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![邵阳学院杨宗耀：精品课件《土木工程施工》第14讲[1].预应力材料与机具](https://img.taocdn.com/s1/m/5933be8ad0d233d4b14e69ac.png)
预应力材料与机具一、预应力材料1、预应力钢丝和钢绞线预应力钢丝通常是高强度的碳素钢丝，具有很高的抗拉强度。
钢绞线则是由多根钢丝绞合而成，其强度更高，柔韧性更好，适用于大跨度和重载结构。
在选择钢丝和钢绞线时，需要考虑其强度、直径、弹性模量等参数，以满足具体工程的要求。
2、预应力钢筋预应力钢筋包括热处理钢筋、精轧螺纹钢筋等。
热处理钢筋通过特定的热处理工艺提高了强度和韧性；精轧螺纹钢筋则具有连接方便、锚固可靠的特点。
这些钢筋在预应力混凝土结构中也有广泛的应用。
3、锚具锚具是用于锚固预应力筋的装置，它将预应力筋的拉力传递给混凝土结构。
常见的锚具有夹片式锚具、支承式锚具和锥塞式锚具等。
夹片式锚具适用于钢绞线，通过夹片夹紧钢绞线实现锚固；支承式锚具常用于粗钢筋的锚固；锥塞式锚具则多用于锚固钢丝束。
4、波纹管波纹管用于成孔，为预应力筋提供保护和定位。
它具有良好的密封性和耐腐蚀性，能够防止预应力筋被腐蚀和与混凝土粘连。
波纹管的材质通常有金属波纹管和塑料波纹管两种。
二、预应力机具1、千斤顶千斤顶是施加预应力的主要设备。
根据其工作原理，可分为油压千斤顶和电动千斤顶等。
油压千斤顶通过液压油的压力来推动活塞，从而对预应力筋施加拉力；电动千斤顶则利用电机驱动丝杠或链条来施加拉力。
在选择千斤顶时，需要考虑其额定拉力、行程等参数，以满足不同预应力筋的张拉要求。
2、油泵油泵为千斤顶提供动力，将液压油输送到千斤顶中。
油泵的性能直接影响到千斤顶的工作效率和稳定性。
优质的油泵应具有压力稳定、流量均匀、操作方便等特点。
3、压浆机压浆机用于向预应力孔道内压注水泥浆，以填充孔道，保护预应力筋并提高结构的整体性。
压浆机的性能主要取决于其压力和流量，压力要足够大，以确保水泥浆能够充分填充孔道，流量要适中，以保证压浆的连续性。
4、搅拌机搅拌机用于搅拌水泥浆，确保水泥浆的质量均匀。
常见的搅拌机有行星式搅拌机和强制式搅拌机，它们能够将水泥、水和外加剂充分搅拌均匀，为压浆提供良好的材料。
预应力材料与机具在现代建筑和工程领域中，预应力技术的应用越来越广泛。
预应力技术能够有效地提高结构的承载能力、抗裂性能和耐久性，从而保证工程的质量和安全性。
而预应力材料与机具则是实现预应力技术的关键因素，它们的性能和质量直接影响着预应力结构的效果。
预应力材料主要包括预应力钢筋、预应力钢绞线和预应力锚具等。
预应力钢筋是预应力结构中常用的材料之一。
它具有高强度、高韧性和良好的可焊性等优点。
常见的预应力钢筋有冷拉钢筋、热处理钢筋和精轧螺纹钢筋等。
冷拉钢筋是通过对热轧钢筋进行冷拉处理，提高其屈服强度和抗拉强度。
热处理钢筋则是通过对钢筋进行淬火和回火处理，使其获得更高的强度和韧性。
精轧螺纹钢筋是在钢筋表面轧制出螺纹，通过螺母进行锚固，具有连接方便、锚固可靠等优点。
预应力钢绞线是由多根钢丝绞合而成的。
它具有强度高、柔性好、施工方便等优点，是目前预应力结构中应用最广泛的材料之一。
预应力钢绞线根据捻制结构的不同，可以分为 1×2、1×3 和 1×7 等多种类型。
其中，1×7 钢绞线由于其结构合理、性能稳定，应用最为广泛。
在选择预应力钢绞线时，需要考虑其强度、伸长率、松弛性能等指标，以确保其满足工程的要求。
预应力锚具是将预应力筋固定在混凝土结构中的关键部件。
它的作用是保证预应力筋的拉力能够有效地传递到混凝土结构中，并防止预应力筋的滑移和松弛。
常见的预应力锚具有夹片式锚具、支承式锚具和锥塞式锚具等。
夹片式锚具是通过夹片将预应力筋夹住，实现锚固。
这种锚具具有锚固效率高、施工方便等优点，但对夹片的质量和安装要求较高。
