鋼筋預應力測定儀自行研發(fā)的新一代試驗儀器。鋼筋預應力測定儀中預應力混凝土是指為了提高鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂性能以及避免鋼筋混凝土構(gòu)件過早出現(xiàn)裂縫，而在混凝土構(gòu)件預制過程中對其預先施加應力以提高構(gòu)件性能的一種方法。
是在澆筑混凝土前張拉預應力筋，并將張拉的預應力筋臨時錨固在臺座或鋼模上，然后澆筑混凝土，待混凝土養(yǎng)護達到不低于混凝土設計強度值的75％，保證預應力筋與混凝土有足夠的粘結(jié)時，放松預應力筋，借助于混凝土與預應力筋的粘結(jié)，對混凝土施加預應力的施工工藝，如圖5.1所示。先張法一般僅適用于生產(chǎn)中小型構(gòu)件，在固定的預制廠生產(chǎn)。
生產(chǎn)構(gòu)件可采用長線臺座法，一般臺座長度在50～150m之間，或在鋼模中機組流水法生產(chǎn)構(gòu)件。先張法生產(chǎn)構(gòu)件，涉及到臺座、張拉機具和夾具及先張法張拉工藝，下面將分別敘述。
工藝簡圖
5.1.1 臺座
臺座在先張法構(gòu)件生產(chǎn)中是主要的承力構(gòu)件，它必須具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，以免因臺座的變形、傾覆和滑移而引起預應力的損失，以確保先張法生產(chǎn)構(gòu)件的質(zhì)量。
臺座的形式繁多，因地制宜，但一般可分為墩式臺座和槽式臺座兩種。
5.1.1.1 墩式臺座
墩式臺座由承力臺墩、臺面與橫梁三部分組成，其長度宜為50～150m。臺座的承載力應根據(jù)構(gòu)件張拉力的大小，可按臺座每米寬的承載力為200～500kN設計臺座。
（1）承力臺墩
承力臺墩一般埋置在地下，由現(xiàn)澆鋼筋混凝土做成。臺座應具有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性。臺墩的穩(wěn)定性驗算包括抗傾覆驗算和抗滑移驗算。
臺墩的坑傾覆驗算，其計算簡圖如圖5.2所示，按下式進行計算：
式中 K1－抗傾覆*系數(shù)，應不小于1.50；
M－傾覆力矩（N·m），由預應力筋的張拉力產(chǎn)生；
Pj－預應力筋的張拉力（N）；
e1－預應力筋的張拉力合作用點至傾覆點的力臂（m）；
M1－抗傾覆力矩（N·m），由臺墩自重和主動土壓力等產(chǎn)生；
G－臺墩的自重（N）；
L－臺墩重心至傾覆點的力臂；
Ep－臺墩左側(cè)面主動土壓力的合力（N），當臺墩埋置深度很淺時，可忽略不計；
e2－主動土壓力合力重心至傾覆點的力臂（m）。
臺墩的傾覆點O的位置，對于臺墩與臺面共同作用的臺座，按實際情況，傾覆點應在混凝土臺面的表面處，但考慮到臺墩傾覆趨勢使得臺面端部頂點處有可能出現(xiàn)應力集中和混凝土面層的施工質(zhì)量的影響，因此，傾覆點宜取在混凝土臺面往下40～50mm處。
圖5.2 承力臺墩抗傾覆計算簡圖 圖5.3 承力臺墩抗滑移驗算簡圖
臺墩抗滑移驗算，其計算簡圖如圖5.3所示，按下式進行計算。
式中 K2－抗滑移安全系數(shù)，應不小于1.30；
N1－抗滑移力，一般應有臺面的抗滑移力N′，臺面右側(cè)面的被動土壓力的合力Ep′和臺墩自重產(chǎn)生的摩阻力F組成，其中以N′為主要抗滑移力，提供以下數(shù)據(jù)供參考：
