方可澆筑上層構件;
⑤ 混凝土的水灰比應嚴格控制,振搗應密實。
2、養護:
① 自然養護;
② 濕熱養護。
(四)預應力筋放張
1、放張要求
① 混凝土強度應大于75%C設;(重疊生產指最上層構件)
② 放張過程中,應使預應力構件自由伸縮,避免過大的沖擊與偏心。同時還應使臺座承受的傾覆力矩及偏心力減小;
③ 保證預應力筋與混凝土之間的粘結。
2、放張方法
① 鋼絲:數量少,逐根放張;數量多,同時放張。
② 粗鋼筋:數量少,逐根加熱熔斷;數量多,同時放張。
3、放張順序
① 軸心受壓構件:同時放張。
② 偏心構件:先同時放張預應力較小區域內的預應力筋;再同時放張預應力較大區域內的預應力筋。
③ 如不能滿足上述要求,應分階段、對稱、相互交錯進行放張。
 

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