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预应力混凝土结构概述

        预应力混凝土结构,就是在结构承受外荷载以前,预先用某种方法,使结构内部造成一种应力状态,使其在使用阶段产生拉应力的区域预先受到压应力,这部分压应力与使用荷载时所产生的拉应力能抵消一部分或全部,使构件达到不出现裂缝,或推迟出现裂缝的时间和限制裂缝的开展,以提高结构及构件的刚度。
        预应力混凝土与普通钢筋混凝土相比,具有抗裂性好、刚度大、材料省、自重轻、结构寿命长等优点,在工程中的应用范围愈来愈大。它不但广泛应用于单层和多层房屋、桥梁、电杆、压力管道、油罐、水塔和轨枕等方面,而且已扩大应用到高层建筑、地下建筑、海洋结构及压力容器等新领域。

        细节一    预应力混凝土的分类与特点
        1.预应力混凝土分类
        (1)按其工艺分
        ①先张法。
        ②后张法。
        (2)按施加预应力的方法分
        ①机械张拉。    
        ②电热伸张。
        (3)按其所用的钢筋分
        ①预应力冷拔低碳钢丝混凝土。

        ②预应力混凝土。
        ③预应力钢绞线(钢丝束)混凝土。
        (4)按结构受力特点分
        ①部分预应力混凝土结构。
        ②无黏结预应力结构。
        ③预应力芯棒结构,叠合结构。
        2.预应力混凝土的特点
        预应力混凝土与普通钢筋混凝土相比,有以下一些优点:
        ①提高构件的抗裂度和刚度。
        ②增加了结构及构件的耐久性。
        ③结构自重轻,能用于大跨度结构。

        ④能节约材料,与钢结构相比,能节约大量钢材,降低成本,增加耐火性能;与钢筋混凝土相比,同跨度构件能节约钢筋和混凝土,而相对经济。
        细节二    预应力施工工艺简介
        1.先张法
        先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋,并将张拉的预应力筋临时固定在台座或钢模上,然后才浇筑混凝土。待混凝土达一定强度(一般不低于设计强度等级的 75%),保证预应力筋与混凝土有足够黏结力时,放松预应力筋,借助于混凝土与预应力筋的黏结,使混凝土产生预压应力。
        (1)先张法工艺流程见图6— 1。
        (2)先张法特点  先张法具有如下优缺点。
        ①优点构件配筋简单,不需锚具,省去预留孔道、拼装、焊接、灌浆等工序,一次可制成多个构件,生产效率高,可实行工厂化、机械化,便于流水作业,可制成各种形状构件等。
        ②缺点  需建长线台座,占地面积大;如采取在特制的钢模上张拉,设备较多,投资较高,生产操作较复杂,养护期较长;为提高台座和模板周转,常需蒸养;对于大型构件运输不便,灵活性差,生产受到一定限制。
        (3)先张法适用范围  先张法适用于预制厂或现场集中成批生产各种中小型预应力混凝土构件,如吊车梁、屋架、过梁、基础梁、檩条、屋面板、槽形板、多孔板等,特别适于生产冷拔低碳钢丝混凝土构件。
        2.后张法
        后张法是先制作混凝土构件(或块体),并在预应力筋的位置预留出相应的孔道,待混凝土强度达到设计规定数值后,穿预应力筋(束),用张拉机进行张拉,并用锚具将预应力筋(束)锚固在构件的两端,张拉力即由锚具传给混凝土构件,而使之产生预压应力,张拉完毕在孔道内灌浆。
        (1)后张法工艺流程见图6— 2。
        (2)后张法特点  后张法的特点是直接在构件上张拉预应力筋,构件在张拉预应力筋过程中,完成混凝土的弹性压缩,其生产示意见图6—3。因此,混凝土的弹性压缩,不直接影响预应力筋有效预应力值的建立。后张法适宜于在施工现场制作大型构件(如屋架等),以避免大型构件长途运输的麻烦。后张法除作为一种预加应力的工艺方法外,还可作为一种预制构件的拼装手段。大型构件(如拼装式屋架)可以预制成小型块体,运至施工现场后,通过预加应力的手段拼装成整体;或各种构件安装就位后,通过预加应力手段,拼装成整体预应力结构。但后张法预应力的传递主要依靠预应力筋两端的锚具。锚具作为预应力筋的组成部分,永远留在构件上,不能重复使用。这样,不仅需要多耗用钢材,而且锚具加工要求高,费用较昂贵,加上后张法工艺本身要预留孔道、穿筋、灌浆等工序,故施工工艺比较复杂,成本也比较高。
        (3)后张法适用范围  后张法适用于以下范围。
        ①适宜于在现场预制大型构件;运输条件许可的可以在工厂预制。
        ②亦适宜于现浇整体结构。

