第二章材料与张锚体系.ppt

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1、第二章第二章 材料与张锚体系材料与张锚体系唐唐 兴兴 荣荣博博 士、教士、教 授授苏州科技学院土木工程学院苏州科技学院土木工程学院二二OO九年一月九年一月第一节第一节 预应力材料预应力材料一、预应力钢材一、预应力钢材 预应力钢材的发展趋势：预应力钢材的发展趋势：高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀1 1、金属预应力筋、金属预应力筋 碳素钢丝（高强钢丝）碳素钢丝（高强钢丝）直径直径3 3mmmm 9mm9mm，抗拉强度标准值抗拉强度标准值14701470、15701570、16701670、17701770N/mmN/mm2 2 含碳量含碳量0.5%0.5%0.9%0.9

2、%的优质高碳钢盘条经的优质高碳钢盘条经索氏体化处理索氏体化处理、酸冼酸冼、镀铜或磷化镀铜或磷化后后经几次冷拔而成经几次冷拔而成 高碳钢高碳钢 冷拔冷拔 冷拔钢丝冷拔钢丝 低温（一般低于低温（一般低于500500度）矫直处理度）矫直处理 矫直回火钢丝（消除应力钢丝）矫直回火钢丝（消除应力钢丝）稳定化处理（在一定温度（稳定化处理（在一定温度（300300度）和拉应力下进行应力消除回火度）和拉应力下进行应力消除回火处理、然后冷却至常温）处理、然后冷却至常温）低松弛钢丝低松弛钢丝 另外，还有另外，还有刻痕钢丝刻痕钢丝、镀锌钢丝镀锌钢丝等。等。钢筋钢筋 热处理钢筋热处理钢筋 由由IVIV级钢经过调质热处

3、理而成级钢经过调质热处理而成 直径为直径为6 6mmmm、8.2mm8.2mm、10mm10mm 盘径盘径2 2米、开盘后自行伸直，每根长米、开盘后自行伸直，每根长100100m m 120m120m 抗拉强度标准值抗拉强度标准值14701470N/mmN/mm2 2 精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋（只适用于直线预应力筋）（只适用于直线预应力筋）用热轧方法在整根钢筋表面上轧出不带肋的螺纹外形的粗钢筋（直径用热轧方法在整根钢筋表面上轧出不带肋的螺纹外形的粗钢筋（直径2525mmmm、32mm32mm）螺锚固定螺锚固定+精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋+螺丝套筒连接螺丝套筒连接+精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋+螺锚固

4、定螺锚固定 冷拉钢筋冷拉钢筋 普通低合金钢冷拉至钢筋强化阶段，然后卸载而成普通低合金钢冷拉至钢筋强化阶段，然后卸载而成 冷拉冷拉IIII级、冷拉级、冷拉IIIIII级、冷拉级、冷拉IVIV级，抗拉强度标准值级，抗拉强度标准值450 450 700700N/mmN/mm2 2 GB50010-2002GB50010-2002：预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可用热处理钢筋预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可用热处理钢筋 钢绞线钢绞线 多根（多根（2 2、3 3、7 7或或1919股）冷拔钢丝在绞线机上扭绞而成股）冷拔钢丝在绞线机上扭绞而成 7 7股钢绞线是国内外应用最广泛的一种预应力筋

5、股钢绞线是国内外应用最广泛的一种预应力筋2 2、非金属预应力筋、非金属预应力筋 用纤维增强塑料（用纤维增强塑料（FRPFRP）制成的预应力筋，主要有制成的预应力筋，主要有 碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料（CarbinCarbin-Fiber-Reinforced-Polymers,-Fiber-Reinforced-Polymers,简写简写CFRPCFRP）玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料（Glass-Fiber-Reinforced-Polymers,Glass-Fiber-Reinforced-Polymers,简写简写GFRPGFRP）纺纶纤维增强塑料纺纶纤维增强塑料（A-Fiber-R

