情景项目先张法教学情景设计教师用活页.doc

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1、项目2 先张法教学情景设计1 资讯1.1 布置任务，让学生了解项目，并采集信息（咨讯）进行分组，每5-8人为一组，明确各自的任务：了解先张法施工的知识。 思考题：1. 预应力混凝土有何特点？2. 在预应力构件生产过程中，造成预应力损失有哪些原因？3. 叙述先张法（台座法）施工主要工艺流程。4. 叙述后张法施工的主要工艺流程。5. 简述后张法预应力筋张拉端的设置原则。6. 简述后张法预应力筋的张拉程序及建立超张拉的原因。7. 分批张拉的预应力损失是如何产生的？又是如何弥补的？8. 后张法孔道灌浆的作用有那些？9. 无粘结预应力混凝土对预应力钢筋外包层的要求有哪些？1.2 收集信息（1）现有的相关

2、规范和规程混凝土结构设计规范(GB500102002)建筑抗震设计规范(GB500112001)混凝土结构工程施工质量验收规范 (GB502042002)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）（2）相关教材土木工程施工毛鹤琴主编，武汉理工大学出版社建筑施工技术本院自编施工技术王仕川主编，冶金工业出版社（3）地方工艺标准 四川省混凝土结构施工工艺规程本院主编（4）参考资料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，并用锚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，然后进行非预应力筋的绑扎，支设模板，浇筑混凝土，养护混凝土至规定强度（一般不低于混

3、凝土设计强度标准值的75%），保证预应力筋与混凝土之间有足够的粘结力时，放张或切断预应力筋，使预应力筋弹性回缩，通过混凝土与预应力筋之间的粘结力传递预应力，使之对钢筋混凝土构件受拉区的混凝土产生预压应力。如图1所示。图1 先张法台座示意图a）预应力筋张拉；b）混凝土浇筑与养护；c）放松预应力筋1台座承力结构；2横梁；3台面；4预应力筋；5锚固夹具；6混凝土构件先张法可采用台座法、机组流水法和传送带法。采用台座法生产时，预应力筋的张拉、锚固，混凝土构件的浇筑、养护和预应力筋的放张等工序均在台座上进行，预应力筋的张拉力由台座承受。用机组流水法和传送带法生产时，预应力筋的张拉力由钢模承受。先张法施工

4、时，由于台座或钢模承受预应力筋张拉力的能力受到限制，并考虑到构件的运输条件，所以一般适用于生产中小型预应力混凝土构件，如预应力空心板、预应力屋面板、中小型预应力吊车梁等构件。下面着重介绍用台座法生产预应力混凝土构件。1 先张法施工的设备和机具1） 台座台座是先张法生产的主要设备之一，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。台座法一般用于钢丝或预应力筋的中小型构件的生产。台座的构造形式有墩式台座、槽式台座和构架式台座，选用时根据构件种类、张拉吨位和施工条件而定。（1）墩式台座墩式台座由台墩、台面与横梁等组成（图2）。目前常用的是现浇钢筋混

5、凝土制成的、由台座与台面共同受力的台座，横梁用于锚固预应力筋。台座的长度和宽度由场地大小、构件类型和产量而定，一般长度100150m，这样既可利用钢丝长的特点，张拉一次可生产多根构件，又可减少因钢丝滑动或台座横梁变形引起的预应力损失。图10.2.2 墩式台座1台墩；2横梁；3台面；4预应力筋1）台座的抗倾覆验算台座稍有变形、滑移或倾角，均会引起较大的应力损失。所以台座设计时应进行稳定性和强度验算（图3），稳定性是指台座的抗倾覆能力和抗滑移能力。 台座的抗倾覆验算可按下式进行： （1）式中 K抗倾覆安全系数； M倾覆力矩，由预应力筋的张拉力产生； N预应力筋的张拉力； e1张拉力合力作用点至倾覆

