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第五章 预应力混凝土工程第一节 预应力混凝土的基本知识一、预应力混凝土的概念 1、 1、预应力混凝土在构件使用前， 在构件使用前，对结构构件受拉区的钢筋在弹 性范围之内的拉伸，利用钢筋的弹性回缩， 性范围之内的拉伸，利用钢筋的弹性回缩，对受拉 区的混凝土预先施加预压应力，以提高构件的刚度、 区的混凝土预先施加预压应力，以提高构件的刚度、 抗裂性和耐久性。 抗裂性和耐久性。

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2、预应力混凝土的分类： 、(1)按混凝土施工方法不同可分为： )按混凝土施工方法不同可分为： 预制预应力混凝土、 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。 土等。 (2)按施加预应力的方式不同可分为： )按施加预应力的方式不同可分为： 先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土。 先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土。 (3)按预应力度大小可分为： )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。 全预应力混凝土和部分预应力混凝土。

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二、预应力混凝土的材料1、混凝土材料强度要求：一般不低于C30; (1)强度要求：一般不低于C30;当采用碳素钢 钢绞线、热处理钢筋作为预应力筋时， 丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力筋时，混凝 土的强度等级不低于C40。 土的强度等级不低于C40。

混凝土的配置： ( 2 ) 混凝土的配置 ： 应尽可能采用高标号水 宜用硅酸盐水泥) 减少水泥用量， (宜用硅酸盐水泥),减少水泥用量，降低水灰 比(控制在0.5以下),选用优质坚硬的骨料。 控制在0 以下) 选用优质坚硬的骨料。

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2、钢筋强度高。 (1)、强度高 。预应力钢筋必须采用高强度钢材以减少预应力构件在长期使用过程中， ,以减少预应力构件在长期使用过程中，由于混凝土的 收缩徐变等原因，而的造成预应力损失。 收缩徐变等原因，而的造成预应力损失。

(2)、要有较好的焊接性能和塑性。 要有较好的焊接性能和塑性。 预应力筋的种类：单根粗钢筋， (3)、预应力筋的种类：单根粗钢筋，钢筋索,钢绞线索、钢丝索等。 钢绞线索、钢丝索等。

(4)、预应力筋的冷加工：冷拉和冷拔 预应力筋的冷加工：

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三、预加应力的方法： 预加应力的方法：1、先张法——先张拉钢筋，后浇注混凝土。 、先张法 先张拉钢筋， 先张拉钢筋 后浇注混凝土。 2、后张法 先浇注混凝土， 、后张法——先浇注混凝土，预留孔道，后张 先浇注混凝土 预留孔道， 拉钢筋

还有电热法，无粘结预应力。 还有电热法，无粘结预应力。

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四、预应力张拉控制应力(σcon): 预应力张拉控

制应力(张拉方法 钢 种 先张法碳素钢丝、 碳素钢丝、钢绞 线、刻痕钢丝 冷拔低碳钢丝、 冷拔低碳钢丝、 热处理钢筋 冷拉钢筋

后张法 0.70fptk 0.60fptk 0.85fpyk

0.75fptk 0.70fptk 0.90fpyk

预应力筋极限抗拉强度标准值( 注：fptk——预应力筋极限抗拉强度标准值(N/mm2) 预应力筋极限抗拉强度标准值 fpyk——预应力筋屈服强度标准值(N/mm2) 预应力筋屈服强度标准值( 预应力筋屈服强度标准值

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五、预应力损失的概念： 预应力损失的概念：预应力总损失值小于下列数值时，则按下列数值取用： 预应力总损失值小于下列数值时，则按下列数值取用： 先张法： 先张法：100 N/ mm2 后张法： 80 N/ mm2 后张法： 1、锚具变形和钢筋内缩损失： σl1(先、后张法均有) 、 后张法均有)

σl1式中： 式中：

σ l1

a = Es la=5 mm

张拉锚具变形和钢筋内缩值； 张拉锚具变形和钢筋内缩值 a ——张拉锚具变形和钢筋内缩值； 长线台座先张法： 长线台座先张法：

后张法螺丝端杆锚具(一条缝隙) 后张法螺丝端杆锚具(一条缝隙) 张拉端至固定端之间的距离。 l ——张拉端至固定端之间的距离。 张拉端至固定端之间的距离 钢筋弹性模量。 ES ——钢筋弹性模量。 钢筋弹性模量

a

=1 mm

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2、孔道摩擦损失： σl2(后张法有) 、 后张法有)

σl 2 = σcon (1 1/ e当 0.2时 kx + µθ <0.2时：

kx+µθ

)

σl 2 = σcon (kx + µθ )

式中： 式中： x ——从张拉端至计算截面的距离 从张拉端至计算截面的距离 从张拉端至计算截面曲线孔道倾角。 从张拉端至计算截面曲线孔道倾角 θ ——从张拉端至计算截面曲线孔道倾角。 摩擦系数 k, µ ——摩擦系数