當臺面采用C10～C15混凝土時，厚60mm，臺面每米寬抵能力取150～250kN；
當臺面采用C10～C15混凝土時，厚80mm，臺面每米寬抵抗能力取200～250kN；
當臺面采用C10～C15混凝土時，厚100mm，臺面每米寬低抗能力取250～300kN；
當采用混凝土臺面，并與合墩共同工作時，一般可不進行抗滑移驗算，而應驗算臺面的承載能力。
?。?/span>2）臺面
臺面一般是在夯實的碎石墊層上澆筑一層厚度為60～100mm的混凝土而成。其水平承載力N′可按下式計算：
N′
式中 φ－軸心受壓縱向彎曲系數(shù)，取φ＝1；
Ac－臺面截面面積（m2）；
fc－混凝土軸心抗壓強度計算值（MPa）；
K1－臺面承載力超載系數(shù)，取1.2；
K1－考慮臺面不均勻和其他影響因素的附加*系數(shù)，取1.5。
臺面伸縮縫可根據(jù)當?shù)販夭詈徒?jīng)驗設置，一般均為10m設置一道。也可采用預應力滑動臺面，不留伸縮縫。預應力滑動臺面，一般是在原有的混凝土臺面或新澆筑的混凝土基層上刷隔離劑，張拉預應力鋼絲后，澆筑混凝土面層，待混凝土達到放張強度后，切斷鋼絲臺面就發(fā)生滑動。這種臺面使用效果良好。
?。?/span>3）橫梁
臺座的兩端設置固定預應力鋼絲的鋼制橫梁，一般用型鋼制作，在設計橫梁時，除考慮在張拉力的作用下有一定的強度外，應特別注意其變形，以減少預應力損失。
5.1.1.2 槽式臺座
槽式臺座由鋼筋混凝土壓桿、上下橫梁及臺面組成，如圖5.4所示。臺座的長度一般不超過50m，承載力可大于1000kN以上。為了便于澆筑漲凝土和蒸汽養(yǎng)護，槽式臺座一般我低于地面。在施工現(xiàn)場還可利用已預制的柱、樁等構(gòu)件裝配成簡易的槽式臺座。
圖5.4 槽式臺座
1－壓桿；2－磚墻；3－下橫梁；4－上橫梁
5.1.2 張拉機具和夾具
先張法構(gòu)件生產(chǎn)中，常采用的預應力筋有鋼絲或鋼筋兩種。張拉預應力鋼絲時，一般直接采用卷揚機或電動螺桿張拉機。張拉預應力鋼筋時，在槽式臺座中常采用四橫梁式成組張拉裝置，用千斤頂張拉，如圖5.5和圖5.6所示。
圖5.5 電動螺桿張拉機 圖5.6 四橫梁式成組張拉裝置
1－電動機;2－皮帶傳動;3－齒輪;4－齒輪螺母;5－螺桿； 1－臺座;2、3－間后橫梁;4－鋼筋;5、6－拉力架；
6－頂桿;7－臺座橫梁;8－鋼絲;9－錨固夾具;10－張拉夾具； 7－螺絲桿;8－千斤頂;9－放張裝置
11－彈簧測力器；12－滑動架
預應力筋張拉后用錨固夾具將頂力筋直接錨固于橫梁上，錨固夾具都可以重復使用，要求工作可靠、加工方便、成本低或多次周轉(zhuǎn)使用。預應力鋼絲的錨固夾具常采用圓錐齒板式錨固夾具，預應力鋼筋常采用螺絲端桿錨固鋼筋。
5.1.3 工藝
混凝土構(gòu)件在臺座上生產(chǎn)時，其工藝流程一般如圖5.7所示。
圖5.7 工藝流程圖
預應力混凝土的特點是：預應力筋在澆筑混凝土前張拉，預應力的傳遞依靠預應力筋與混凝土之間的粘結(jié)力，為了獲得良好質(zhì)量的構(gòu)年，在整個生產(chǎn)過程中，除確?；炷临|(zhì)量以外，還必須確保預應力筋與混凝土之間的良好粘結(jié)，使預應力混凝土構(gòu)件獲得符合設計要求的預應力值。