支承式锚具是通过支承板将预应力筋支承住，实现锚固。
这种锚具适用于锚固多根预应力筋，但锚固长度较长。
锥塞式锚具是通过锥塞将预应力筋楔紧，实现锚固。
这种锚具适用于锚固小型构件中的预应力筋。
除了预应力材料，预应力机具也是预应力施工中不可或缺的设备。
预应力机具主要包括千斤顶、油泵和压浆机等。
预应力材料与机具一、预应力材料预应力混凝土所用的钢材，强度高，直径大，钢丝和钢绞线多采用高强度钢丝，有冷拉和冷拔两种加工方法。
1、钢绞线钢绞线是由多根钢丝绞合构成的钢铁制品，碳钢表面包有多层薄钢板。
由于包覆层能改善钢丝的耐蚀性，增加强度，产品美观，且使用时更为耐久，因而被广泛应用于桥梁和悬索桥的缆索、预应力混凝土制品的钢丝束以及建筑结构件等。
近年来已出现用碳包钢法制成的碳素钢绞线。
2、预应力钢丝预应力钢丝是预应力混凝土构件的“筋骨”，它具有强度高、柔性好、无接头等优点，主要用作预应力钢筋。
它可以单独或分束组成预应力筋，施加预应力并构成预应力混凝土结构的主要组成部分。
一般分为以下两类：（1）冷拉预应力钢丝它是在常温下经过冷拉工艺制成的。
冷拉过程中，钢材的物理性能得到显著提高，它的弹性模量可达到1.0×105MPa，屈服点约为550～900MPa，抗拉强度可达到1400～1800MPa。
（2）冷拔预应力钢丝它又称为硬钢丝，是用热轧线材经冷拔工艺制成的。
它的强度高、塑性好、抗疲劳性能好、松弛率低、与混凝土黏结力强，可以单根张拉施工，适用于先张法和后张法施工。
3、消除应力钢丝消除应力钢丝又称无粘结预应力钢丝，它是一种专用钢丝，在表面涂覆一层沥青、塑料或其他防腐材料，同时在其两端锚固用得是专门的无粘结锚具。
这种钢丝在张拉时不需要预留张拉槽及固定端锚具，它直接与混凝土无粘结，依靠锚具锁定。
它可以降低材料的消耗及构件的尺寸。
二、预应力机具预应力混凝土所用的机具设备有张拉机具、锚具、压力表等。
1、张拉机具张拉机具应与锚具配套使用。
根据施力方向其可分为一端张拉和两端张拉；根据张拉设备的特性其可分为机械张拉、液压张拉和电热张拉。
（1）机械张拉机具机械张拉机具有卷扬机、电动油泵、千斤顶等。
卷扬机用于直线配筋的先张法构件或后张法构件临时固定张拉；电动油泵和千斤顶配合使用进行构件的张拉；顶压锚塞时也用千斤顶。
（2）液压张拉机具液压张拉机具有YC-60型、YC-100型、YC-200型等型号的油压千斤顶及其配套的电动油泵和油压表。
预应力材料及其机具一、预应力材料1、预应力钢绞线预应力钢绞线是目前应用最为广泛的预应力材料之一。
它由多根高强度钢丝绞合而成，具有强度高、柔韧性好、耐腐蚀等优点。
常见的预应力钢绞线规格有 1×7 结构和 1×19 结构。
钢绞线的强度通常在1860MPa 以上，能够承受巨大的拉力。
2、预应力钢丝预应力钢丝是由优质碳素钢经过冷拉、热处理等工艺制成的高强度钢丝。
其直径通常较小，一般在 5mm 以下。
预应力钢丝具有强度高、精度高、表面质量好等特点，适用于对预应力精度要求较高的工程。
3、精轧螺纹钢精轧螺纹钢是一种带有连续螺纹的高强度钢筋。
它具有连接方便、锚固可靠等优点，常用于预应力混凝土结构中的竖向预应力筋。
精轧螺纹钢的强度等级一般为 PSB785、PSB830 或 PSB930。
4、无粘结预应力筋无粘结预应力筋是在预应力钢丝或钢绞线表面涂敷一层油脂和塑料护套而制成的。
油脂可以起到防锈和润滑的作用，塑料护套则可以防止预应力筋与混凝土直接接触，从而减少摩擦损失。
无粘结预应力筋施工方便，不需要预留孔道和压浆，适用于大跨度、高层建筑等工程。
二、预应力机具1、千斤顶千斤顶是预应力施工中用于张拉预应力筋的主要机具。
根据工作原理的不同，千斤顶可分为油压千斤顶和电动千斤顶。
油压千斤顶通过液压油的压力来推动活塞，从而实现张拉；电动千斤顶则通过电动机驱动丝杠或链条来实现张拉。
常见的千斤顶规格有 100t、200t、300t 等。
