建筑施工技术之预应力筋制作

5.3.2.1 锚具及预应力筋的制作

在后张法中，预应力筋、锚具和张拉机具是配套的。目前，后张法中常用的预应力筋有单根粗钢筋、钢筋束（或钢绞线束）和钢丝类。它们是由冷拉Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级钢筋，碳素钢丝和钢绞线制作的。锚具有多种类型，须具有可靠的锚固能力。

1.单根粗钢筋

（1）锚具。单根粗钢筋的预应力筋，张拉端一般用螺丝端杆锚具；固定端一般用帮条锚具或墩头锚具。螺丝端杆锚具由螺丝端杆和螺母及垫板组成，如图5.21所示。螺丝端杆与预应力筋对焊连接，张拉设备张拉螺丝端杆用螺母锚固。

图5.21　螺旋端杆锚具（单位：mm）

（a）螺丝端杆；（b）螺母；（c）垫板

图5.22　帮条锚具

1—帮条；2—衬板；3—主筋

这种锚具适用于锚固直径18～36mm的Ⅱ级、Ⅲ级钢筋。帮条锚具是由一块方形或圆形衬板与3根互成120°的钢筋帮条与预应力钢筋端部焊接而成，如图5.22所示。适用于锚固直径在12～40mm的冷拉Ⅱ级、Ⅲ级钢筋。

墩头锚具是由墩头和垫板组成。当预应力筋直径在22mm以内时，端部墩头可用对焊机热墩，将钢筋及铜棒夹入对焊机的两电极中，使钢筋端面与紫铜棒接触，进行脉冲式通电加热，当钢筋加热至红色呈可塑状态时，即逐渐加热加压，直至形成墩头为止，如图5.23所示。当钢筋直径较大时可采用加热锻打成型。

（2）预应力筋制作。预应力筋制作，主要包括下料、调直、连接、编束、墩头、安装锚具等环节。预应力筋的下料长度应计算确定，计算时要考虑结构的孔道长度、锚具厚度、千斤顶长度、焊接接头或墩头的预留量、冷拉伸长值、弹性回缩值、张拉伸长值等。现以两端用螺丝端杆锚具预应力筋为例，如图5.24所示，其下料长度计算如下。

图5.23　钢筋热墩示意图

1—钢筋；2—紫钢棒；3—电极

图5.24　粗钢筋下料长度计算示意图

1—螺丝端杆；2—预应力钢筋；3—对焊接头；4—垫板；5—螺母

预应力筋的成品长度（即预应力筋和螺丝端杆对焊并经冷拉后的全长）L1

预应力筋（不包括螺丝端杆）冷拉后需达到的长度L0

预应力筋（不包括螺丝端杆）冷拉前的下料长度L

张拉端

锚固端

以上式中 l——构件的孔道长度；

l2——螺丝端杆伸出构件外的长度；

l1——螺丝端杆长度，一般为320mm；

γ——预应力筋的冷拉率，可由试验确定；

δ——预应力筋的冷拉弹性回缩率，一般为0.4%～0.6%；

n——对焊接头数量；

Δ——每个对焊接头的压缩量，一般为20～30mm；

H——螺母高度；

h——垫板厚度。

【例5.1】 预应力混凝土屋架，采用机械张拉后张法施工，孔道长度为29.80m，预应力筋为冷拉Ⅲ级钢筋，直径为20mm，每根长度为8m，实测钢筋冷拉率γ为3.5%，钢筋冷拉后的弹性回缩率δ为0.4%，螺丝端杆长度为320mm，张拉控制应力为0.85fptk，计算预应力钢筋的下料长度和预应力筋的张拉力。

【解】 因屋架孔道长度大于24m，宜采用螺丝端杆锚具，两端同时张拉，螺母厚度取36mm，垫板厚度取16mm，则螺丝端杆伸出构件外的长度l2=2H+h+5=2×36+16+5=93（mm），对焊接头数n=3+2=5，每个对焊接头的压缩量Δ=20mm，则预应力筋下料长度

