预应力钢筋混凝土结构施工程序，先张法设备、压销式夹具

先张法是在浇筑混凝土构件前，先张拉预应力筋，将张拉完毕的预应力筋临时用夹具锚固在台座或钢模上，然后进行非预应力筋的绑扎、支设模板、浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度（一般不低于混凝土强度标准值的75%），并使预应力筋与混凝土间有足够黏结力时，预应力筋弹性回缩，借助混凝土与预应力筋间的黏结，在混凝土构件的受拉区产生预压应力。先张法预应力钢筋混凝土构件的施工程序如图10－1所示。

先张法多用于预制构件厂生产定型的中小型构件，可采用台座法或机组流水法生产。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松等工序皆在台座上进行，预应力筋的张拉力由台座承受。当采用机组流水法时，预应力筋张拉力由钢模承受，构件连同钢模按流水方式，通过张拉、浇筑、养护等固定机组完成每一个生产过程。

图10－1　先张法预应力钢筋混凝土结构施工程序示意图

1—台座；2—横梁；3—台面；4—预应力钢筋；5—夹具；6—钢筋混凝土构件

10.2.1　先张法施工设备

1）台座

台座是先张法生产的主要设备之一，预应力筋锚固在台座横梁上，台座承受全部预应力筋的张拉力，它应具有足够的强度、刚度和稳定性。台座一般由台面、横梁和承力结构等组成。根据承力结构的不同，分为墩式台座和槽式台座等。

（1）墩式台座

以混凝土墩作为承力结构的台座称为墩式台座，一般用于平卧生产的中小型构件。台座一般采用长线台形式，长度在100～150m，张拉一次可生产多根构件，从而减少因钢筋滑动引起的预应力损失；宽度视预应力构件的宽度、满足预应力筋的布置、便于张拉和浇筑混凝土是否方便等而定。台座的端部应留出张拉操作的场所和通道，两侧应有构件运输和堆放的场地。

生产空心板、平板等平面布筋的钢筋混凝土构件时，由于张拉力不大，可利用简易墩式台座，如图10－2所示。卧梁与台座浇筑成整体，锚固钢丝的角钢用螺栓锚固在卧梁上。

生产中型构件或多层叠浇构件可用图10－3所示墩式台座，它是由承力台墩与台面共同受力的台座。

墩式台座设计时，应进行抗倾覆、抗滑移和强度验算。施工中，横梁直接承受预应力筋的张拉力，其挠度控制在2mm以下，并不得产生翘曲；预应力筋的定位板必须安装准确，其挠度小于1mm。

图10－2　简易墩式台座

1—卧梁；2—角钢；3—预埋螺栓；4—混凝土台面；5—预应力钢丝

图10－3　墩式台座

1—混凝土台墩；2—钢横梁；3—台面；4—预应力筋

（2）槽式台座

槽式台座由端柱、传力柱、柱垫、横梁和台面等组成，其构造如图10－4所示。

端柱、传力柱又称为钢筋混凝土压杆。端柱和传力柱是槽式台座的主要受力结构，采用钢筋混凝土结构。为了便于装拆转移，端柱和传力柱常采用装配式结构，端柱长5m，传力柱每段长6m。

槽式台座长度为45～76m（45m长槽式台座一次可生产6根6m长吊车梁，76m长槽式台座一次可生产10根6m长吊车梁或3榀24m长屋架）。由于它有通长的钢筋混凝土压杆，可承受较大的张拉力和倾覆力矩，其上可加砌砖墙，加盖后还可以进行蒸汽养护，故适应于生产吊车梁、屋架等大中型预应力混凝土构件。为方便混凝土运输和蒸汽养护，槽式台座多低于地面，一砖厚的砖墙起挡土作用，同时又是蒸汽养护预应力混凝土构件的保温侧墙；为便于拆迁，钢筋混凝土端柱可分段浇筑。