2、锚具锚具是用于锚固预应力筋的装置，它将预应力筋的拉力传递给混凝土结构。
常见的锚具类型有夹片式锚具、支承式锚具和锥塞式锚具等。
夹片式锚具是应用最为广泛的一种锚具，它由夹片、锚板和锚垫板组成。
在张拉过程中，夹片通过与预应力筋的摩擦力将其锚固在锚板上。
3、压浆机压浆机用于在预应力孔道中灌注水泥浆，以保护预应力筋并提高结构的整体性。
压浆机通常分为活塞式压浆机和螺杆式压浆机。
在压浆过程中，需要控制压浆压力和压浆速度，确保水泥浆填充密实。
土木工程施工第5章 预应力工程第14讲 预应力材料与机具第15讲 预应力施工【教学要求】了解预应力砼的特点和工作原理；了解 先张法台座的类型、预应力值建立和传递原理，掌握张拉 程序、张拉力控制和放张方法；了解后张法的施工工艺、 锚夹具类型及张拉设备。
了解无粘结预应力筋的施工工 艺；熟悉预应力工程质量检验和质量控制的主要方法。
【教学重点】先张法和后张法的施工工艺过程、质 量控制与技术措施。
量控制与技术措施锚( (夹夹) )具、张拉机具的构造及使用方 【教学难点】锚法；施工过程中可能产生的应力损失及弥补的方法。
法；施工过程中可能产生的应力损失及弥补的方法。
【时间安排】本章共2讲、4学时。
第14讲预应力材料及机具 1 概述 2 预应力钢筋3 预应力锚固体系4 张拉机具5 一般规定挤压器 墩头机高压油泵千斤顶 JPM 夹片式锚具 挤压式锚具 螺母锚具 压花机土木工程施工第14讲 预应力材料与机具1 概述1.1 预应力砼工作原理普通钢筋砼构件的抗拉极限应变只有0.10.15×10 3 。
构件砼受拉开裂时，受拉钢筋的应力仅达1/41/3，钢 筋的抗拉强度未能充分发挥。
预应力砼是在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉 区对砼施加预压应力。
使用阶段的构件在外荷载作用下产 生拉应力时，先要抵消预压应力，这就推迟了砼裂缝的出 现并限制了裂缝的开展，从而提高构件的抗裂度和刚度。
1.2 建立预压应力的方法是通过对受拉区的预应力钢筋进行张拉、锚固、放 松，借助预应力钢筋的弹性回缩，使受拉区砼事先获得预 压应力来实现的。
砼箱梁中的预应力筋 T梁中的预应力钢丝束预应力砼的种类按预应力大小分按施加预应力方式分按预应力筋的粘结状态分按施工方式分全预应力砼先张法预应力砼后张法预应力砼自应力砼有粘结预应力砼无粘结预应力砼预制预应力砼部份预应力砼现浇预应力砼叠合预应力砼1.3 预应力砼的优缺点⑴ 有效利用高强钢材；⑵ 减小结构构件的截面尺寸、自重，能增大 结构构件跨度，降低结构构件占用空间；⑶ 提高使用荷载下结构的抗裂性和刚度；⑷ 质量好、降低工程造价、结构耐久性好；⑸ 技术含量高、操作要求严，需要增添专用 设备。
1.4 预应力工艺的应用1.4.1 先张法的应用先张法主要应用于房屋建筑中的空心板、多孔板、槽 形板、双T板、V形折板、托梁、檩条、槽瓦、屋面梁 等；道路桥梁工程中的轨枕、桥面空心板、简支梁等。
在 基础工程中应用的预应力方桩及管桩等。
预应力双T板 桥面预应力空心板 预应力方桩土木工程施工 1.4.2 后张法的应用后张法不但用于房屋建筑中的吊车梁、屋面梁、屋 架，桥梁中的T 形梁、箱形梁等构件，且在大跨度的现浇结构及空间结构中的应用也日趋成熟；在特种结构如塔体 的竖向预应力、筒体的环向预应力也有突破，尤其为桥梁 工程的悬索结构、斜拉结构提供了丰富的发展空间。
1.4 预应力工艺的应用预应力箱梁 竖向预应力斜拉索张拉土木工程施工 2 预应力钢筋预应力钢筋宜采用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝和低松 驰钢铰线，也可采用热处理钢筋。
预应力钢筋是指在预应力结构中用于建立预加 应力的单根或成束的预应力钢丝、钢绞线或钢筋 等。
冷拔低碳钢丝和冷拉钢筋由于存在残余应力、屈 强比低，已逐渐为螺旋肋钢丝、刻痕钢丝或1×3钢绞线所 取代，不再作为预应力钢筋使用。
