浅谈预应力混凝土

孙哈南

(哈大公路管理处)

浅谈预应力混凝土

孙哈南

(哈大公路管理处)

介绍了预应力混凝土的特点、施加预应力的方法、以及夹具与锚具。

预应力;混凝土;施工

1 预应力混凝土的特点

在普通钢筋混凝土结构中,混凝土的抗拉强度低、受拉极限变形小,所以裂缝很早就会出现,即使采用高标号混凝土也不能解决这个问题。混凝土在出现裂缝时受拉极限应变只有 0.000 1～0.000 15,而构件在使用荷载作用下,钢筋应力为设计强度的 40%～60%时,其相应的应变为 0.000 6～0.001,大大超过了混凝土的受拉极限应变值。因此,普通配筋率的钢角凝土构件在使用阶段容易出现裂缝。为了不影响正常使用和保证构件的耐久性,要把裂缝宽度限制在0.2～0.3 m m之内,那么钢筋应力最高也只能达到 147 000～196 000 k P a左右。

这就是说高强度钢筋在普通钢筋混凝土结构中,其强度不能得到充分利用。因此普通钢筋混凝土结构显然阻碍了高强材料的应用。

为了解决上述存在的矛盾,采用了一种在混凝土中预加应力的方法。

所谓“预加应力”就是在荷载作用之前,先对混凝土预加压力,造成人为的应力状态,它所产生的预压应力抵消了荷载所引起大部分或全部拉应力,从而使构件拉应力显著减少,这就保证在使用条件下不致发生或延迟发生混凝土的裂缝。

在荷载作用下,梁下缘产生拉应力如果在荷载未作用前给梁预先施加一偏心压力,使得梁的下缘产生预压应力,那么在荷载作用后,截面的最后应力分布将是二者的叠加。梁的下缘应力可为压应力,或为数值很小的拉应力。

由此可见,施加预应力能大大提高构件的抗裂性能,从根本上解决裂缝问题。由于裂缝很迟才出现或根本不会出现,所以就有可能利用高强度钢材,与普通钢筋混凝土相比,可节省钢材 30%～50%;由于材料强度高,可使截面减小,自重减轻,就有可能建造大跨度桥跨结构;由于混凝土不开裂,提高了构件的刚度,在预加偏心压力时又有反拱度产生,从而减少构件的总挠度;由于预先造成了人为应力状态,在重复荷载作用下钢筋和混凝土的应力变化的幅度减小,因而构件抵抗疲劳的性能也较好,而且在预加应力时,构件相当于经受一次检验,故能保证构件的制造质量。总之,在桥梁中采用预应力混凝土结构较合理的。

2 施加预应力的方法

施加预应力一般是靠张拉钢筋来实现的,就是将高强度的钢筋进行张拉,并将其锚固在混凝土构件内,由于钢筋企图弹性回缩,就使混凝土受压。在混凝土浇筑前张拉钢筋的称“先张法”;在混凝土硬化后张拉钢筋的称“后张法”;通电加热钢筋,使之伸长的称“电热法”。

3 夹具与锚具

3.1 分类与要求

夹具与锚具是锚固预应力筋的工具。在构件制作完毕后,能够取下重复使用的,通常称为夹具;永远锚固在构件端部、与构件联成一起共同受力,不能取下再使用的,通常称为锚具。

夹具与锚具的类型很多,按照预应力筋的类别来分有：钢丝夹具、钢丝束锚具、钢绞线夹具与锚具以及钢筋夹具与锚具。

选择合适的夹具与锚具、对于节约材料、提高劳动生产率、保证构件质量以及安全生产、扩大预应力混凝土的应用范围,都有密切关系。为此在制作夹具或锚具时,应根据构件外形特点、预应力筋的规格、配筋数量等加以考虑。一般应满足以下要求。

(1)所用材料,其性能要符合规定指标,加工尺寸要准确,保证钢筋(或钢丝)可靠地锚固,不致滑脱;