　预应力筋的张拉力

Fp=σconAp=0.85×500×314=133450（N）

【例5.2】 [例5.1]中若孔道长度为20.8m，采用一端张拉，固定端采用帮条锚具和墩头锚具，分别计算预应力钢筋的下料长度。

【解】（1）帮条锚具取3根φ14长50mm 的钢筋帮条，垫板取15mm 厚、50mm×50mm的钢板，则

预应力筋的成品长度

L1=l+l2+lx=20800+93+（50+15）=20958（mm）

预应力筋（不含螺丝端杆锚具）冷拉后长度

L0=L1-l1=20958-320=20638（mm）

预应力筋（不含螺丝端杆锚具）下料长度

（2）墩头锚具长度可取2.25倍钢筋直径加垫板厚度15mm，即l1=2.25×20+15=60（mm），则预应力筋（不含螺丝端杆锚具）下料长度

5.3.2.2 钢筋束和钢绞线束

1.锚具

钢筋束和钢绞线束目前使用的锚具有JM型、XM型、QM型和墩头锚具等。

（1）JM型锚具是由锚环与6片夹片组成，如图5.25所示。夹片呈扇形，用两侧的半圆槽锚固预应力筋。

JM型锚具可用于锚固3～6根直径为12mm的光圆或变形的钢筋束，也可用于锚固五六根直径为12mm或15mm的钢绞线束。JM型锚具也可作工具锚重复使用，但如发现夹筋孔的齿纹有轻度损伤，即应改为工作锚使用。

（2）XM型锚具是一种新型锚具。它既可用于锚固钢绞线束，又可用于锚固钢丝束；既可锚固单根预应力筋，又可锚固多根预应力筋。当用于锚固多根预应力筋时，既可单根张拉，逐根锚固，又可成组张拉，成组锚固。它既可用作工作锚，又可用作工具锚。XM型锚具通用性好，锚固性能可靠，施工方便，且便于高空作业。XM型锚具由锚环和3块夹片组成，如图5.26所示。

图5.25　JM型锚具（单位：mm）

（a）锚环；（b）绞JM—12—6夹片

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图5.26　XM型锚具

（a）单根XM型锚具；（b）多根XM型锚具
1—夹片；2—锚环；3—锚板

（3）QM型锚具也是由锚板与夹片组成，但与XM型锚具不同之处是锚孔是直的，锚板顶面是平的，夹片垂直开缝。此外，备有配套喇叭形铸铁垫板与弹簧圈等，由于灌浆孔设在垫板上，锚板尺寸可稍小。该体系还配有专门工具锚。QM型锚具及其有关配件的形状，如图5.27所示。这种锚具适用于锚固1-3112和3-19钢绞线束。

图5.27　QM型锚具及配件

1—锚板；2—夹片；3—钢绞线；4—喇叭形铸铁垫板；5—弹簧圈；6—预留孔道用的波纹管；7—灌浆孔

2.钢筋束、钢纹线束的制作

钢筋束所用钢筋一般是盘圆供应，长度较长，不需对焊接长。钢筋束预应力筋的制作工序一般是：开盘冷拉→下料→编束。

当采用JM型、XM型锚具，用穿心式千斤顶张拉时，钢筋束和钢绞线束的下料长度l，应等于构件孔道长度加上两端张拉、锚固所需的外露长度。如图5.28所示，按式计算。

图5.28　钢筋束、钢绞线束下料长度计算简图（单位：mm）

（a）两端张拉；（b）一端张拉
1—混凝土构件；2—孔道；3—钢绞线；4—夹片式工作锚；5—穿心式千斤顶；6—夹片式工具锚

两端张拉时

一端张拉时

式中 l——构件的孔道长度，mm；

l1——工作锚厚度，mm；

l2——穿心式千斤顶长度，mm；

l3——夹片式工具锚厚度，mm。

热处理钢筋、冷拉W级钢筋及钢绞线下料切断时，宜采用切断机或砂轮锯切断，不得采用电弧切割。钢绞线切断前，在切口两侧各50mm处，应用铅丝绑扎，以免钢绞线松散。

图5.29　钢质锥形锚具

（a）锚塞；（b）锚环

钢绞线束或钢筋束预应力筋的编束，主要是为了保证穿入构件孔道中的预应力筋束不发生扭结。编束工作是将钢筋或钢绞线理顺以后，用铅丝每隔1m左右绑扎成束，在穿筋时尽可能注意防止扭结。