第14讲 预应力材料与机具2.1 预应力钢丝螺旋肋钢丝是通过专用拔丝模冷拔使钢丝表面沿长度方向产生规则间隔肋条的钢丝。
直径为4～9mm ，标准抗拉强度1570～1770N/mm2。
螺旋肋能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。
2.1.1 螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝外形螺旋肋钢丝近照2.1.2 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性变化的凹痕或凸纹的钢丝。
直径为5、7 mm ，标准抗拉强度1570 N/mm2 。
钢丝表面的凹痕或凸纹能增加与砼的握裹 力，可用于先张法构件。
三面刻痕钢丝外形刻痕钢丝近照 刻痕钢丝2.2 预应力钢绞线钢绞线是由多根碳素钢丝在绞线机上成螺旋形纹合， 并经低温回火消除应力制成。
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。
但价格比钢丝 贵。
钢绞线可分为光面钢绞线、无粘结钢绞线、模拔钢绞 线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线、不锈钢钢绞线等。
预应力钢绞线光面预应力 钢绞线2.2.1 光面预应力钢绞线常用光面钢绞线的规格有1×3和1×7两种，直径为 8.6～15.2mm，标准抗拉强度1570～1860N/mm 2 。
后张法预应力均采用1×7钢绞线，1×3钢绞线仅用于先张法构 件。
光面预应力钢绞线的形式 钢绞线的包装2.2.2 无粘结钢绞线是用防腐润滑油脂涂敷在钢绞线表面上、外包塑料护 套制成，主要用于后张法中无粘结预应力筋，也可用于暴 露或腐蚀环境中的体外索、拉索等。
无粘结钢绞线 无粘结钢绞线生产线2.3 热处理钢筋热处理钢筋是由普通热轧中碳合金钢筋经淬火和回火 调质热处理制成。
具有高强度、高韧性和高粘结力等优 点，直径为6～10mm。
成品钢筋为直径2m的弹性盘卷， 开盘后自行伸直，每盘长度为l00～120m。
热处理钢筋的 螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种。
有纵肋热处理钢筋 无纵肋热处理钢筋2.4 精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋是用热轧方法在钢筋表面上轧出不带肋 的螺纹外形。
钢筋的接长用连接螺纹套筒，端头锚固用螺母。
精轧 螺纹钢筋具有锚固简单、施工方便、无需焊接等优点。
目 前国内生产的精轧螺纹钢筋品种有Φ25和Φ32，其屈服点为750MPa和900MPa两种。
精轧螺纹钢筋外形 精轧螺纹钢筋近照2.5 预应力钢筋的特性2.5.1 应力-应变曲线碳素钢丝或钢绞线均属硬钢。
当钢丝拉伸到超过比 例极限σ p (取残余应变为0.01%时的应力)后，σε关系 呈非线性变化，没有明显的屈服点。
当钢丝拉伸超过σ 0.2 (残余应变为0.2%)后，应变ε增加较快；当拉伸至最大应力σ b 时，应变ε继续发展，在σε曲线上呈现为一水平段，然后断裂。
见右图：预应力筋σε曲线2.5.2 应力松弛应力松弛是钢材受到一定的张拉力后，在长度保持不 变的条件下，钢材的应力随时间的增长而降低的现象，其 降低值称为应力松弛损失。
产生应力松弛的原因主要是由 于金属内部位错运动使一部分弹性变形转化为塑性变形引 起的。
右图根据碳素钢丝和热处理钢筋的试验数据，绘出其松弛率与时间、钢种、温度的关预应力筋的应力松弛损失系：⑴ 松驰率与时间的关系：应力松弛初期发展较快， 以后逐渐减慢。
钢丝应力松弛损失率与时间t 有较好的对 数线性关系。
⑵ 松驰率与钢种的关系：钢丝和钢绞线的应力松弛 率比热处理钢筋和精轧螺纹钢筋大。
