它是在构件承受外力之前,预先在构件的受拉区对混凝土施加预压力,这种压力称为预应力。
构件在使用阶段的外荷载作用下产生的拉应力,首先要抵消预压应力,推迟了混凝土裂缝出现的同时也限制了裂缝的开展,从而提高了构件的抗裂度和刚度。
施加预加应力的方法是:张拉受拉区中的预应力钢筋,通过预应力钢筋和混凝土之间的粘结力或锚具,将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件中,并产生预压应力。
一、预应力钢筋的种类
1、冷拔低碳钢丝
是由直径6—10mm的Ⅰ级钢筋(R)在常温下通过拔丝模冷拔而成,一般拔至3—5mm。
优点:屈服强度显著提高,但塑性降低,适于小型构件的预应力筋。
2、冷拉钢筋
是将Ⅱ~Ⅲ级热轧钢筋(RL、RL)在常温下通过张拉到超过屈服点的某一应力,使其产生一定塑性变形后卸荷,再经过时效处理而成。
冷拉钢筋的弹性模量有所降低,而屈服强度和硬度有所提高,可直接用作预应力钢筋。
3、碳素钢丝(消除应力钢丝)
碳素钢丝是由高碳钢条经淬火、酸洗、拉拔制成。尚需经过矫直回火处理。
用作先张法预应力筋时,钢丝表面需经过刻痕处理以保证高墙钢丝与混凝土的可靠粘结。
4、钢绞线
柔软,施工方便,但价格较贵。
常用的是:标准抗压强度为MPa的高强、低松弛钢绞线。
5、热处理钢筋
普通热轧中碳合金钢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。
二、对混凝土的要求
★在预应力混凝土结构中,混凝土的强度等级不应低于C30;
★当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C40。
★在预应力混凝土构件的施工中,不能掺入对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化钠等。
三、先张法
先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋,并将预应力筋临时固定在台座或钢模上,然后浇筑混凝土。待混凝土达到一定强度(70%),保证预应力筋与混凝土有足够粘结力时,放松预应力筋,借助预应力筋与混凝土之间的粘接,使混凝土产生预压应力。
先张法多用于预制构件厂生产定型的中小构件,也常用于生产预应力桥垮结构等。
(一)台座
台座承受全部预应力的拉力,故应具有足够的强度、刚度和稳定性。
1、墩式台座
一般用于生产中小型构件。
2、槽式台座
可承受较大的张拉应力和力矩。适于生产吊车梁、屋架、箱梁等张拉力较大的预应力构件。
(二)张拉机具和夹具
1、夹具
进行张拉和临时固定的工具,可以重复使用。要求:工作方便可靠、构造简单、加工方便。
(1)张拉夹具。将预应力筋与张拉机械连接起来,张拉时夹持预应力筋的工具。
常用的有:偏心式夹具、销片式夹具、镦式夹具、钳式夹具。
(2)锚固夹具。将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。
常用的有:锥形夹具、楔形夹具、穿心式夹具、镦头钢筋夹具。
2、张拉机具
(1)穿心式千斤顶。
(2)卷扬机。
(3)电动螺杆张拉机。
(三)先张法施工工艺
1、预应力筋的张拉
可单根张拉或多根同时张拉。多根张拉时,应先调整初应力,使其相互之间的应力一致。
如实际伸长值大于计算伸长值的10%,或小于计算伸长值的5%,应暂停张拉,查明原因调整后继续。
2、混凝土的浇筑和养护
尽量减少混凝土的收缩和徐变,以减少预应力损失。