對于碳素鋼絲因其強度很高，且表面光滑，它與混凝土粘結(jié)力較差。因此，必要時可采取刻痕和壓波措施，以提高鋼絲與混凝土的粘結(jié)力。壓波一般分局部壓波和全部壓波兩種，施工經(jīng)驗認為波長取39mm，波高取1.5～2.0mm比較合適。
為了便于脫模，在鋪放預應力筋前，在臺面及模板上應先刷隔離劑，但應采取措施，防止隔離劑污損預應力筋，影響粘結(jié)。
5.1.3.1 預應力筋張拉
預應力筋張拉應根據(jù)設計要求，采用合適的張拉方法、張拉順序和張拉程序進行，并應有可靠的保證質(zhì)量措施和安全技術(shù)措施。
預應力筋的張拉可采用單根張拉或多根同時張拉，當預應力筋數(shù)量不多，張拉設備拉力有*常采用單根張拉。當預應力筋數(shù)量較多且密集布筋，另外張拉設備拉力較大時，則可采用多根同時張拉。在確定預應力筋張拉順序時，應考慮盡可能減少臺座的傾覆力矩和偏心力，先張拉靠近臺座截面重心處的預應力筋。此外，在施工中為了提高構(gòu)件的抗裂性能或為了部分抵消由于應力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預應力筋與張拉臺座之間溫度因素產(chǎn)生的預應力損失，張拉應力可按設計值提高5％。但預應力筋的zui大超張拉值：對于冷拉鋼筋不得大于0.95fpyk（fpyk為冷拉鋼筋的屈服強度標準值）；碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線不得大于0.80fpyk；熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲不得大于0.75（fpyk為預應力筋的極限抗拉強度標準值）。
預應力筋的張拉力方法有超張拉法和一次張拉法兩種。
超張拉法：0－1.05con持荷2mincon
一次張拉法：0－1.03con
其中con為張拉控制應力，一般由設計而定。采用超張拉工藝的目的是為了減少預應力筋的松弛應力損失。所謂“松弛”即鋼材在常溫、高應力狀態(tài)下具有不斷產(chǎn)生塑性變形的特性。松弛的數(shù)值與張拉控制應力和延續(xù)時間有關，控制應力高，松弛也大，所以鋼絲、鋼絞線的松弛損失比冷拉熱軋鋼筋大，松弛損失還隨著時間的延續(xù)而增加，但在*分鐘內(nèi)可完成損失總值的50％，24h內(nèi)則可完成80％。所以采用超張拉工藝，先超張拉5％再持荷2min，則可減少50％以上的松弛應力損失。而采用一次張拉錨固工藝，因松弛損失大，故張拉力應比原設計控制應力提高3％。
[例]某預應力空心板采用冷拔低碳鋼絲фb4作為預應力筋，單根鋼絲截面面積Ap＝12.6mm2，fptk＝700MPa，張拉控制應力бcon=0.7fptk，如采用一次張拉工藝；0－1.03бcon，則其單根鋼絲的張拉力N=700×0.70×1.03×12.6＝6.36kN。其張拉應力為72.1％fptk，小于75％fptk。
對于長線臺座生產(chǎn)，構(gòu)件的預應力筋為鋼筋時，一般常用彈簧測力計直接測定鋼絲的張拉力，伸長值可不作校核，鋼絲張拉錨固后，應采用鋼絲測力儀檢查鋼絲的預應力值。
