【建筑施工手册】之 预应力工程施工手册.doc

11 预应力工程预应力混凝土，与钢筋混凝土比较，具有构件截面小、自重轻、刚度大、抗裂度高、耐久性好、材料省等优点，但预应力混凝土施工，需要专门的材料与设备、特殊的工艺、单价较高。在大开间、大跨度与重荷载的结构中，采用预应力混凝土结构，可减少材料用量，扩大使用功能，综合经济效益好，在现代结构中具有广阔的发展前景。预应力混凝土按预应力度大小可分为：全预应力混凝土和部分预应力混凝土。全预应力混凝土是在全部使用荷载下受拉边缘不允许出现拉应力的预应力混凝土，适用于要求混凝土不开裂的结构。部分预应力混凝土是在全部使用荷载下受拉边缘允许出现一定的拉应力或裂缝的混凝土，其综合性能较好，费用较低，适用面广。预应力混凝土按施工方式不同可分为：预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土等。按预加应力的方法不同可分为：先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土。先张法是在混凝土浇筑前张拉钢筋，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土。后张法是在混凝土达到一定强度后张拉钢筋，预应力靠锚具传递给混凝土。在后张法中，按预应力筋粘结状态又可分为：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。前者在张拉后通过孔道灌浆使预应力筋与混凝土相互粘结，后者由于预应力筋涂有油脂，预应力只能永久地靠锚具传递给混凝土。 我国预应力技术是在20世纪50年代后期起步的，当时采用冷拉钢筋作预应力筋，生产预制预应力混凝土屋架、吊车梁等工业厂房构件。70年代在民用建筑中推广冷拔低碳钢丝配筋的预制预应力混凝土中小型构件。80年代，结合我国现代多层工业厂房与大型公共建筑发展的需要，高强预应力钢材(高强钢丝与钢绞线)配筋的现代预应力混凝土出现。我国预应力技术从单个构件发展到预应力混凝土结构新阶段。在建筑工程中，预应力混凝土结构体系主要有：部分预应力混凝土现浇框架结构体系，无粘结预应力混凝土现浇楼板结构体系，在特种构筑物中，预应力混凝土电视塔、安全壳、筒仓、贮液池等也相继建成。此外。预应力技术在房屋加固与改造中也得到推广应用。 近几年来，随着我国大跨度公共建筑兴建的需要，预应力技术与空间钢结构相结合，创造出预应力网架、网壳、索网、索拱、索膜、斜拉等结构新体系，充分发挥受拉杆件的潜力，结构轻盈。时代感强。11-1 预 应 力 筋11-1-1预应力筋品种与规格预应力筋按材料类型可分为：钢丝、钢绞线、钢筋(钢棒)、非金属预应力筋等。其中，以钢绞线与钢丝采用最多。非金属预应力筋，主要有碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GFRP)等，目前还处于开发研究阶段。预应力筋的发展趋势为高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。11-1-1-1预应力钢丝预应力钢丝是用优质高碳钢盘条经索氏体化处理、酸洗、镀铜或磷化后冷拔而成的钢丝总称。预应力钢丝用高碳钢盘条采用80号钢，其含碳量为0.70.9。为了使高碳钢盘条能顺利拉拔，并使成品钢丝具有较高的强度和良好的韧性，盘条的金相组织应从珠光体变为索氏体。由于轧钢技术的进步，可采用轧后控制冷却的方法，直接得到索氏体化盘条。预应力钢丝根据深加工要求不同，可分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两类。消除应力钢丝按应力松弛性能不同，又可分为普通松弛钢丝和低松弛钢丝。预应力钢丝按表面形状不同，可分为光圆钢丝、刻痕钢丝和螺旋肋钢丝。1.冷拉钢丝冷拉钢丝是经冷拔后直接用于预应力混凝土的钢丝。其盘径基本等于拔丝机卷筒的直径，开盘后钢丝呈螺旋状，没有良好的伸长值。这种钢丝存在残余应力，屈强比低，伸长率小，仅用于铁路轨枕、压力水管、电杆等。2.消除应力钢丝(普通松弛型)消除应力钢丝(普通松弛型)是冷拔后经高速旋转的矫直辊筒矫直，并经回火(3504000C)处理的钢丝。其盘径不小于1.5m。钢丝经矫直回火后，可消除钢丝冷拔中产生的残余应力，提高钢丝的比例极限、屈强比和弹性模量，并改善塑性；同时获得良好的伸直性，施工方便。这种钢丝以往广泛应用，由于技术进步，已逐步向低松弛方向发展。3.消除应力钢丝(低松弛型)消除应力钢丝(低松弛型)是冷拔后在张力状态下经回火处理的钢丝。钢丝的张力为抗拉强度的3050，张力装置有以下两种：一是利用二组张力轮的速度差使钢丝得到张力(图11-1a)；二是利用拉拔力作为钢丝的张力，即放线架上的半成品钢丝的直径要比成品钢丝的直径大(留有1015的压缩变形量)，该钢丝通过机组中的拉丝模拉成最终产品(图11-1b)。钢丝在热张力的状态下产生微小应变(约0.91.3)，从而使钢丝在恒应力下抵抗位错转移的能力大为提高，达到稳定化目的。经稳定化处理的钢丝，弹性极限和屈服强度提高，应力松弛率大大降低，但单价稍贵；考虑到构件的抗裂性能提高、钢材用量减少等因素，综合经济效益较好。这种钢丝已逐步在房屋、桥梁、市政、水利等大型工程中推广应用，具有较强的生命力。4.刻痕钢丝刻痕钢丝是用冷轧或冷拔方法使钢丝表面产生周期变化的凹痕或凸纹的钢丝。