6、点的力臂； M1抗倾覆力矩，由台座自重力和土压力等产生； G台座的自重力； 图3 墩式台座稳定性验算简图 L台墩重心至倾覆点的力臂；Ep台座后面的被动土压力合力，当台墩埋置深度较浅时，可忽略不计； e1被动土压力合力至倾覆点的力臂。台墩倾覆点位置，对台墩与台面共同工作的台墩，按理论计算，倾覆点应在混凝土台面表面处，但考虑到台墩的倾覆趋势使台面端部顶点出现局部应力集中，倾覆点应在混凝土台面面层下4050mm处。2）台座抗滑移验算台座抗滑移验算可按下式进行： （2）式中 K0抗滑移安全系数； N张拉力合力；N1抗滑移的力。对独立的台墩，由侧壁土压力和底部摩阻力等产生。对与台面共同工作的台墩，因台面

7、混凝土的弹性模量（C20混凝土为2.6×104N/mm2）和土的压缩模量（低压缩土为20N/mm2）相差极大，二者不可能共同工作，而底部摩阻力也较小（约占5%），实际上台墩的水平推力几乎全部传递给台面，不存在滑移问题。因此，台墩与台面共同工作时，可不作抗滑移计算。而应验算台面强度，即台面承载力。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计算方法计算其配筋；台墩与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算；台面按轴心受压杆件计算，台面承载力按下式计算： （3）式中 轴心受压纵向弯曲系数，取=1； A台面截面面积； fc混凝土轴心抗压强度计算值； K1超载系数，取1.25；K2

8、考虑台面截面不均匀和其他影响因素的附加安全系数，取1.5。台面一般是在夯实的碎石垫层上浇筑一层60100mm的C15C20混凝土而成，台面要求平整、光滑，沿其纵向设3%的排水坡度。台面伸缩缝可根据当地温差和经验设置，一般大约10m设置一条伸缩缝。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，常采用型钢或钢筋混凝土制作，横梁需有足够的刚度，受力后挠度不应大于2mm，并不得产生翘曲。横梁按承受均布荷载的简支梁计算。预应力筋的定位板必须安装准确，受力后其挠度不应大于1mm。（2）槽式台座图4 槽式台座1钢筋混凝土压杆；2砖墙；3下横梁；4上横梁 槽式台座由钢筋混凝土压杆、上下

9、横梁和砖墙等组成，既可承受张拉力，又可作蒸气养护槽，适用于张拉吨位较高的大构件，如吊车梁、屋架、薄腹梁等（图4）。槽式台座长度一般为45m（可生产6根6m吊车梁）或76m（可生产10根6m吊车梁）。为便于混凝土运输与蒸气养护，台座宜低于地面。槽式台座也需进行强度和稳定性计算。 2） 夹具 夹具是先张法施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在台座上的临时性锚固装置，构件制作完毕可取下重复使用。对夹具的要求是应具有良好的自锚性能、松锚性能和重复使用性能，需敲击才能松开的夹具，必须保证其对预应力筋的锚固没有影响，且对操作人员的安全不造成危险。夹具应符合现行国家标准预应力筋锚具、夹具和连接器（GB/T 1

10、4370）的要求。夹具按作用可分为两类，一类是将预应力筋固定在台座上的锚固夹具，另一类是张拉时夹持预应力筋用的张拉夹具。（1）锚固夹具1）锥形夹具：锥形夹具是用来锚固预应力钢丝的（图5），是常用的单根钢丝夹具，适用于锚固直径35mm的冷拔低碳钢丝或碳素（刻痕）钢丝。既可用于固定端，也可用于张拉端。2）圆套筒三片式夹具：圆套筒三片式夹具是用于锚固预应力钢筋的，由中间开有圆锥形孔的套筒和三片夹片组成（图6）。套筒的内孔成圆锥形，三个夹片互成120o，钢筋夹持在三片夹片中心，夹片内槽上有齿纹，以保证钢筋的锚固。这种夹具适用于夹持直径12mm和14mm的单根预应力钢筋。 图5 锥形夹具 1套筒；2钢丝