⑶ 松驰率与初应力的关系：初应力大，松弛损失也 大。
当σ i ＞0.7σ b时，松弛损失率明显增大。
⑷ 松驰率与温度的关系：随着温度的升高，松弛损 失率急剧增加。
根据国外试验资料，40 0 C 时1000h 松弛损 失率约为20 0 C 时的1.5倍。
2.5.3 减少应力松弛损失的措施⑴ 采取超张拉程序；⑵ 采用低松弛钢绞线或钢丝，其松弛损失可减少 70～80%。
预应力砼箱梁张拉现场 箱梁采取超张拉2.6 预应力钢筋的验收包括标牌和外观检查，并按有关规定取样进行力学 性能检验。
预应力钢筋出厂，每捆(盘)应挂有二个标牌(上注厂 名、品名、规格、生产工艺及日期、批号等)，并有随货 同行的出厂质量证明书。
每验收批由同一牌号、同一规格、同一生产 工艺的预应力钢筋组成，每批数量不超过60t 。
2.6.1 标牌检查标牌标牌2.6.2 外观检查钢丝和钢绞线的外观检查均应逐盘进行。
钢丝表面不 得有油污、氧化铁皮、裂纹或机械损伤。
钢丝直径检查按 10%盘选取，但不少于6盘；钢绞线表面不得有油污、锈 斑或机械损伤。
镀锌、涂环氧钢绞线、无粘结钢绞线等涂 层表面应均匀、光滑、无裂纹、无明显折皱。
无粘结预应力筋每验收批应抽取3个试件检验油脂重 量和护套厚度。
精轧螺纹钢的外观检查应逐根进行。
钢筋表面不得有 锈蚀、油污、横向裂缝、结疤。
2.6.3 力学性能检验在每批钢丝中任意选取10%盘(不少于6盘)，每盘在 任意位置截取2根试件，1根做拉伸试验，1根做弯曲试验，如一项试验不合格，则该盘钢丝为不合格品；另从该 批未经检验的钢丝盘中抽取双倍数量的试件进行检验，如 仍有一项不合格，则该批钢丝判为不合格品；或逐盘检验 取用合格品。
预应力钢丝 力学性能检测预应力钢绞线 松弛性能检测在每批钢绞线中任意选取3盘，每盘在任意位置截取 一根试件做拉伸试验，如有某一项试验结果不合标准要 求，则该不合格盘报废；另从未经检验过的钢绞线中抽 取双倍数量的试件进行复检，如仍有一项不合格，则该 批钢绞线判为不合格品。
2.6.4 运输及存放预应力筋由于强度高塑性差，在无应力状态下对腐蚀 作用比普通钢筋敏感。
预应力筋在运输或存放过程中如遭 受雨淋、湿气或腐蚀介质的侵蚀，易发生锈蚀，不仅降低 质量，钢筋表面出现腐蚀坑，有时甚至会造成钢筋脆断。
土木工程施工 3 预应力锚固体系预应力锚固体系包括锚具、夹具和连接器。
锚固体系 的种类很多，且配套化、系列化、工厂化生产，主要有 QM 系列(中国建科院)、OVM 系列(柳州建机厂)、HVM 系列(柳州海威姆)、VLM 系列等。
预应力锚固体系总成图张拉端锚具 锚固端锚具连接器波纹管及 预应力筋 第14讲 预应力材料与机具土木工程施工3 预应力锚固体系锚具——在后张法结构或构件中，用于保持预应力 筋的拉力并将其传递到砼(或钢结构)上所用的夹持预应力 筋的永久性锚固装置。
后张法锚固体系包括锚具、锚垫板 和螺旋筋。
夹具——在先张法构件施工时，用于保持预应力筋 的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装 置；在后张法结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置(又称工具锚)。
连接器——用于连接预应力筋的装置。
土木工程施工锚具、夹具和连接器的代号JYL JYJ JYM 挤压 握裹式 — — GZM 钢质锥塞式— — YHM压花 — — RZM 热铸— — LZM 冷铸 LML LMJ LMM 螺母DTL DTJ DTM 镦头 支承式 BJM 扁形YJL YJJ YJM 园形 夹片式 连接器 夹具 锚具 分类代号锚具、夹具和连接器的标记示例：YJM 1512 产品代号企业体系代号，需要时标注预应力钢材根数预应力钢筋直径锚具、夹具和连接器的标记由产品代号、预应力钢筋 直径、预应力钢材根数三部份组成(生产企业的体系代号 只在需要时加注)。