        3.无黏结应力法
        无黏结预应力混凝土是一项后张法新工艺。其工艺原理是利用无黏结筋与周围混凝土不黏结的特性,把预先组装好的无黏结预应力筋(简称无黏结筋)在浇筑混凝土之前与非预应力筋一起按设计要求铺放在模板内,然后浇筑混凝土。待混凝土达到70%强度后,利用无黏结预应力筋在结构内可作纵向滑动的特性,进行张拉锚固,借助两端锚具,达到对结构产生预应力的效果。
        (1)无黏结应力法工艺流程见图6— 4。
        (2)无黏结应力法的特点  无黏结应力法为发展大跨度、大柱网、大开间楼盖体系创造了条件;可降低楼层高度,提高结构整体性能和刚度;无黏结筋可曲线配置,其形状可与弯矩图相适应,可充分发挥预应力筋的强度;不需要预留孔洞、穿筋和灌浆等工序,施工简单方便,缩短工期,摩擦力小,易弯成多跨曲线形状,无黏结筋成型采用挤出成型工艺,产品质量稳定;缺点是预应力筋强度不能充分发挥(一般要降低10%~20%),锚具质量要求较高。
        (3)无黏结应力法适用范围  适于一般板类结构,在双向连续平板和密肋板中更为经济合理,或用于大跨度现浇和预制梁或结构,在多跨连续梁中也可应用,或用于桥梁和机场跑道、大型基础、筒壁、池壁结构、房屋及挡土墙的加固等。
        细节三    施工要求
        (1)后张法预应力工程的施工应由具有相应资质等级的预应力专业施工单位承担。
        (2)预应力筋张拉机具设备及仪表,应定期维护和校验。张拉设备应配套标定,并配套使用。张拉设备的标定期限不应超过半年。当在使用过程中出现反常现象时或在千斤顶检修后,应重新标定。
        ①张拉设备标定时,千斤顶活塞的运行方向应与实际张拉工作状态一致;
        ②压力表的精度不应低于1.5级,标定张拉设备用的试验机或测力计精度不应低于±2%。
        (3)在浇筑混凝土之前,应进行预应力隐蔽工程验收,其内容包括:
        ①预应力筋的品种、规格、数量、位置等;
        ②预应力筋锚具和连接器的品种、规格、数量、位置等;
        ③预留孔道的规格、数量、位置、形状及灌浆孔、排气兼泌水管等;
        ④锚固区局部加强构造等。
        细节四     作业条件
        ①施加预应力的拉伸机已经过校验并有记录。试车检查张拉机具与设备是否正常、可靠,如发现有异常情况,应修理好后才能使用。灌浆机具准备就绪。
        ②混凝土构件(或块体)的强度必须达到设计要求,如设计无要求时,不应低于设计强度的75%。构件(或块体)的几何尺寸、外观质量、预留孔道及埋件应经检查验收合格,要拼装的块体已拼装完毕,并经检查合格。
        ③锚夹具、连接器应准备齐全,并经过检查验收。
        ④预应力筋或预应力钢丝束已制作完毕。
        ⑤灌浆用的水泥浆(或砂浆)的配合比以及封端混凝土的配合比已经试验确定。
        ⑥张拉场地应平整、通畅,张拉的两端有安全防护措施。
        ⑦已进行技术交底,并应将预应力筋的张拉吨位与相应的压力表指针读数、钢筋计算伸长值写在牌上,并挂在明显位置处,以便操作时观察掌握。
        ⑧张拉部位的脚手架及防护栏搭设已完成,并经检查符合作业要求。
        ⑨已按设计提出的要求对张拉顺序、张拉值、伸长值、无黏结筋的铺设以及操作、质量标准等进行了技术交底。