6、einforced-Polymers,A-Fiber-Reinforced-Polymers,简写简写AFRPAFRP）FRPFRP预应力筋的基本特点预应力筋的基本特点 抗拉强度高、抗腐蚀性能良好、重量小、热膨胀系数与混凝土接近、抗磁抗拉强度高、抗腐蚀性能良好、重量小、热膨胀系数与混凝土接近、抗磁性能好、耐疲劳性能优良、弹性模量小、抗剪强度低等性能好、耐疲劳性能优良、弹性模量小、抗剪强度低等 目前，目前，FRPFRP预应力筋以及预应力筋以及FRPFRP预应力筋混凝土结构的力学性能仍处于研究或预应力筋混凝土结构的力学性能仍处于研究或试用阶段，但试用阶段，但FRPFRP预应力筋在未来将具有广阔的应

7、用前景预应力筋在未来将具有广阔的应用前景3 3、非预应力筋、非预应力筋 预应力混凝土结构中的非预应力筋同钢筋混凝土结构中的钢筋预应力混凝土结构中的非预应力筋同钢筋混凝土结构中的钢筋 GB500102002 GB500102002：宜采用宜采用HRB400HRB400级钢筋、级钢筋、HRB335HRB335级钢筋，也可采用级钢筋，也可采用HPB235HPB235级钢筋和级钢筋和RRB400RRB400级钢筋级钢筋二、混凝土二、混凝土1 1、对混凝土的要求、对混凝土的要求 高强度高强度 采用高强混凝土与高强预应力筋可充分发挥材料强度采用高强混凝土与高强预应力筋可充分发挥材料强度 具有较高的弹性模量

8、具有较高的弹性模量 具有较高的抗拉强度，提高局部承压强度和粘结性能具有较高的抗拉强度，提高局部承压强度和粘结性能 GB50010-2002GB50010-2002：预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30C30 当采用预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等当采用预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于级不宜低于C40C40 低收缩、低徐变低收缩、低徐变 减小由混凝土收缩、徐变产生的预应力损失减小由混凝土收缩、徐变产生的预应力损失 有效地控制预应力混凝土结构的徐变变形有效地控制预应力混凝土结构的徐变变形

9、 快硬、早强快硬、早强 可尽快施加预应力，加快施工进度，提高设备及模板的利用率可尽快施加预应力，加快施工进度，提高设备及模板的利用率 高效减水剂（超塑化剂）：高效减水剂（超塑化剂）：磺化煤礁油系减水剂磺化煤礁油系减水剂国内常用的商品高效减水剂国内常用的商品高效减水剂 树脂系减水剂树脂系减水剂 2 2、高性能混凝土、高性能混凝土 19901990年美国混凝土学会（年美国混凝土学会（ACIACI）及美国国家标准和技术研究院（及美国国家标准和技术研究院（NISTNIST）首次首次提出高性能混凝土（提出高性能混凝土（HPCHPC）概念概念 H High igh P Performance erform

10、ance C Concrete(in short“HPC”)oncrete(in short“HPC”)高性能混凝土（高性能混凝土（HPCHPC）的定义的定义美国混凝土学会（美国混凝土学会（ACIACI）及美国国家标准和技术研究院（及美国国家标准和技术研究院（NISTNIST）：具有所要求性能（包括具有所要求性能（包括易灌注、易密实，不离析、能长期保持优越的力学易灌注、易密实，不离析、能长期保持优越的力学性能，早期强度高、韧性好，体积稳定，在恶劣环境下使用寿命长等性能，早期强度高、韧性好，体积稳定，在恶劣环境下使用寿命长等）的）的均质混凝土。均质混凝土。美国战略性公路研究计划（美国战略性公路研

11、究计划（SHRPSHRP）：）：具有具有 最大水灰比为最大水灰比为0.350.35 最小耐久性系数为按照美国材料与试验协会最小耐久性系数为按照美国材料与试验协会ASTMC666ASTMC666工序工序A A确定的确定的80%80%最小强度或为灌注后最小强度或为灌注后4 4h h内达内达2121MpaMpa（甚早强）甚早强）或为或为2424h h内达内达3434MpaMpa （高早强）高早强）或为或为2828d d内达内达6969MpaMpa （甚高强）甚高强）高性能混凝土的特性高性能混凝土的特性 高高性性能能混混凝凝土土根根据据耐耐久久性性与与强强度度两两方方面面要要求求，来来选选择择确确定定