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3、温度应力损失： σl3 、温度应力损失： 长线台座生产时，采用蒸汽养护时存在。 长线台座生产时，采用蒸汽养护时存在。 后张法均有) 4、钢筋应力松弛损失： σl4 (先、后张法均有) 钢筋应力松弛损失： 后张法均有) 混凝土收缩徐变应力损失： 5、混凝土收缩徐变应力损失： σl5 (先、后张法均有)预应力损失的组合

张 拉 方 法第一批预应力损失 混凝土预压前的预应力损失) (混凝土预压前的预应力损失) 第二批预应力损失 混凝土预压后的预应力损失) (混凝土预压后的预应力损失)

先张法σl Ⅰ= σl 1 + σl 4 σl Ⅱ= σl 5

后张法σl Ⅰ= σl 1 + σl 2 σl Ⅱ= σl 4 + σl 5

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六、先、后张法构件设计施工对比： 后张法构件设计施工对比：1、先张法构件需要台座，故在预制厂生产中小型构件。 、先张法构件需要台座，故在预制厂生产中小型构件。 后张法不需要台座，故在现场生产大型构件。 后张法不需要台座，故在现场生产大型

构件。 2、设计中：先张法采用：换算截面 、设计中：先张法采用：换算截面——A0 后张法采用： 净面积——Aj 后张法采用： 净面积 3、预应力损失不同。 、预应力损失不同。 4、预应力传递不同： 、预应力传递不同： 先张法是依靠混凝土和钢筋之间的粘结力来传递。 先张法是依靠混凝土和钢筋之间的粘结力来传递。 后张法是通过锚具来传递预应力。 后张法是通过锚具来传递预应力。 5、预应力筋张拉控制应力不同： 、预应力筋张拉控制应力不同： 先张法σ 后张法σ 但最终效果一致。 先张法σcon>后张法σcon,但最终效果一致。

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第二节 预应力张拉锚固体系预应力张拉锚固体系包括锚具和夹具。 预应力张拉锚固体系包括锚具和夹具。 锚具是后张法结构或构件中为保持预应力筋拉力并将 其传递到混凝土上用的永久性锚固装置。 其传递到混凝土上用的永久性锚固装置。 夹具是先张法构件施工时为保持预应力筋拉力并将其 固定在张拉台座(或钢模)上用的临时性锚固装置。 固定在张拉台座(或钢模)上用的临时性锚固装置。 后张法张拉用的夹具又称工具锚， 后张法张拉用的夹具又称工具锚，是将千斤顶的张拉 力传递到预应力筋的装置。

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一、锚具1、常用的锚具按其锚固的原理可分为： 、常用的锚具按其锚固的原理可分为：夹片式 支承式 锥塞式 握裹式等

2、按其锚固钢筋或钢丝的数量，又分为： 、按其锚固钢筋或钢丝的数量，又分为：单根钢筋的锚具 成束钢筋锚具 钢绞线锚具 钢丝束锚具

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1.夹片式锚具 . 夹片式锚具系列应用非常普遍，无论在先张法和后张法中， 夹片式锚具系列应用非常普遍，无论在先张法和后张法中，还 是在有粘结和无粘结预应力混凝土结构中都普遍采用。 是在有粘结和无粘结预应力混凝土结构中都普遍采用。 (1)JM型锚具 ) 型锚具 JM型锚具由锚环与夹片组成，如图 所示。 型锚具由锚环与夹片组成， 所示。 型锚具由锚环与夹片组成 如图5-1所示 特点：预应力筋束的外径比较小， 特点：预应力筋束的外径比较小，构件和结构端部的孔道不必 扩大，设计施工比较方便， 扩大，设计施工比较方便，但一个夹片损坏会引起整束预应力筋 失效

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(2)单孔夹片锚具 ) 该锚具由锚环和夹片组成，适用于锚固φj12 φj15钢绞线 φj12和 钢绞线。 该锚具由锚环和夹片组成，适用于锚固φj12和φj15钢绞线。 如图5 锚环顶面为平面，锚孔垂直于锚环顶面， 如图5-2。锚环顶面为平面，锚孔垂直于锚环顶面，沿锚环圆周 排列。夹片有直开缝三片式、 排列。夹片有直开缝三片式、斜开缝三片式和直开缝两片式三种 直开

缝三片式和直开缝两片式夹片用于锚固钢绞线； 。直开缝三片式和直开缝两片式夹片用于锚固钢绞线；斜开缝三 片式用于锚固钢丝束。 片式用于锚固钢丝束。

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(3)XM型锚具 ) 型锚具 XM型锚具适用于锚固3~37根 型锚具适用于锚固3~37 15钢绞线 钢绞线， XM型锚具适用于锚固3~37根φj15钢绞线，也可用于锚固钢丝 既可锚固单根预应力筋，又可锚固多根预应力筋， 束。既可锚固单根预应力筋，又可锚固多根预应力筋，既可单根 张拉，逐根锚固，又可成组张拉，成组锚固，既可用作工作锚， 张拉，逐根锚固，又可成组张拉，成组锚固，既可用作工作锚， 又可用作工具锚，具有通用性，锚固件能可靠， 又可用作工具锚，具有通用性，锚固件能可靠，施工方便