11、；3锥体 图6 圆套筒三片式夹具 1套筒；2夹片3）镦头夹具：镦头夹具用于预应力筋固定端锚固（图7）。冷拔低碳钢丝可采用冷冲镦粗的方法制作镦头，碳素钢丝宜采用液压冷镦的方法制作镦头，直径小于22mm的钢筋可在焊机上采用电热镦粗的方法制作镦头，大直径的钢筋只能采用热锻方法锻制镦头。图7 固定端墩头夹具1垫片；2镦头钢丝；3承力板（2）张拉夹具 张拉夹具是将预应力筋与张拉机具连接起来，进 行预应力张拉的工具。常用的夹具有月牙形夹具、偏心式夹具和楔型夹具等（图8）。3）张拉设备张拉设备要求简易可靠，控制应力准确，能以稳定的速率增加拉力。先张法施工中预应力筋可单根进行张拉或多根成组张拉，常用的张拉机具

12、有油压千斤顶、卷扬机、电动螺杆张拉机等。应力控制方面有弹簧测力计、杠杆测力器、荷重控制及 油压表等不同方法。张拉机具设备应与锚具配套使用，且 图8 张拉夹具张拉机具及仪表应定期维护和校验。千斤 a）楔型夹具：1锚板；2楔块；3钢筋顶与压力表应配套校验，以确定张拉力与 b）钳式夹具：1倒齿形夹板；2拉柄；3拉环压力表之间的关系曲线，校验应在经主管 c）月牙形夹具：1偏心块；2环；3钢筋部门授权的法定计量技术机构定期进行。对长期不使用的张拉机具设备，应在使用前进行全面校验。使用期间的校验期限应视机具设备的情况确定，当千斤顶使用超过6个月或200次或使用过程中出现不正常现象以及在检修以后应重新校验。

13、弹簧测力计的校验期限不宜超过2个月。 千斤顶一般张拉力较大，适于预应力筋成组张拉，用弹簧测力计或杠杆测力计控制应力。目前，随着电阻应变技术的日益广泛的应用，有些预制厂已采用电阻应变式传感器控制张拉力，可达到很高的精度。（图9、图10）。选择张拉机具时，为了保证设备、人身安全和张拉力准确，张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍，张拉机具的张拉行程应不小于预应力筋张拉伸长值的1.11.3倍。图9 预应力筋成组张拉 图10 电动螺杆张拉机1台座；2、3前后横梁；4钢筋 1螺杆；2、3拉力架；3张拉机具；5顶杆；6电动机；5、6拉力架横梁；7大螺丝杆； 7齿轮减速箱；8测力计；9、10车轮；

14、11底盘；8油压千斤顶；9放松装置 12把手；13横梁；14钢筋；15锚固夹具2 先张法施工工艺1. 先张法（台座法）施工工艺流程：清理台座、刷隔离剂预应筋制作、非预应筋骨架制作穿预应筋及安放非预应钢筋骨架安放预埋铁件调整初应力张拉预应力筋安装模板浇筑混凝土养护混凝土拆除模板放张、切断预应力筋构件起吊堆放2. 涂刷隔离剂 台座表面在铺放预应力筋前应涂刷隔离剂，选用非油质类模板隔离剂，隔离剂不得污染预应力筋，以免影响预应力筋与混凝土的粘结。如果预应力筋受到污染，应使用适当的溶剂加以清洗。在生产过程中，应防止雨水冲刷掉台面上的隔离剂。3. 预应力筋的张拉张拉前，应对台座、横梁及各项张拉设备进行详细

15、检查，符合要求后方可进行操作。（1）张拉控制应力值 预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求。张拉控制应力的数值直接影响预应力的效果，控制应力越高，建立的预应力则越大。但控制应力过高，预应力筋处于高应力状态，使构件出现裂缝的荷载与破坏荷载接近，破坏前无明显的预兆，这是不允许的。因此预应力筋的张拉控制应力（con）应符合设计规定，施工中预应力筋需超张拉时，可比设计要求提高5%，但其最大张拉控制应力不得超过表1规定的张拉控制应力限值。表1 张拉控制应力限值钢种张 拉 方 法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75 fptk热处理钢筋0.70 fptk0.65 fptk注：1. fpt