12、混混凝凝土土组组成成材材料料和配合比。与普通混凝土相比，和配合比。与普通混凝土相比，HPCHPC在组成与配合比方面有如下特点：在组成与配合比方面有如下特点：使用矿物掺和料使用矿物掺和料（硅灰、粒状高炉碱矿渣）（硅灰、粒状高炉碱矿渣）低水胶比低水胶比（0.350.35 ）最大骨料粒径小最大骨料粒径小 高效减水剂与水泥的相容性好高效减水剂与水泥的相容性好第二节第二节 孔道与灌浆材料孔道与灌浆材料一、留孔一、留孔（后张法预应力混凝土结构构件）（后张法预应力混凝土结构构件）预留孔道的成孔方式预留孔道的成孔方式 抽拔式制孔器：抽拔式制孔器：橡胶管橡胶管（用钢丝网加劲）（用钢丝网加劲）抽芯抽芯（在混凝土初

13、凝期）（在混凝土初凝期）埋入式制孔器：埋入式制孔器：圆形金属波纹管圆形金属波纹管（波纹高度：单波纹为（波纹高度：单波纹为2.52.5mmmm，双波双波纹为纹为3.53.5mmmm，每节波纹管长度每节波纹管长度4 4m m 6m 6m）国内后张法预应力混凝土结构构件大吨位曲线束、多跨连续曲线束和空间曲国内后张法预应力混凝土结构构件大吨位曲线束、多跨连续曲线束和空间曲线束的留孔法普遍采用线束的留孔法普遍采用波纹管波纹管留孔留孔 预留孔道的构造预留孔道的构造 孔道直径孔道直径=预应力钢筋束外径及需穿过孔道的锚具外径预应力钢筋束外径及需穿过孔道的锚具外径+10+10mmmm 15mm15mm 预制预应

14、力构件孔道间的净距预制预应力构件孔道间的净距 2525mmmm；孔道至构件边缘的净距孔道至构件边缘的净距 2525mmmm，且且 孔道直径孔道直径/2/2 框架梁中曲线预应力钢筋束在竖直方向的净距框架梁中曲线预应力钢筋束在竖直方向的净距 1 1倍束径，水平方向净距倍束径，水平方向净距 1 1.5.5倍的束径；倍的束径；从孔壁算起的预应力钢筋保护层厚度：梁底从孔壁算起的预应力钢筋保护层厚度：梁底 5050mmmm，梁侧梁侧 4040mmmm 塑料（聚丙烯或高密度聚乙烯）波纹管塑料（聚丙烯或高密度聚乙烯）波纹管特点：特点：耐腐蚀性好耐腐蚀性好 孔道摩擦损失小孔道摩擦损失小 有利于提高后张预应力结构

15、的抗疲劳性能有利于提高后张预应力结构的抗疲劳性能二、灌浆材料二、灌浆材料（后张法有粘结预应力混凝土结构构件）（后张法有粘结预应力混凝土结构构件）灌浆孔、排气孔、排水孔与泌水管灌浆孔、排气孔、排水孔与泌水管 灌浆孔灌浆孔：进水泥浆：进水泥浆 排气孔排气孔：保证孔道内气流通畅以及水泥浆充满孔道，不形成死角：保证孔道内气流通畅以及水泥浆充满孔道，不形成死角 灌浆孔或排气孔一般设置在构件两端及跨中处，其孔距不宜大于灌浆孔或排气孔一般设置在构件两端及跨中处，其孔距不宜大于1212m m。在跨内最高点处应设在孔道上侧方，在跨内低点处应设在孔道下侧方在跨内最高点处应设在孔道上侧方，在跨内低点处应设在孔道下侧

