第五章预应力混凝土结构..doc

第五章 预应力混凝土结构 第一节　预应力混凝土的基本原理 所谓预应力混凝土，混凝土引入内部应力，其和分布能抵消使用荷载产生的应力程度的混凝土。 现以图5-1所示的预应力混凝土简支梁为例，说明预应力混凝土结构的基本原理。 该梁在荷载作用之前，通过张拉高强度钢筋的，预先在梁的受拉区施加偏心压力，使梁的下边缘产生预压应力，上边缘产生预拉应力（如图5-1（a）），当荷载（包括梁自重）作用时，在梁跨中截面下边缘产生拉应力，梁上边缘产生压应力（如图5-1（b））。这样，在预压力和荷载共同作用下，梁下边缘拉应力将减至，梁上边缘一般为压应力，但也可能为有限的拉应力（如图5-1（c））。由此可见，由于预先给混凝土梁施加了预压力，使混凝土梁在荷载作用下，其下边缘产生的拉应力被预压应力完全或大部分抵消，因而可以避免混凝土出现裂缝（或裂缝宽度控制在容许范围之内），这就改善了混凝土梁的抗性能，充分高强度材料的。 图5-1 预应力的作用 第二节　预加应力的方法与设备 5.2.1 预加应力的方法 预加应力方法主要有先张法和后张法两。 1、先张法 即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土工序如图5-所示。先在台座上按设计规定的拉力张拉钢筋，并用锚具临时固定再浇筑构件混凝土待混凝土达到强度后，放松钢筋，混凝土获得预压应力。先张法预应力混凝土构件是通过预应力筋和混凝土之间的粘结力预应力。 先张法通常适用在长线台座 (50～200m)上成批生产直线预应力筋的中小型构件，如屋面板、空心板梁、桩等。先张法的主要优点是生产效率高、施工工艺简单、锚夹具可多次重复使用。 图5- 先张法工序示意（a）钢筋就位；（b）张拉钢筋：（c）临时固定钢筋，浇筑梁体混凝土 并进行混凝土养护；（d）放松钢筋，钢筋回缩，混凝土受预压而上拱。 2、后张法 后张法先浇筑构件混凝土，张拉预应力钢筋的方法工序如图5-所示。先浇筑构件混凝土，并在混凝土构件中预留孔道待混凝土达到定强度后，将钢筋穿预留孔以混凝土构件本身作为支承件，张拉钢筋使混凝土构件用锚具将钢筋锚固于构件上在预留孔内压注水泥浆，以预应力钢筋保护不致锈蚀。 图5- 后张法工序示意 （a）制作构件，预留孔道，穿入预应力钢筋； （b）安装千斤顶；（c）张拉钢筋； （d）锚住钢筋，拆除千斤顶，孔道压力灌浆。 后张法预应力混凝土构件通过锚具预压应力。 后张法不需要专门台座，适用于在现场制作大型结构构件，可配置直线曲线预应力钢筋，但施工工艺较复杂，锚具消耗量较大，成本较高。 5.2.2 预加应力的设备 1、锚具 （1）对锚具的要求 无论是先张法所用的临时锚具，还是后张法所用的永久性工作锚具，都是保证预应力混凝土施工安全、结构可靠的技术关键性设备。因此，在设计、制造或选择锚具时，应注意满足下列要求： 受力安全可靠；预应力损失小；构造简单、紧凑，制作方便，用钢量少；张拉锚固方便迅速，设备简单。 （2）锚具的分类及类型 锚具的形式繁多，按其传力锚固的受力原理，可分为： ａ、依靠摩阻力锚固的锚具。如楔形锚、锥形锚和用于锚固钢绞线的JM锚与夹片式群锚等，都是借张拉筋束的回缩或千斤顶顶压，带动锥销或夹片将筋束楔紧于锥孔中而锚固的。 ｂ、依靠承压锚固的锚具。如墩头锚、钢筋螺纹锚等，是利用钢丝的墩粗头或钢筋螺纹承压锚固的。 ｃ、依靠粘结力锚固的锚具。如先张法的筋束锚固，以及后张法固定端的钢绞线压花锚具等，都是利用筋束与混凝土之间的粘结力进行锚固的。 对于不同形式的锚具，往往需要有专门的张拉设备配套使用。因此，在设计施工中，锚具与张拉设备的选择，应同时考虑。 目前国内在桥梁结构中几种常用的锚具有：锥形锚、墩头锚、高强精轧螺纹钢筋锚具、夹片锚具等等。 2、千斤顶 各种锚具都必须配置相应的张拉设备，才能顺利地进行张拉、锚固。与夹片锚具配套的张拉设备，是一种大直径的穿心千斤顶（如图5-）它常与夹片锚具配套研制。其他各种锚具也都具有各自适用的千斤顶。因此在设计施工需要时，应详细查阅各生产厂家的产品目录。 图5- 夹片锚张拉千斤顶安装示意图 3、其他设备 按照施工工艺的要求，预加应力尚需有以下一些设备或配件。 ａ、制孔器 预制后张法构件时，需预留筋束穿入的孔道。目前，国内桥梁构件预留孔道所用的制孔器主要有两种：波纹管和抽拔橡胶管。 ｂ、穿索机 当采用后张法时，一般都采用后穿法穿束。但当构件的筋束很长时，人工穿束十分困难，故采用穿索（束）机。穿索（束）机有两种类型：一是液压式；二是电动式。 ｃ、灌孔水泥浆及压浆机 在后张法预应力混凝土构件中，筋束张拉锚固后必须给预留孔压注水泥浆，以免钢筋锈蚀，并使筋束与梁体混凝土结合为一整体。应严格控制水灰比保证孔道内水泥浆密实。 压浆机是孔道灌浆的主要设备，它主要由灰浆搅拌桶、存浆桶和压送灰浆的灰浆泵以及供水系统组