第五章预应力混凝土工程本章概要1.先张法施工的设备种类、性能与构造；2.先张法施工工艺、张拉控制应力与张拉程序的确定、混凝土浇筑与养
护的方式、预应力筋放张的方法；3.后张法施工的锚具、张拉机械的种类、特性及适用范围；4.后张法施工工艺、预应力损失种类及预应力
损失值的组合；5.后张法中各类预应力筋的制作与安装；6.无黏结预应力的施工工艺。预应力混凝土构件与普通混凝土
构件相比，除能提高构件的抗裂度和刚度外，还具有能增加构件的耐久性，节约材料，减少自重等优点。预应力混凝土的张拉工艺
有先张法和后张法之分、有黏结和无黏结之分，工程中常采用先张法和后张法。5.1先张法施工先张法施工是在浇筑混凝土前
在台座上或钢模上张拉预应力筋，然后用夹具将张拉完毕的预应力筋临时固定在台座的横梁上或钢模上，再进行非预应力钢筋的绑扎、支设模板、浇
筑混凝土、养护混凝土至设计强度等级的70%以上、放松预应力筋。先张法是通过混凝土与预应力筋之间的黏结力将预应力传递给构件，使得钢筋
混凝土构件受拉区的混凝土承受预压应力。先张法施工中常用的预应力筋有钢丝和钢筋。5.1.1台座台座是先张法施
工中张拉和临时固定预应力筋的支撑结构，它承受预应力筋的全部张拉力，因而要求台座必须具有足够的强度、刚度和稳定性，同时要满足生产工艺
要求。台座按构造形式分为墩式台座和槽式台座。5.1.1.1墩式台座1．墩式台座构造与类型墩式台座由传力墩、台
面和横梁组成，如图5.2所示。墩式台座一次可生产多根预应力混凝土构件。传力墩是墩式台座的主要受力结构，依靠其自重
和抓力平衡张拉力产生的倾覆力矩，依靠土的反力和摩阻力平衡张拉力产生的水平位移。因此，传力墩体积大，埋设深度深。为
了改善传力墩的受力状况，提高台座承受张拉力的能力，减小张拉倾覆力矩，可采用台面与传力墩共同工作的墩式台座，从而减小台墩自重和埋深。
台面是预应力混凝土构件成形的胎模，是由夯实后铺碎砖垫层，再浇筑50－80mm厚的C15－C20混凝土面层而制成。
台面一般宽1－2m，长约100m。台面要求平整、光滑，沿其纵向留设0.3%的排水坡度，每隔10－20m设置宽30－50mm的温度缝
。横梁是锚固夹具临时固定预应力筋的支点，也是张拉机械张拉预应力筋的支座，常采用型钢或由钢筋混凝土制作而成。
图5.3所示为无台面的重力墩台座和构架墩台座。此外还有桩基构架式、简易墩式和锚桩式台座。2.墩式台座的稳定性和强度验算
墩式台座的稳定性包括台座的抗倾覆和抗滑移的能力。墩式台座稳定性验算计算简图如图5.4所示。（1）抗倾覆验算
墩式台座的抗倾覆能力以台座的抗倾覆安全系数K1表示。（2）抗滑移验算墩式台座的抗滑移能力以台座的抗滑移安
全系数K2表示。有时我们可将台面的抗滑移验算转化为台面的断面尺寸设计。例如已知台面材料许用应力σ许，依据台面反力（可能
出现的最大台面反力），求得台面断面尺寸（或已知台面尺寸，求得台座可承受的最大台面反力）。（3）台座强度验算台座强
度验算时，支承横梁的牛腿，按柱子牛腿的计算方法计算其配筋；墩式台座与台面接触的外伸部分，接偏心受压构件计算；台面按轴心受压杆件计算
；横梁按承受均布荷载的简支梁计算，挠度不应大于2mm,并不得产生翘曲。预应力筋的定位板必须安装准确，其挠度不大于1mm。
台面一般是先夯铺一层碎石后浇一层60－100mm厚的混凝土，其承载力按下式计算：5.1.1.2槽式台座槽式台座由钢
筋混凝土压杆、上下横梁以及砖墙组成，如图5.5所示。为了便于构件运输和蒸汽养护，槽式台座一般低于地面，一砖厚的砖墙起挡土和保温侧墙
作用。5.1.2夹具夹具必须工作可靠，构造简单，使用方便，即夹具应具有良好的自锚性能（能自锚的夹具一定能够自锁）、松锚
性能和安全的重复使用性能。根握夹具的工作特点将其分为张拉夹具和锚固夹具。张拉夹具和锚固夹具都是临时性工具，均可回收再利用
。5.1.2.1张拉夹具张拉夹具是将预应力筋与张拉机械连接起来，进行预应力张拉的工具。常用的张拉夹具有偏心式夹
具、压销式夹具和套筒连接器。1.偏心式夹具偏心式夹具用于钢丝的张拉。它是由一对带齿一的月牙形偏心块组成，如图
5.6所示。偏心块可用工具钢制作，其刻齿部分的硬度较所夹钢丝的硬度大。厂这种夹具构造简单，使用方便。而且随着外力的增加，
钢丝越夹越紧。2．压销式夹具压销式夹具用做直径12－16mm的HPB235－RRB400级钢筋的张拉夹具。它
由销片和楔形压销组成，如图5.7所示。销片2、3有与钢筋直径相适应的半圆槽，槽内有齿纹用以夹紧钢筋。当楔紧或放松楔形压销4时，便