16、方 排水孔排水孔：排除灌浆前孔道内冲洗用水或养护时进入孔道内的水份：排除灌浆前孔道内冲洗用水或养护时进入孔道内的水份 设置在每跨曲线孔道的最低点，开口向下设置在每跨曲线孔道的最低点，开口向下 泌水管泌水管：排除孔道灌浆后水泥浆的泌水，并可二次补水泥浆：排除孔道灌浆后水泥浆的泌水，并可二次补水泥浆 泌水管应设在每跨曲线孔道的最高点处，开口向上，露出梁面一般泌水管应设在每跨曲线孔道的最高点处，开口向上，露出梁面一般 500500mmmm。泌水灌与泌水灌与灌浆孔统一设置灌浆孔统一设置 孔道灌浆材料（纯水泥浆）孔道灌浆材料（纯水泥浆）水灰比水灰比0.40.4 0.450.45，水泥浆的强度等级不低于，

17、水泥浆的强度等级不低于M30M30。另外可在水泥浆中加入另外可在水泥浆中加入少量的铝粉，使水泥浆在硬化过程中膨胀（其膨胀率不大于少量的铝粉，使水泥浆在硬化过程中膨胀（其膨胀率不大于5%5%）第三节第三节 预应力张锚体系预应力张锚体系 夹具与锚具夹具与锚具 夹具夹具：用于临时锚固先张法预应力筋、可重复使用的锚具：用于临时锚固先张法预应力筋、可重复使用的锚具 锚具锚具：用于后张法预应力混凝土结构，永久锚固在结构构件上的锚具：用于后张法预应力混凝土结构，永久锚固在结构构件上的锚具 对锚具的要求对锚具的要求 设计、制作、选择和使用锚具时，应满足以下几项要求：设计、制作、选择和使用锚具时，应满足以下几项

18、要求：根据设计取用的预应力筋种类、预压力大小及布束的需要选择预应力锚具根据设计取用的预应力筋种类、预压力大小及布束的需要选择预应力锚具 安全可靠，其锚具本身具有足够的强度和刚度安全可靠，其锚具本身具有足够的强度和刚度 构造简单，加工制作方便构造简单，加工制作方便 施工方便、节约材料、价格低廉施工方便、节约材料、价格低廉 锚具分类锚具分类 预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程（预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程（JGJ85-2002JGJ85-2002），），根据锚具根据锚具的锚固性能（的锚固性能（静载锚固性能、疲劳性能和抗震性能静载锚固性能、疲劳性能和抗震性能）和结构的受力条件）和结

19、构的受力条件 I I类锚具：类锚具：适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构 II II类锚具：类锚具：适用于有粘结预应力混凝土结构且锚具处于预应力变化不大的部位适用于有粘结预应力混凝土结构且锚具处于预应力变化不大的部位 预应力锚具的种类预应力锚具的种类 锚具（按锚固预应力筋类型）锚具（按锚固预应力筋类型）：螺丝端杆锚具、锚固钢丝束锚具、锚固螺丝端杆锚具、锚固钢丝束锚具、锚固钢绞线或钢筋束锚具钢绞线或钢筋束锚具 锚具（按锚固的传递预应力的原理）锚具（按锚固的传递预应力的原理）：承压式锚具、摩擦式锚具承压式锚具、摩擦式锚具 锚具（按使用位置）锚具（按使用位置）

20、：张拉端锚具、固定端锚具张拉端锚具、固定端锚具 不同的锚具需要采用不同的张拉千斤顶及液压设备，并有特定的张拉工序不同的锚具需要采用不同的张拉千斤顶及液压设备，并有特定的张拉工序和细节要求和细节要求 常用锚具常用锚具1 1、螺丝端杆锚具（支承式锚具）、螺丝端杆锚具（支承式锚具）优点：优点：操作简单，受力可靠，滑移量小操作简单，受力可靠，滑移量小 缺点：缺点：预应力筋下料长度的精度要求高，不能多根锚固预应力筋下料长度的精度要求高，不能多根锚固 适用于较短的预应力构件及直线预应力构件适用于较短的预应力构件及直线预应力构件2 2、镦头锚具（、镦头锚具（支承式锚具支承式锚具）利用钢筋的利用钢筋的粗镦头粗