混凝土采用湿热养护时,应采用二次升温制度养护混凝土,开始养护时的温差不得大于20℃,待混凝土强度达到10MPa后,再按一般升温制度养护,以减少温差应力损失。
3、预应力筋的放张
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,则不低于设计的混凝土立方体强度标准值得70%。
放张注意事项:
(1)预应力筋放张应缓慢进行;
(2)预应力筋数量较少时刻逐根放张,较多时,应同时放张,以免引起构件翘曲、开裂和断筋现象。
(3)预应力筋应采取砂轮机或切断机切断,不得使用电弧焊切割。
四、后张法
在制作构件时,预留孔道,待混凝土达到规定强度后,张拉预应力筋。
后张法适于:现场生产大型预应力构件、特种结构和构筑物。还可作为预应力预制构件的拼装手段。
(一)锚具
后张法预应力筋、锚具、张拉机具是配套使用的。
锚具是建立在预应力值和保证结构安全的关键,要求锚具尺寸形状准确,有足够的强度和刚度,受力后变形小,锚固可靠,不致产生预应力筋的滑移和断裂。还要求取材容易,加工容易,成本低,使用方便。
1、单根粗钢筋锚具
张拉端采用螺丝端杆锚具,固定端采用镦锚具或帮条锚具。
2、钢筋束锚具
张拉端常采用JM—12型锚具,非张拉端采用镦头锚具。
3、钢丝束锚具
张拉端常采用锥形螺杆锚具、钢质锥形锚具,非张拉端采用镦头锚具。
(二)张拉机具
1、拉杆式千斤顶
适于张拉带有螺杆式和镦式锚具的单根粗钢筋、钢筋束、钢丝束;
2、穿心式千斤顶
常用的为YC--60型,适于张拉各种预应力筋,是应用最广泛的张拉机具。
3、锥锚式双作用千斤顶
适于张拉以KT—Z型锚具的钢筋束、钢绞线束;以钢质锥形锚具为张拉锚具的钢丝束。
(三)后张法施工工艺
1、孔道的预留
(1)钢管抽芯法;可留直线孔道。
(2)胶管抽芯法;可留直线、曲线孔道。用40—50cm间距的钢筋井字架固定
(3)预埋波纹管。用不大于80cm间距的钢筋井字架固定。
2、预应力钢筋张拉
混凝土的强度应按设计规定,设计无规定时,则不低于设计混凝土立方体抗压强度标准值的70%。
张拉注意事项:
(1)构件长度小于24m的直线预应力筋可一端张拉,但张拉端宜分别设置在构件的两端;对曲线预应力筋和构件长度大于24m的预应力筋,应采用两端同时张拉,亦可在一端张拉后,再在另一端补足预应力值。
(2)对配有多根预应力筋的构件,应分批对称张拉。
(3)对平卧叠层浇筑的预应力构件;平卧重叠浇筑的构件宜先上后下逐层张拉,可逐层增大张拉力来弥补该应力损失,但底层超张拉值不宜比顶层张拉力大5%(钢丝、钢绞线、热处理钢筋)或9%(冷拉Ⅱ~Ⅲ级钢筋),并保证底层构件的控制应力值不超过规定限值。
(4)在预应力筋张拉时,往往要采取超张拉的方法来弥补应力损失,但可能超过规定限值,可采用:
先采取同一张拉值,而后复位补足;
分两个阶段建立预应力,即全部预应力张拉到一定值(如90%),再二次张拉至控制应力;
(5)当采用应力控制张拉时,应校核预应力筋的伸长值,如实际伸长值比计算伸长值大10%或小于5%,应暂停张拉,在采取措施予以纠正后,方可继续张拉。
3、孔道压浆
张拉后应随即进行压浆,以防预应力筋锈蚀,同时增加结构的抗裂性和耐久性。
★灰浆除满足强度和粘结力要求外,尚需要有较大的流动性和较小的压缩性、泌水性。
★宜采用标号不低于42.5的普通硅酸盐水泥配置的水泥浆,水泥浆强度不低于20MPa,
★水灰比宜控制在0.4—0.45之间,搅拌后3h的泌水率在20%以内。
压浆前,孔道应湿润,压浆应缓慢注入,不得中断;灌浆顺序应先下后上;曲线灌浆,宜从最低点压入水泥浆,至最高点排出空气及溢出浓浆为止。