钢丝表面凹痕或凸纹可增加与混凝土的握裹力。这种钢丝可用于先张法预应力混凝土构件。图11-2示出刻痕钢丝外形，其中一条凹痕倾斜方向与其他两条相反。刻痕深度a=0.120.15mm，长度b=3.55.0mm。节距L=5.58.Omm；公称直径>5.Omm时。上述数据取大值，刻痕钢丝的公称直径、横截面积、每米参考重量与光圆钢丝相同。5.螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝是通过专用拔丝模冷拔方法使钢丝表面沿长度方向上产生规则间隔的肋条的钢丝，钢丝表面螺旋肋可增加与混凝土的握裹力。这种钢丝可用于先张法预应力混凝土构件。图11-3示出螺旋肋钢丝外形，每个螺旋肋导程c有4条螺旋肋。单肋宽度a：对公称直径=5mm的，a为1.301.70mm，对=7mm为1.802.20；单肋高度：对=5mm为0.25mm，对=7mm为0.36mm。螺旋肋钢丝的公称直径、横截面积、每米参考重量与光圆钢丝相同。预应力钢丝的规格与力学性能应符合国家标准预应力混凝土用钢丝 (GB/T5223-2002)的规定，见表11-1表11-4。光圆钢丝尺寸及允许偏差、参考重量 表11-1公称直径(mm)直径允许偏差(mm)公称横截面积(mm²)参考重量(kg/m)3.00±O.047.070.0584.OO12.57O.0995.OO±0.0519.630.1546.OO28.270.2227.0038.48O.3028.00±0.0650.26O.3949.OO63.620.49910.OO78.540.61612.00113.10.888冷拔钢丝的力学性能 表11-2公称直径(mm)抗拉强度(MPa)规定非比例伸长应力(MPa)最大力下总伸长(=200mm)()弯曲次数断面收缩率()每210mm扭距的扭转次数n初始应力相当于70公称抗拉强度时，1000h后应力松弛率()次/180°弯曲半径R(mm)不小于不小于不大于3.001470110047.5-84.0015701670118012501.54103585.001770133041586.00147011005153077.00157016701180125052068.00177013305205注：1.规定非比例伸长应力值不小于公称抗拉强度的75。 2.除抗拉强度、规定非比例伸长应力外。对压力管道用钢丝还需进行断面收缩率、扭转次数、松弛率的检验；对其他用途钢丝还需进行断后伸长率、弯曲次数的检验。消除应力光圆及螺旋肋钢丝的力学性能 表11-3公称直径 (mm)抗拉强度盯(MPa)不小于规定非比例伸长应力(MPa)不小于最大力下总伸长率(=200mm)()不小于弯曲次数应力松弛性能次/180°不小于弯曲半径R(mm)初始应力相当于公称抗拉强度的百分数()1000h后应力松弛率()不大于WLRWNRWLRWNR4.OO1470120012503.5310对所有规格1570167013801470133014106070801.02.O4.54.58125.004151770186015601640150015806.OO1470157012901380125013304157.OO1670177014701560141015004208.001470129012504209.0015701380133042510.0014701290125042512.00430注：1.规定非比例伸长应力值对低松弛钢丝WLR应不小于公称抗拉强度的88,对普通松弛钢丝WNR应不小于公称抗拉强度的85。2.弹性模量为(2.05±O.1)×105MPa，但不作为交货条件。消除应力的刻痕钢丝的力学性能 表11-4公称直径 (mm)抗拉强度盯(MPa)不小于规定非比例伸长应力(MPa)不小于最大力下总伸长率(=200mm)()不小于弯曲次数应力松弛性能次/180°不小于弯曲半径R(mm)初始应力相当于公称抗拉强度的百分数()1000h后应力松弛率()不大于WLRWNRWLRWNR5.O1570138013303.5315对所有规格167017701860147015601640141015001580601.54.5>5.O1470157016701770129013801470156012501330141015002070802.54.5812注：规定非比例伸长应力值对低松弛钢丝wLR应不小于公称抗拉强度的80，对普通松弛钢丝wNR应不小于公称抗拉强度的85。11-1-1-2预应力钢绞线预应力钢绞线是由多根冷拉钢丝在绞线机上成螺旋形绞合，并经消除应力回火处理而成的总称。钢绞线的整根破断力大，柔性好，施工方便，具有广阔的发展前景。预应力钢绞线按捻制结构不同可分为：1×2钢绞线、1×3钢绞线和1×7钢绞线等(图11-4)。1×7钢绞线是由6根外层钢丝围绕着一根中心钢丝(直径加大2.5)绞成，用途广泛。1×2钢绞线和1×3钢绞线仅用于先张法预应力混凝土构件。钢绞线根据深加工要求不同又可分为：标准型钢绞线、刻痕钢绞线和模拔钢绞线。1.标准型钢绞线标准型钢绞线即消除应力钢绞线。在预应力钢绞线新标准中，只规定了低松弛钢绞线的要求，取消了普通松弛钢绞线。低松弛钢绞线的消除应力回火处理是采用张力轮法进行的，与低松弛钢丝张力轮法相同，见图11-1(a)。低松弛钢绞线的力学性能优异、质量稳定、价格适中，是我国土木建筑工程中用途最广、用量最大的一种预应力筋。2.刻痕钢绞线刻痕钢绞线是由刻