淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土

孫哈南

(哈大公路管理處)

淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土

孫哈南

(哈大公路管理處)

介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)、施加預(yù)應(yīng)力的方法、以及夾具與錨具。

預(yù)應(yīng)力;混凝土;施工

1 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)

在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,混凝土的抗拉強(qiáng)度低、受拉極限變形小,所以裂縫很早就會出現(xiàn),即使采用高標(biāo)號混凝土也不能解決這個(gè)問題。混凝土在出現(xiàn)裂縫時(shí)受拉極限應(yīng)變只有 0.000 1～0.000 15,而構(gòu)件在使用荷載作用下,鋼筋應(yīng)力為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 40%～60%時(shí),其相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)?0.000 6～0.001,大大超過了混凝土的受拉極限應(yīng)變值。因此,普通配筋率的鋼角凝土構(gòu)件在使用階段容易出現(xiàn)裂縫。為了不影響正常使用和保證構(gòu)件的耐久性,要把裂縫寬度限制在0.2～0.3 m m之內(nèi),那么鋼筋應(yīng)力最高也只能達(dá)到 147 000～196 000 k P a左右。

這就是說高強(qiáng)度鋼筋在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,其強(qiáng)度不能得到充分利用。因此普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)顯然阻礙了高強(qiáng)材料的應(yīng)用。

為了解決上述存在的矛盾,采用了一種在混凝土中預(yù)加應(yīng)力的方法。

所謂“預(yù)加應(yīng)力”就是在荷載作用之前,先對混凝土預(yù)加壓力,造成人為的應(yīng)力狀態(tài),它所產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力抵消了荷載所引起大部分或全部拉應(yīng)力,從而使構(gòu)件拉應(yīng)力顯著減少,這就保證在使用條件下不致發(fā)生或延遲發(fā)生混凝土的裂縫。

在荷載作用下,梁下緣產(chǎn)生拉應(yīng)力如果在荷載未作用前給梁預(yù)先施加一偏心壓力,使得梁的下緣產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力,那么在荷載作用后,截面的最后應(yīng)力分布將是二者的疊加。梁的下緣應(yīng)力可為壓應(yīng)力,或?yàn)閿?shù)值很小的拉應(yīng)力。

由此可見,施加預(yù)應(yīng)力能大大提高構(gòu)件的抗裂性能,從根本上解決裂縫問題。由于裂縫很遲才出現(xiàn)或根本不會出現(xiàn),所以就有可能利用高強(qiáng)度鋼材,與普通鋼筋混凝土相比,可節(jié)省鋼材 30%～50%;由于材料強(qiáng)度高,可使截面減小,自重減輕,就有可能建造大跨度橋跨結(jié)構(gòu);由于混凝土不開裂,提高了構(gòu)件的剛度,在預(yù)加偏心壓力時(shí)又有反拱度產(chǎn)生,從而減少構(gòu)件的總撓度;由于預(yù)先造成了人為應(yīng)力狀態(tài),在重復(fù)荷載作用下鋼筋和混凝土的應(yīng)力變化的幅度減小,因而構(gòu)件抵抗疲勞的性能也較好,而且在預(yù)加應(yīng)力時(shí),構(gòu)件相當(dāng)于經(jīng)受一次檢驗(yàn),故能保證構(gòu)件的制造質(zhì)量。總之,在橋梁中采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)較合理的。

2 施加預(yù)應(yīng)力的方法

施加預(yù)應(yīng)力一般是靠張拉鋼筋來實(shí)現(xiàn)的,就是將高強(qiáng)度的鋼筋進(jìn)行張拉,并將其錨固在混凝土構(gòu)件內(nèi),由于鋼筋企圖彈性回縮,就使混凝土受壓。在混凝土澆筑前張拉鋼筋的稱“先張法”;在混凝土硬化后張拉鋼筋的稱“后張法”;通電加熱鋼筋,使之伸長的稱“電熱法”。

3 夾具與錨具

3.1 分類與要求

夾具與錨具是錨固預(yù)應(yīng)力筋的工具。在構(gòu)件制作完畢后,能夠取下重復(fù)使用的,通常稱為夾具;永遠(yuǎn)錨固在構(gòu)件端部、與構(gòu)件聯(lián)成一起共同受力,不能取下再使用的,通常稱為錨具。

夾具與錨具的類型很多,按照預(yù)應(yīng)力筋的類別來分有：鋼絲夾具、鋼絲束錨具、鋼絞線夾具與錨具以及鋼筋?yuàn)A具與錨具。

選擇合適的夾具與錨具、對于節(jié)約材料、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、保證構(gòu)件質(zhì)量以及安全生產(chǎn)、擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用范圍,都有密切關(guān)系。為此在制作夾具或錨具時(shí),應(yīng)根據(jù)構(gòu)件外形特點(diǎn)、預(yù)應(yīng)力筋的規(guī)格、配筋數(shù)量等加以考慮。一般應(yīng)滿足以下要求。

(1)所用材料,其性能要符合規(guī)定指標(biāo),加工尺寸要準(zhǔn)確,保證鋼筋(或鋼絲)可靠地錨固,不致滑脫;