多根預應力筋同時張拉時，應預先調(diào)整初應力，使其相互之間的應力*。預應力筋張拉錨固后，實際預應力值與工程設計規(guī)定檢驗值的相對允許偏差應在＋5％以內(nèi)。在張拉過程中預應力筋斷裂或滑脫的數(shù)量，嚴禁超過結(jié)構(gòu)同一截面預應力筋總根數(shù)的5%，且嚴禁相鄰兩根斷裂或滑脫。先張法構(gòu)件在澆筑混凝土前發(fā)生斷裂或滑脫的預應力筋必須予以更換。預應力筋張拉錨固后，預應力筋位置與設計位置的偏差不得大于5mm，且不得在于構(gòu)件截面zui短邊長的4％。張拉過程中，應按混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范要求填寫施加預應力記錄表，以便參考。
施工中應注意安全。張拉時，正對鋼筋兩端禁止站人。敲擊錨具的錐塞或楔塊時，不應用力過猛，以免損傷預應力筋而斷裂傷人，但又要錨固可靠。冬期張拉預應力筋時，其溫度不宜低于－15℃，且應考慮預應力筋容易脆斷的危險。
5.1.3.2 預應力筋的放張
預應力筋放張過程是預應力的傳遞過程，是先張法構(gòu)件能否獲得良好質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)，應根據(jù)放張要求，確定合宜的放張順序、放張方法及相應的技術(shù)措施。
?。?/span>1）放張要求
放張預應力筋時，混凝土強度必須符合設計要求，當設計無專門要求時，不得低于設計的混凝土強度標準值的75％。放張過早由于混凝土強度不足，會產(chǎn)生較大的混凝土彈性回縮而引起較大的預應力損失或鋼絲滑動。放張過程中，應使預應力構(gòu)件自由壓縮，避免過大的沖擊與偏心。
?。?/span>2）放張方法
當預應力混凝土構(gòu)件用鋼絲配筋時，若鋼絲數(shù)量不多，鋼絲放張可采用剪切、鋸割或氧－乙塊焰熔斷的方法，并應從靠近生產(chǎn)線中間處剪斷，這樣比在靠近臺座一端處剪斷時回彈減小，且有利于脫模。若鋼絲數(shù)量較多，所有鋼絲應同時放張，不允許采用逐根放張的方法，否則，zui后的幾根鋼絲將承受過大的應力而突然斷裂，導致構(gòu)件應力傳遞長度驟增，或使鉤件端部開裂。放張方法可采用放張橫梁來實現(xiàn)。橫梁可用千斤頂或預先設置在橫梁支點處的放張裝置（砂箱或楔塊等）來放張。
粗鋼筋預應力筋應緩慢放張。當鋼筋數(shù)量較少時，可采用逐根加熱熔斷或借預先設置在鋼筋錨固端的楔塊或穿心式砂箱等單根放張。當鋼筋數(shù)量較多時，所有鋼筋應同時放張。
采用濕熱養(yǎng)護的預應力混凝土構(gòu)件宜熱態(tài)放張，不宜降溫后放張。
圖5.8為采用楔塊放張的例子。在臺座與橫梁間設置楔塊5。放張時旋轉(zhuǎn)螺母8，使螺桿6向上移動，而使楔塊5退出，達到同時放張預應力筋的目的。
楔塊坡角應選擇恰當，角過大，則在張拉時容易滑出，反之, 角過小，則放張時楔塊不易拔出。角的正切應略小于楔塊5與鋼塊3、4之間的摩擦系數(shù)，即
tan≤
式中?。Σ料禂?shù)，一般可取0.15～0.20。
若張拉后橫梁對鋼塊3、4的正壓力為N，放張時拔出楔塊5所需之豎向力（即螺桿6所受的軸向力）為Q，則：
Q=N（+COS2-sin2）
根據(jù)Q值的大小，即可選擇螺桿及螺母。
圖5.8 用楔塊放張預應力筋示意圖 圖5.9 砂箱構(gòu)造圖
1－臺座；2－橫梁；3、4－楔塊；5、鋼楔塊；6－螺桿； 1－活塞；2－套箱；3－進砂口；
7－承力板；8－螺母 4－套箱底板；5－出砂口；6－砂