可夹紧或放松钢筋。与偏心式夹具一样，随着外力的增加，钢筋越夹越紧。3.套筒连接器套筒连接器是用于连接预应力筋与
预应力筋或预应力筋与张拉机具的装置，如图5.8所示5.1.2.2锚固夹具1.钢丝夹具（1）圆锥形齿板式夹具和圆锥形三槽式夹具
圆锥形齿板式夹具和圆锥形三槽式夹具是常用的两种单根钢丝夹具，适用于锚固直径3－5mm的冷拔低碳钢丝，也适用于锚固
直径5mm的碳素（刻痕）钢丝。这两种夹具均由套筒与销子组成，如图5.9所示。套筒为圆柱形，开有圆锥形孔、销子有两种形式
：一种是在圆锥形销子上留有1－3个凹槽（分别适用三种不同型号的钢筋），在凹槽内刻有细齿，即为圆锥形三槽式夹具；另一种是在圆锥形销子
上切去一块，在切削面上刻有细齿，即为圆锥形齿板式夹具。（2）楔形夹具楔形夹具（如图5.10所示）由锚板与楔块
两部分组成，楔块的坡度为1:15－1:20,两侧面刻倒齿。锚板上留有楔形孔，楔块打入楔形孔中，钢丝就锚固于楔块的侧面，每个楔块可锚
固1－2根钢丝。2.单根钢筋夹具（1）圆套筒夹具①二片式夹具圆套筒二片式夹具
适用夹持12－16mm的单根冷拉HRB335－RRB400级钢筋，由圆形套筒和圆锥形夹片组成，如图5.11所示。圆形套筒内壁呈圆锥
形，与夹片锥度吻合，圆锥形夹片为二个半圆片，半圆片的圆心部分开成半圆形凹槽，并刻有细齿，钢筋就夹紧在夹片中的凹槽内。②三片式夹具
圆套筒主片式夹具适用夹持12－14的单根冷拉HRB335－RRB400级钢筋，其构造基本与圆套筒二片式夹具构造相
同，只不过夹片由三个半圆片组成。(2)螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具适用于锚固直径不大于36mm的冷拉HRB335、H
RB400级钢筋，由螺丝端杆、螺母和垫板组成。(3)镦头锚具镦头锚具属于自制的锚具。钢丝的镦头是采用液压冷镦机进行的
，钢筋直径小于22mm采用热镦方法，钢筋直径等于或大于22mm采用热锻成形方法。(4)帮条锚具帮条锚具如图5
.12所示，帮条以采用与预应力筋同级别的钢筋为宜。5.1.3张拉机械张拉预应力筋的机械要求工作可靠，操作简单，能
以稳定的速率加荷。先张法施工中预应力筋可单根进行张拉或多根成组进行张拉。常用的张拉机械有卷扬机设备和液压设备，其中卷
扬机设备张拉行程长，但张拉力小；液压设备张拉行程短，但张拉力大。5.1.3.1卷扬机设备1.手动卷筒式张拉机
手动卷筒式张拉机如图5.13所示。具体操作是将钢丝夹在夹具上－摇动手柄，转动卷筒，张拉钢丝－张拉到预定张拉力值，停止摇
手柄，锚定钢丝－提起制动爪，使齿轮倒转－松开夹具，张拉完毕。该设备的优点是设备简单，便于自制，不需电力；缺点是效率低
。2.电动卷筒式张拉机电动卷筒式张拉机是把慢速电动卷扬机装在小车上制成（图5.14)。该设备的优点是张拉行程
大，张拉速度快。缺点是设备结构简单，可控制性差。3．电动螺杆张拉机电动螺杆张拉机可张拉预应力钢筋或钢丝，最大张拉力为
300－600kN，张拉行程为800mm，张拉速度为2m/min。为了便于工作和转移，可将其装在带轮的小车上。电动螺杆张
拉机见图5.15。电动螺杆张拉机运行稳定，张拉控制力准确且易操作，螺杆有自锁能力，张拉速度快，行程大。5.1.3.2油压千斤顶
油压千斤顶由于张拉力大，可张拉单根预应力筋或多根成组预应力筋。多根成组张拉时，可采用四横梁装置进行，如图5.16所示
。5.1.4先张法施工工艺先张法施工工艺如图5.17所示。5.1.4.1预应力筋的张拉1.张拉控制应力的确定
预应力筋的张拉控制应力按《混凝土结构设计规范》规定取值，以确保张拉力不超过其屈服强度，使预应力筋处于弹性工作状态，对
混凝土建立有效的预压应力。张拉控制应力允许值如表5.1所示。2．张拉程序张拉程序如下：第一种张拉程序
中，超张拉5%并持荷2min，再回到控制应力，其目的是为了在高应力状态下加速预应力筋松弛早期发展，尽量减少因预应力筋松弛所造成的预
应力损失。预应力筋在高应力作用下具有随时间而增长的塑性变形性质：一方面，当钢筋长度保持不变，钢筋的应力会随时间的增长而逐
渐降低，这种现象称为预应力筋的应力松弛；另一方面，当预应力筋应力保持不变，应变会随时间的增长而逐渐增大，这种现象称为预应力筋的徐变
。预应力筋的松弛和徐变均会引起预应力筋中的应力损失，而这两种损失往往又很难区分，故将这两种损失统称为预应力筋松弛损失。
预应力筋松弛所造成的预应力损失一般与σcon和时间有关：在2min内完成损失的50%，1h内完成损失的70%，24h内预应力筋