(2)在使用過程中,不發(fā)生變形,裝拆容易;(3)構(gòu)造簡單,易于加工,省原料,成本低。

3.2 夾具

夾具種類很多,現(xiàn)只介紹常用兩種。

(1)圓錐形夾具。

圓錐形夾具有鋼絲用的、鋼筋用的和鋼絞線用的三種。

鋼絲用的圓錐形夾具是由套筒與銷子兩部分組成,適用于張拉Φ4、Φ5碳素鋼絲或冷拔鋼絲。銷子上的淺槽尺寸,帶括弧者是錨固Φ5鋼絲的;不帶括弧者是錨固Φ4鋼絲的。槽內(nèi)必須鑿倒毛。

鋼筋用的圓錐形二片式夾具,是由套筒與圓錐形夾片組成。,套筒內(nèi)壁呈圓錐形,與夾片錐度吻合,夾片為兩個(gè)半圓片,半圓片的圓心部分開成半圓形凹槽,并刻有細(xì)齒,鋼筋就夾緊在夾片中的凹槽內(nèi)。

這種夾具適用于錨固直徑 12～16 m m的冷拉 I I、I I I、I V級鋼筋。

以上兩種夾具均用 45#鋼制造后經(jīng)熱處理。

鋼絞線用的圓錐形夾具,與鋼筋用的圓錐形夾具相仿,只是夾片由二片改為三片,夾片材料用 15#鉻鋼。

三片式圓錐形夾具適用于張拉一股 7支聲 4鋼絞線。(2)鐓粗夾具。

鐓粗夾具是由錨板、螺桿與螺帽等組成,均用 45#鋼制造后經(jīng)熱處理。

錨板可做成方形或圓形,一次可錨 6～8根有鐓粗頭的直徑為 12 m m的冷拉 I I、I I I、I V級鋼筋。

3.3 錨具

錐形錨具由錨環(huán)及錨塞組成,均用 45#鋼制造。這種錨具加工精度要求嚴(yán),錨環(huán)內(nèi)壁與錨塞錐度要相吻合,錨塞熱處理硬度要求高,常用 H R C=55～58。

錨固時(shí),將錨塞塞入錨環(huán),頂緊,鋼絲就夾緊在錨塞周圍,錨塞上刻有細(xì)齒槽,夾緊鋼絲后,可以防止滑動(dòng)。

錐形錨具適用于錨固以錐錨式千斤頂(即雙作用或三作用千斤頂)張拉的鋼絲束,每束由 12～24根直徑 5 r a m的碳素鋼絲組成。在橋梁工程中被廣泛使用。

(1)環(huán)銷錨具。

環(huán)銷錨具是由錨套、環(huán)銷和錐銷三部分組成,均用細(xì)石子混凝土配以螺旋筋制成,鋼絲錨固在環(huán)銷外圍及錐銷外圍。

環(huán)銷錨適用于以雙作用千斤頂張拉的鋼絲束,每束由37～50絲直徑為 5 m m的碳素鋼絲組成,在大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)上廣泛使用,其特點(diǎn)與弗氏錨具一樣。

(2)螺絲端桿錨具。

螺絲端桿錨具由螺絲端桿和螺帽組成。

這類錨具的特點(diǎn)是將螺絲端桿與預(yù)應(yīng)力鋼筋焊接成一個(gè)整體,用張拉設(shè)備張拉螺絲桿,用螺帽錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋。

螺絲端桿錨具適用于錨固直徑為12～40m m的冷拉I I、I I I級鋼筋。螺絲端桿可用冷拉的同級鋼筋(但直徑應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力筋)制作,也可用冷拉 45#鋼或熱處理 45#鋼制作。螺帽宜用 45#鋼制作,也可用 3#鋼制作。

螺絲端桿與預(yù)應(yīng)力鋼筋的焊接,應(yīng)在預(yù)應(yīng)力鋼筋冷拉以前進(jìn)行。

(3)J M-12型錨具。

J M-12型錨具由錨環(huán)及夾片組成,用 45#鋼制造,夾片需經(jīng)熱處理。

J M-12型錨具適用于錨固 3～6根直徑 12～14 r a m的冷拉 I I I、I V級鋼筋組成的鋼筋束或 5～6根 7支 4 r a m鋼絞線組成的鋼絞線束。這種錨具,配合穿心式千斤頂使用,操作方便,錨固性能好,但錨具制作精度高。

(4)星形錨具。

星形錨具適用于錨固鋼絞線束(每束 5根 7聲 4鋼絞線)。由星形錨圈和錐形錨塞兩部分組成。

星形錨具配用穿心式千斤頂進(jìn)行張拉和頂錨。但它只能用于張拉端,非張拉端應(yīng)選用其他錨具。使用時(shí)對錨圈宜逐個(gè)探傷,表面不能有裂縫,幾何形狀要求準(zhǔn)確,特別是嵌線槽內(nèi)不能有鼓包變?nèi)毕荨?/p>

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2009-11-05