楔塊放張裝置宜用于張拉力不大的情況，一般以不大于300kN為宜。當張拉力較大時，可采用砂箱放張。圖圖5.9的砂箱是按1600kN設計的一個例子，它由鋼制套箱及活塞（套箱內(nèi)徑比活塞外徑大2mm）等組成，內(nèi)裝石英砂或鐵砂。當張拉鋼筋時，箱內(nèi)砂被壓實，承擔著橫梁的反力。放松鋼筋時，將出砂口打開，使砂緩慢流出，從而達到緩慢放張的目的。采用砂箱放張，能控制放張速度，工作可靠，施工方便。箱中應采用干砂，并有一定級配，例如其細度通過50號及30號標準篩的砂，按6：4的級配使用，這樣既能保證砂子不易壓碎造成流不出的現(xiàn)象，又可減少砂的空隙率，從而減少使用時砂的壓縮值。減小預應力損失。
（3）放張順序
預應力筋的放張順序，應符合設計要求；當設計無專門要求時，應符合下列規(guī)定：
對承受軸心預壓力的構(gòu)件（如壓桿、樁等），所有預應力筋應同時放張；
對承受偏心預壓力的構(gòu)件，應先同時放張預壓力較小區(qū)域的預應力筋，再同時放張預壓力較大區(qū)域的預應力筋；
當不能按上述規(guī)定放張時，應分階段、對稱、相互交錯地放張。以防止在放張過程中，構(gòu)件產(chǎn)生彎曲、裂紋及預應力筋斷裂等現(xiàn)象。
放張后預應力筋的切斷順序，宜由放張端開始，逐次切向另一端。
有關規(guī)定
對預應力混凝土構(gòu)件，《公橋規(guī)》的規(guī)定如下。
1、臺座
先張法墩式臺座結(jié)構(gòu)應符合下列規(guī)定：
?。?/span>1）承力臺座須具有足夠的強度和剛度，其抗傾覆安全系數(shù)應不小于1.5，搞滑移系數(shù)應不小于1.3.
?。?/span>2）橫梁須有足夠的剛度，受力后撓度應不大于2mm。
（3）在臺座上鋪放預應力筋時，應采取措施防止弄臟預應力筋。
?。?/span>4）張拉前，應對臺座、橫梁及各項張拉設備進行詳細檢查，符合要求后方可進行操作。
2、張拉
（1）同時張拉多根預應力筋時，應預先調(diào)整其初應力，使相互之間的應力*；張拉過程中，應使活動橫梁與固定橫梁始終保持平行，并應抽查力筋的預應力值，其偏差的值不得超過按一個構(gòu)件全部力筋預應力總值的5%。
（2）預應力筋張拉完畢后，與設計位置的偏差不得大于5mm，同時不得大于構(gòu)件zui短邊長的4%。
?。?/span>3）預應力筋的張拉應符合設計要求，設計無規(guī)定時，其張拉程序可按先張法預應力筋張拉程序的規(guī)定進行。
?。?/span>4）張拉時，預應力筋的斷絲數(shù)量不得超過鋼絲總數(shù)的1%。（鋼筋不容許斷筋）
3、放張
?。?/span>1）預應力筋放張時的混凝土強度須符合設計規(guī)定，設計未規(guī)定時，不得低于設計的混凝土強度等級值的75%。
?。?/span>2）預應力筋的放張順序應符合設計要求，設計未規(guī)定時，應分階段、對稱、相互交錯地放張。在力筋放張之前，應將限制位移的側(cè)模、翼緣模板或內(nèi)模拆除。
?。?/span>3）多根整批預應力筋的放張，可采用砂箱法或千斤頂法。用砂箱放張時，放砂速度應均勻*；用千斤頂放張時，放張宜分數(shù)次完成。單根鋼筋采用擰松螺母的方法放張時，宜先兩側(cè)后中間，并不得一次將一根力筋松完。
?。?/span>4）鋼筋放張后，可用乙炔一氧氣切割，但應采取措施防止燒壞鋼筋端部。鋼絲放張后，可用切割、鋸斷或剪斷的方法切斷；鋼絞線放張后，可用砂輪鋸切斷。
長線臺座上預應力筋的切斷順序，應由放張端開始，逐次切向另一端。
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