由松弛所造成的预应力损失基本完成，随后渐慢，因此持荷2min起码可以减少预应力筋由于松弛所引起的预应力损失50%；σcon越高，所
造成的预应力损失越大。第二种张拉程序中，超张拉3%，其目的是为了弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般多被采
用。以上两种张拉程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。3．预应力筋的检验
(1)先张法预应力筋张拉后与设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面最短边长的4%。(2)当采用应力控制方法张
拉时，应校核预应力筋的伸长值，该伸长值宜在初应力约为10%时开始量测。实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对允许偏差为±6%。
(3)当同时张拉多根预应力筋时，应预先调整初应力，使各根预应力筋均匀一致，其偏差不得大于或小于按一个构件全部钢丝预应力总值的5
%。（4）用钢丝测力计测定预应力钢丝张拉力的方法：CN-1型钢丝测力计构造如图5.19所示。5.1.4.2混凝
土的浇筑与养护1．混凝土的浇筑预应力筋张拉完毕后即应浇筑混凝土。混凝土的浇筑应一次完成，不允许留设施工
缝。混凝土的水灰比必须严格控制，以减少混凝土由于收缩和徐变而引起的预应力损失。预应力棍凝土构件浇筑时必须振捣密实（
特别是在构件的端部），以保证预应力筋和混凝土之间的黏结力，减少由于混凝土黏结力不足所造成的预应力损失。2.混凝土的养护
混凝土可采用自然养护或蒸汽养护。在台座上用蒸汽养护时，预应力筋因温度升高而膨胀，而台座与地面
或垫层相连，长度并无变化，因而引起预应力筋的预应力损失，这就是温差引起的预应力损失σ13。降温时，混凝土已结硬并与钢筋黏结成一个整
体，由于两者具有相同的温度膨胀系数，随温度降低而产生相同的收缩，所损失的σ13无法恢复。为了减少这种温差所造成的预应力损失，应采用
二阶段升温养护法：即保证在混凝土强度养护至7.5MPa（配粗钢筋）或100MPa（钢丝、钢绞线配筋）之前，温差一般不超过20℃，
之后则可按一般正常情况继续升温养护。采用机组流水法用钢模制作、蒸汽养护时，由于钢模和预应力筋同样伸缩，不存在因温
差而引起的预应力损失，可以采用一般加热养护制度。5.1.4.3预应力筋放张预应力筋放张过程是预应力的传递过程，
应根据放张要求，确定合理的放张顺序、放张方法及相应的技术措施。1．放张要求放张预应力筋时，混凝土强度必须符
合设计要求。当设计无要求时，不得低于设计的混凝土强度标准值的75%。对于重叠生产的构件，要求最上一层构件的混凝土强度不低于设计强度
标准值的75%时方可进行预应力筋的放张。过早放张预应力筋会引起较大的预应力损失。2．放张顺序预应力筋的放张顺序
，应符合设计要求。当设计无专门要求时，应符合下列规定：（1）对承受轴心预压力的构件（如压杆、桩等），所有预应力筋应同时放
张，如逐根放张，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，易使构件端部开裂；（2）对承受偏心预压力的构件，应先同时放
张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋；（3）当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张，以防止放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象；（4）放张后预应力筋的切断顺序，宜由放张端开始，逐次切向另一端。3.放张方法(1)配筋不多的预应力钢丝放张采用剪切、割断和熔断的方法自中间向两侧逐根进行，以减少回弹量，同时由于第一构件筋剪断后，预应力筋的收缩力往往大于构件与底模之间的摩擦阻力，因而构件与底模会自动分离，利于脱模。对于预应力钢筋混凝土构件，放张应缓慢进行。对热处理钢筋及冷拉级钢筋，不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。(2)配筋较多的预应力钢丝放张采用同时放张的方法，以防止最后的预应力钢丝因应力突然增大而断裂或使构件端部开裂。所有钢筋同时放张，可采用楔块（图5.20）或砂箱（图5.21)等装置进行缓慢放张。 |
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