(2)在使用过程中,不发生变形,装拆容易;(3)构造简单,易于加工,省原料,成本低。

3.2 夹具

夹具种类很多,现只介绍常用两种。

(1)圆锥形夹具。

圆锥形夹具有钢丝用的、钢筋用的和钢绞线用的三种。

钢丝用的圆锥形夹具是由套筒与销子两部分组成,适用于张拉Φ4、Φ5碳素钢丝或冷拔钢丝。销子上的浅槽尺寸,带括弧者是锚固Φ5钢丝的;不带括弧者是锚固Φ4钢丝的。槽内必须凿倒毛。

钢筋用的圆锥形二片式夹具,是由套筒与圆锥形夹片组成。,套筒内壁呈圆锥形,与夹片锥度吻合,夹片为两个半圆片,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。

这种夹具适用于锚固直径 12～16 m m的冷拉 I I、I I I、I V级钢筋。

以上两种夹具均用 45#钢制造后经热处理。

钢绞线用的圆锥形夹具,与钢筋用的圆锥形夹具相仿,只是夹片由二片改为三片,夹片材料用 15#铬钢。

三片式圆锥形夹具适用于张拉一股 7支声 4钢绞线。(2)镦粗夹具。

镦粗夹具是由锚板、螺杆与螺帽等组成,均用 45#钢制造后经热处理。

锚板可做成方形或圆形,一次可锚 6～8根有镦粗头的直径为 12 m m的冷拉 I I、I I I、I V级钢筋。

3.3 锚具

锥形锚具由锚环及锚塞组成,均用 45#钢制造。这种锚具加工精度要求严,锚环内壁与锚塞锥度要相吻合,锚塞热处理硬度要求高,常用 H R C=55～58。

锚固时,将锚塞塞入锚环,顶紧,钢丝就夹紧在锚塞周围,锚塞上刻有细齿槽,夹紧钢丝后,可以防止滑动。

锥形锚具适用于锚固以锥锚式千斤顶(即双作用或三作用千斤顶)张拉的钢丝束,每束由 12～24根直径 5 r a m的碳素钢丝组成。在桥梁工程中被广泛使用。

(1)环销锚具。

环销锚具是由锚套、环销和锥销三部分组成,均用细石子混凝土配以螺旋筋制成,钢丝锚固在环销外围及锥销外围。

环销锚适用于以双作用千斤顶张拉的钢丝束,每束由37～50丝直径为 5 m m的碳素钢丝组成,在大跨径桥梁结构上广泛使用,其特点与弗氏锚具一样。

(2)螺丝端杆锚具。

螺丝端杆锚具由螺丝端杆和螺帽组成。

这类锚具的特点是将螺丝端杆与预应力钢筋焊接成一个整体,用张拉设备张拉螺丝杆,用螺帽锚固预应力钢筋。

螺丝端杆锚具适用于锚固直径为12～40m m的冷拉I I、I I I级钢筋。螺丝端杆可用冷拉的同级钢筋(但直径应大于预应力筋)制作,也可用冷拉 45#钢或热处理 45#钢制作。螺帽宜用 45#钢制作,也可用 3#钢制作。

螺丝端杆与预应力钢筋的焊接,应在预应力钢筋冷拉以前进行。

(3)J M-12型锚具。

J M-12型锚具由锚环及夹片组成,用 45#钢制造,夹片需经热处理。

J M-12型锚具适用于锚固 3～6根直径 12～14 r a m的冷拉 I I I、I V级钢筋组成的钢筋束或 5～6根 7支 4 r a m钢绞线组成的钢绞线束。这种锚具,配合穿心式千斤顶使用,操作方便,锚固性能好,但锚具制作精度高。

(4)星形锚具。

星形锚具适用于锚固钢绞线束(每束 5根 7声 4钢绞线)。由星形锚圈和锥形锚塞两部分组成。

星形锚具配用穿心式千斤顶进行张拉和顶锚。但它只能用于张拉端,非张拉端应选用其他锚具。使用时对锚圈宜逐个探伤,表面不能有裂缝,几何形状要求准确,特别是嵌线槽内不能有鼓包变缺陷。

U445

C

1008-3383(2010)02-0106-01

2009-11-05