21、镦头（冷镦、热镦）（冷镦、热镦）来锚固预应力钢丝来锚固预应力钢丝 优点优点：加工简单、张拉方便、锚固可靠、成本低廉、节约两端伸出预应力钢丝：加工简单、张拉方便、锚固可靠、成本低廉、节约两端伸出预应力钢丝 缺点缺点：钢丝下料长度要求严格、张拉端一般要扩孔，较费人工：钢丝下料长度要求严格、张拉端一般要扩孔，较费人工 适用于单跨结构及直线型构件适用于单跨结构及直线型构件张拉端镦头锚具张拉端镦头锚具（a a）锚杯型；（）锚杯型；（b b）锚环型；（）锚环型；（c c）锚板型）锚板型1-1-钢丝；钢丝；2-2-锚杯；锚杯；3-3-螺母；螺母；4-4-锚环；锚环；5-5-带螺纹的锚板；带螺纹的锚板；6-6

22、-半圆环垫片半圆环垫片固定端镦头锚具固定端镦头锚具（a a）镦头锚板；（）镦头锚板；（b b）带锚芯的锚板）带锚芯的锚板1-1-钢丝；钢丝；2-2-锚板；锚板；3-3-螺母；螺母；4-4-锚芯锚芯联结器联结器钢丝束的接长钢丝束的接长 连接器是一个带内螺纹的套筒或带外螺纹的连杆连接器是一个带内螺纹的套筒或带外螺纹的连杆 （a a）（b b）钢丝束联结器钢丝束联结器（a a）带内螺纹的套筒；（）带内螺纹的套筒；（b b）带外螺纹的连杆）带外螺纹的连杆1-1-钢丝；钢丝；2-2-套筒；套筒；3-3-锚板；锚板；4-4-锚杯；锚杯；5-5-连杆；连杆；6-6-螺母螺母3 3、锥形锚具（摩擦式锚具）、锥

23、形锚具（摩擦式锚具）弗氏锚具弗氏锚具 预应力张拉预应力张拉 预应力钢丝预应力钢丝 锚环锚环 混凝土混凝土 特制的双作用千斤顶特制的双作用千斤顶 通过摩擦力通过摩擦力 通过承压板通过承压板 优点优点：锚固平行的钢丝束：锚固平行的钢丝束 缺点缺点：滑移量大，每根钢丝的应力有差异，锚固损失将达：滑移量大，每根钢丝的应力有差异，锚固损失将达5%5%张拉控制应力张拉控制应力4 4、夹片锚具（摩擦式锚具）、夹片锚具（摩擦式锚具）锚塞锚塞（两分式或三分式夹片）（两分式或三分式夹片）+锚板锚板（设锥形的孔洞）（设锥形的孔洞）+锚垫板锚垫板 目前常用的夹片式锚具：目前常用的夹片式锚具：OVMOVM、HVMHVM

24、、QMQM、STMSTM、XMXM、XYMXYM、YMYM等等 主要用于主要用于7 7股股 4 4mmmm和和7 7股股 5 5mmmm的预应力钢绞线，锚固的钢绞线数量从的预应力钢绞线，锚固的钢绞线数量从1 1根根 几十根几十根OVMOVM锚具系列锚具系列（见现代预应力结构设计（见现代预应力结构设计 P40 P40 图图3-13-1）：柳州欧维姆机械股份柳州欧维姆机械股份有限公司生产，我国应用最广泛的锚具系列有限公司生产，我国应用最广泛的锚具系列为方便施工，将承压板与扩大喇叭孔一体化，用铸铁一次铸成，并按最不利的位置、为方便施工，将承压板与扩大喇叭孔一体化，用铸铁一次铸成，并按最不利的位置、最低强度等级的混凝土设计了螺旋筋，不需另作局部承压验算最低强度等级的混凝土设计了螺旋筋，不需另作局部承压验算YJWYJW千斤顶千斤顶ZB618ZB618高压油泵高压油泵OVMOVM张拉端锚具张拉端锚具 题二题二 如何理解预应力筋的松弛性能？如何理解预应力筋的松弛性能？题三题三 如何理解混凝土的收缩、徐变的力学性能？如何理解混凝土的收缩、徐变的力学性能？题四题四 收集有关预应力锚具的资料。收集有关预应力锚具的资料。