16、k为预应力筋极限抗拉强度值；2. 消除应力钢丝指预应力混凝土用钢丝（GB/T 5223）中的光面、螺旋肋和三面刻痕的消除应力钢丝。3. 当符合下列情况之一时，表中的张拉控制应力限值可提高0.05fptk：要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋； 要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。（2）预应力筋张拉力的计算预应力筋张拉力P按下式计算：（kN） （4）式中 m超张拉百分率（%）；con张拉控制应力；Ap预应力筋截面面积。（3）张拉程序同时张拉多根预应力筋时，应预先调整其初应力，使相互之间的应力一致，初应力

17、宜为张拉控制应力con的1015%。张拉过程中，应使活动横梁与固定横梁始终保持平行，并应抽查预应力筋的预应力值，其偏差的绝对值不得超过按一个构件全部预应力筋预应力总值的5%。预应力筋的张拉程序应符合设计规定，设计无规定时，其张拉程序可按下列程序之一进行： 0103%con持荷2min或： 0105%concon 建立上述张拉程序的目的是为了减少预应力筋的预应力损失。造成预应力损失有两方面的原因，其一是由于钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形造成应力松弛使预应力损失；其二是由于张拉过程中摩擦、预应力筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。在第一种张拉程序中，超张

18、拉3%是为了弥补预应力筋的松弛等原因所造成的预应力损失。在第二种张拉程序中，超张拉5%并持荷2min，其目的是加速预应力筋应力松弛早期发生，以减少应力松弛引起的预应力损失（约减少50%）。 （4）预应力筋伸长值预应力筋采用应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计规定，设计无规定时，实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内，否则应停止张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。预应力筋理论伸长值可按下式计算：L （5）式中 Fp预应力筋的平均张拉力（kN），直线筋张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩擦损失后拉力的平均值；L

19、预应力筋的长度（mm）；Ap预应力筋的截面面积（mm2）；Ep预应力筋的弹性模量（kN/mm2）。预应力筋的实际伸长值宜在初应力时开始量测，但必须加上初应力以下的推算伸长值。（5）多根预应力筋同时张拉时，预应力筋的断丝根数不得超过表2的规定，且严禁相邻两根预应力筋断裂和滑脱。构件在浇筑混凝土前发生断裂和滑脱的预应力筋必须予以更换。表2 先张法预应力筋断丝限制类别检 查 项 目控 制 数钢丝、钢绞线同一构件内断丝根数不得超过钢丝总数的1%钢 筋断 筋不允许张拉完毕，预应力筋对设计位置的偏差不得大于5mm，也不得大于构件截面最短边长的4%。施工中应注意安全，张拉时，正对钢筋两端禁止站人。敲击锚塞时

20、，不应用力过猛，以免预应力筋断裂伤人，要求锚塞可靠。4. 混凝土的浇筑和养护混凝土的浇筑应每条生产线一次完成，不允许留设施工缝。构件应避开台面的伸缩缝，若避不开，可在伸缩缝上先铺薄钢板或油毡，然后浇筑混凝土。为减少混凝土收缩徐变引起的预应力损失，应采用低水灰比，控制水泥用量，采用良好的砂石级配，保证振捣密实，特别是构件端部，应保证混凝土的强度和粘结力。浇筑时，振捣器不应碰撞预应力筋。在混凝土未达到规定强度之前，仍不允许碰撞或踩动预应力筋。当叠层生产时，应待下层构件的混凝土强度达到810N/mm2后，方可浇筑上层构件的混凝土。一般当气温平均高于20时，每两天可叠一层。当气温较低时，可采用早强措施