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2.支承式锚具 . (1)镦头锚具 ) 镦头锚具是利用钢丝两端的镦粗头来锚固预应力钢丝的一种锚 见图5-4。镦头锚具加工简单，张拉方便，锚固可靠， 具，见图 。镦头锚具加工简单，张拉方便，锚固可靠，成本较 低，但对钢丝束的等长要求较严

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帮条锚具和螺丝端杆锚具

3.锥塞式锚具 . (1)GZ型钢质锥形锚具 ) 型钢质锥形锚具 钢质锥形锚具由锚环与锚塞组成，见图。适用于锚固12~24根 钢质锥形锚具由锚环与锚塞组成，见图。适用于锚固 根 φs5钢丝束。 钢丝束。 钢丝束 这类锚具应满足自锁和自锚条件。 这类锚具应满足自锁和自锚条件。自锁就是使锚塞在顶压后 不致弹回脱出， 不致弹回脱出，自锚就是使钢丝在拉力作用下带着锚塞楔紧而又 不发生滑移。 不发生滑移。

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4.握裹式锚具 . (1)挤压式锚具 ) 挤压式锚具是在钢绞线端部安装异形钢丝衬圈和挤压套， 挤压式锚具是在钢绞线端部安装异形钢丝衬圈和挤压套，利 用专用挤压机将挤压套挤过模孔后， 用专用挤压机将挤压套挤过模孔后，使其产生塑性变形而握紧钢 绞线，形成可靠的锚固，主要由挤压套筒、垫板、 绞线，形成可靠的锚固，主要由挤压套筒、垫板、螺旋筋及硬钢 丝衬圈组成，见图。挤压式锚具组装时， 丝衬圈组成，见图。挤压式锚具组装时，挤压机的活塞杆推动套 筒通过喇叭形挤压模，使套筒变细，硬钢丝衬圈碎断， 筒通过喇叭形挤压模，使套筒变细，硬钢丝衬圈碎断，咬入钢绞 线表面，夹紧钢绞线，形成挤压头。 线表面，夹紧钢绞线，形成挤压头。 这种锚具的锚固性能可靠， 这种锚具的锚固性能可靠，主要适用于固定单根无粘结钢绞 线与多根有粘结钢绞线。 线与多根有粘结钢绞线。

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二、夹具 夹具是在张拉施工中， 夹具是在张拉施工中，为保持预应力筋的拉力并将其固定在张 拉设备上所使

用的临时性锚固装置。 拉设备上所使用的临时性锚固装置。

1.卡片式夹具 . 卡片式夹具具有多种形式。 卡片式夹具具有多种形式。圆套筒三片式夹具用于夹持直径为 12mm与14mm的单根冷拉Ⅱ~Ⅳ级钢筋，由套筒与夹片组成。 与 的单根冷拉Ⅱ 级钢筋，由套筒与夹片组成。 的单根冷拉

2.圆锥齿板式夹具 . 该夹具由套筒与齿板组成。适用于夹持 该夹具由套筒与齿板组成。适用于夹持φb3~5冷拔低碳钢丝和 冷拔低碳钢丝和 φk5碳素(刻痕)钢丝。 碳素(刻痕)钢丝。 碳素

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三、张拉设备(一)穿心式千斤顶构造： 沿千斤顶轴线有一穿心孔道， 构造： 沿千斤顶轴线有一穿心孔道，供穿预应力筋或张拉 杆之用； 杆之用；利用双液缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶 分别负责张拉和顶压锚固。 分别负责张拉和顶压锚固。 特点：适应性强，既适用于张拉并顶锚带有夹片锚具的钢 特点：适应性强， 丝线、钢丝束，当配上撑力架、拉杆等附件后， 丝线、钢丝束，当配上撑力架、拉杆等附件后，也可以作为拉 杆式千斤顶使用。 杆式千斤顶使用。 根据使用功能不同可分为YC型 型与YCQ型等系列产品 根据使用功能不同可分为 型、YCD型与 型与 型等系列产品 。

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型千斤顶。 (1)YC60型千斤顶。 ) 型千斤顶 这种千斤顶是一种用途最广的穿心式千斤顶， 这种千斤顶是一种用途最广的穿心式千斤顶，主要用于张拉 带有JM型锚具的 根直径为 带有 型锚具的3~6根直径为 型锚具的 根直径为12mm的Ⅳ级钢筋束和 的 级钢筋束和φj12钢绞线束 钢绞线束 ；配上撑脚与拉杆后，也可张拉带有螺杆锚具的粗钢筋或带有镦 配上撑脚与拉杆后， 头锚具的钢丝束。见图。此外， 头锚具的钢丝束。见图。此外，在千斤顶的前后端分别装上分束 顶压器和工具锚后，还可张拉带有缸子锥形锚具的钢丝束。 顶压器和工具锚后，还可张拉带有缸子锥形锚具的钢丝束。