3.钢丝束

（1）锚具。钢丝束一般由几根到几十根直径3～5mm平行的碳素钢丝组成。目前采用的锚具有钢质锥形锚具和钢丝束墩头锚具等。

1）钢质锥形锚具。由锚环和锚塞组成，如图5.29所示。用于锚固以锥锚式双作用千斤顶张拉的钢丝束。

2）钢丝束墩头锚具。用于锚固12～54根5碳素钢丝的钢丝束。分DM5A型和DM5B型，DMSA型用于张拉端，由锚环和螺母组成；DM5B型用于固定端，仅有一块锚板。如图5.30所示。

张拉时，张拉螺杆一端与锚环内丝扣连接，另一端与拉杆式千斤顶的拉头连接，当张拉到制应力时，锚环被拉出，则拧紧锚环外丝扣上的螺母加以锚固。

图5.30　墩头锚具

（a）DM5A锚环；（b）DM5A螺母；（c）DM5B锚板

图5.31　用墩头锚具时钢丝下料长度计算简图

（2）钢丝束的制作。随着锚具型式的不同，钢丝束制作方法也有差异。一般需经下料、编束和安装锚具等工序。

当用钢质锥形锚具、XM 型锚具、QM 型锚具时，预应力钢丝束的制作和下料长度计算基本上与预应力钢筋束同。

对钢丝束墩头锚固体系，如采用墩头锚具一端张拉时，应考虑钢丝束张拉锚固后螺母位于锚环中部，钢丝的下料长度L，可按如图5.31所示，用下式计算。

式中 L0——孔道长度；

a——锚板厚度；

δ——钢丝墩头留量，一般取钢丝直径的2倍；

H——锚环高度；

H1——螺母高度；

ΔL——张拉时钢丝伸长值；

C——混凝土弹性压缩，当其值很小时可略去不计。

【例5.3】 某预应力混凝土屋架，采用机械张拉法施工。孔道长度为23.80mm，预应力筋为18（甲级1组）冷拔低碳钢丝束。两端采用墩头锚具，一端张拉，张拉控制应力为0.65Fptk。计算预应力钢丝的下料长度和预应力筋张拉力。

【解】 张拉端锚具为DM5A-18型墩头锚具；固定端为DM5B-18型墩头锚具，张拉机械为YC-60型穿心式双作用千斤顶。锚环高度H 为70mm，螺帽高度H1 为25mm，锚板厚度a为30mm，钢丝墩头留量取δ=2×5=10（mm）。

预应力筋张拉力

张拉时钢丝伸长值

预应力钢丝的下料长度

5.3.2.3 钢丝下料与编束

1.钢丝下料

消除应力的钢丝放开后是直的，可直接下料。钢丝下料时如发现钢丝表面有毛接头或机械损伤，应注意随时剔除。

2.钢丝编束

钢丝束两端钢丝的排列顺序应一致，钢丝不得交叉，穿束与张拉顺序不紊乱，因此，每束钢丝都必须进行编束。编束方法与所用锚具形式应协调。

5.3.2.4 钢绞线下料与编束

钢绞线下料时，应制作一个简易的铁笼，将钢绞线盘装在铁笼内，从盘卷中央逐步抽出，以防止在下料过程中钢绞线紊乱，并弹出伤人。钢绞线的下料宜用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割。

钢绞线的编束用20号铁丝绑扎，间距1～1.5m。编束时应先将钢绞线理顺，并尽量使各根钢绞线松紧一致。如单根穿入孔道，则不编束。