21、，以缩短养护时间，加速台座周转，提高生产效率。预应力混凝土可采用自然养护或蒸气养护。当在台座上生产的预应力混凝土采用蒸气养护时，应采取正确地养护制度，以减少由于温差引起的预应力损失。这种预应力损失是由于预应力筋张拉后锚固在台座上，加热后因预应力筋与台面膨胀率不同，预应力筋膨胀率大，在加热作用下产生膨胀，而台座的膨胀率小，长度几乎无变化，因而预应力筋的应力减小。如果在这种情况下混凝土逐渐硬化，那么预应力筋由于温度升高而引起的应力减少则永远不能恢复，造成预应力损失。所以宜在开始蒸气养护时控制温差在20内，待混凝土强度达到10N/mm 2后，再正常升温加热养护混凝土至规定的强度。若以机组流水法或传送

22、带法用钢模制作预应力构件，蒸气养护时由于钢模与预应力筋同样收缩，不存在因温差引起的预应力损失。5. 预应力筋的放张先张法施工的预应力筋放张时，预应力混凝土构件的强度必须符合设计要求，设计无规定时，其强度不得低于设计混凝土强度标准值的75%。重叠生产的构件，需待最后一层构件的强度达到75%的设计强度后方可进行预应力筋放张。过早放张会引起较大的预应力损失。预应力混凝土构件在预应力筋放张前应对试块进行试压。 放张前，应将限制位移的侧模、翼缘模板或内模板拆除，使预应力筋放松时，构件能自由压缩，否则将损坏模板或使构件开裂。对有横肋的构件（如大型屋面板），其横肋断面应有合适的斜度，或采用活动钢模，以免放张

23、预应力筋时，构件端肋开裂。（1）放张顺序预应力筋的放张顺序应符合设计要求。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；对承受偏心预压力的构件（如梁），应先同时放张预应力较小区域的预应力筋，再同时放张预应力较大区域的预应力筋。如不能满足上述要求时，应分阶段、对称、相互交错进行放张，以防止在放张过程中，构件产生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。（2）放张方法图11 千斤顶放张装置1横梁；2千斤顶；3承力架；4夹具；5预应力筋；6构件为避免预应力筋放张时对预应力混凝土构件产生过大的冲击力，引起构件端部开裂、构件翘曲和预应力筋断裂，预应力筋放张应符合下列规定：多根整批预应力筋的放张，

24、可采用千斤顶放张（图11），也可采用楔块放张法、砂箱放张法（图12、13）。用砂箱放张时，放张速度应均匀一致；用千斤顶放张时，放张宜分数次完成。单根钢筋采用拧松螺母的方法放张时，宜先两侧后中间，并不得一次将一根预应力筋松完。预应力钢筋放张后，可用乙炔氧气火焰切割，但应采取措施防止烧坏钢筋端部；预应力钢丝放张后，可用切割、锯断或剪切的方法切断；钢绞线放张后，可用砂轮切断。 长线台座上预应力筋的切断顺序，应由放张端开始，逐次切向另一端。 图12 楔块放张装置 图13 砂箱装置构造图1台座；2横梁；3、4钢块；5钢楔块； 1活塞；2钢套箱；3进砂口；6螺杆；7承力板；8螺母 4钢套箱底板；5出砂口；

25、6砂子2 计划 选用适当的工具以及制定完成本项目的方法与相关要点，填写相关需求信息表格。3 决策对每组制定的计划进行分析比较，修订计划形成实施方案每组请一位学生讲述自己所做计划，老师进行讲评分析，给出建议。4 实施组织学生分组按照各自的实施方案进行。5 检查及工程资料填写检查学习认识工器具情况、完成实训情况、填写相关技术资料和思考题完成情况等。6 评估学生姓名 班级 学号 教师 序号考核点学生评价组长评价教师评价1出勤情况2信息采集情况3利用信息的能力4编制计划的能力5工器具认识的能力6实训操作的能力7填写工程技术资料的能力8完成思考题的能力9创新的能力综合评价10 / 10文档可自由编辑打印