图10－4　槽式台座结构

1—钢筋混凝土端柱；2—砖墙；3—下横梁；4—上横梁；5—传力柱；6—柱垫

2）先张法夹具

夹具是在先张法施工中用来保持预应力筋张拉力并将其固定在台座上，或张拉时夹持预应力筋的临时性锚固装置。夹具应工作可靠，构造简单，施工方便，成本低廉。根据夹具的工作性质不同可分为两类：一类是将预应力筋锚固在台座或钢模上的锚固夹具；另一类是张拉时夹持预应力筋用的张拉夹具。这两类都可以重复使用。

（1）锚固夹具

①钢丝的锚固夹具。常用的有圆锥齿板式夹具（见图10－5）、圆锥三槽式夹具（见图10－6）和墩头夹具（见图10－7）。前两种是钢质锥形夹具，皆属锥销式体系。锚固是将齿板或锥销打入套筒，借助摩阻力将钢丝锚固。它用来锚固φ3～5mm单根冷拔钢丝和碳素（刻痕）钢丝。

图10－5　圆锥齿板式夹具

图10－6　圆锥三槽式夹具

1—定位板；2—套筒；3—锥销；4—钢丝

图10－7　钢丝镦头夹具

1—垫片；2—镦头钢丝；3—承力板

墩头夹具分为钢丝墩头夹具和钢筋墩头夹具。将钢丝端部冷墩或热墩成粗头，通过承力板或梳筋板锚固。

②钢筋的锚固夹具。常用墩头夹具和圆锥套筒三片式夹具。钢筋直径小于φ22 mm采用热镦方法，钢筋直径等于或大于φ22mm采用热锻成型方法。镦过的钢筋需经过冷拉，以检验墩头处的强度。该夹具在使用时，还需一个可转动的抓钩式连接头（见图10－8）。

图10－8　单根钢筋镦头夹具及张拉连接头

圆套筒三片式夹具适用夹持φ12～14mm的单根冷拉HRB　335～RRB　400级钢筋，由3个夹片与套筒组成，如图10－9所示。

图10－9　圆套筒三片式夹具

1—套筒；2—夹片；3—预应力钢筋；4—斜角5°

（2）张拉夹具

①钢丝的张拉夹具。常用的有月牙形夹具、偏心式夹具和楔形夹具等，如图10－10所示，适用于在台座上张拉钢丝。

图10－10　钢丝的张拉夹具

②钢筋的张拉夹具。常用套筒连接器与螺丝端杆锚具连接或压销式夹具等。

压销式夹具用作直径φ12～16mm的HPB　235～RRB　400级钢筋的张拉夹具。它是由销片和楔形压销组成，如图10－11所示。销片2、3有与钢筋直径相适应的半圆槽，槽内有齿纹用以夹紧钢筋。当楔紧或放松楔形压销4时，便可夹紧或放松钢筋。

图10－11　压销式夹具

1—钢筋；2—销片（楔形）；3—销片；4—楔形压销

图10－12　双拼式套筒连接器

1—钢圈；2—半圆形套筒；3—连接钢筋；4—钢丝；5—螺杆；6—螺母

在台座上张拉时，钢筋与钢筋或钢筋与螺丝杆的连接可用图10－12所示的套筒连接器。

（3）夹具性能和检验

除以上所述外，夹具还应具备以下性能：①在预应力夹具组装件达到实际破断拉力时，全部零件均不得出现裂缝和破坏；②应有良好的自锚性能；③应有良好的放松性能，需大力敲击才能松开的夹具，必须证明其对预应力筋的锚固无影响，且对人员安全不造成危险时才能采用。先张法用的连接器必须符合夹具的性能要求。

夹具和连接器进场时，应检查其出厂质量证明书中所列各项性能，同一类型夹具，用同一原材料、同一生产工艺一次投料生产，不得超过1　000套为一批。每批抽取6个试样，与工程实际应用的预应力筋组成3个预应力夹具组装件，进行静载荷试验，应符合上述要求。如有一个组装件不符合要求，则另取双倍数量的试样重做试验，如仍有一个不合格，则该批夹具或连接器为不合格品。

3）张拉机械

（1）钢丝的张拉机械

钢丝张拉分单根张拉和多根张拉。用钢模以机组流水法多进行多根张拉，此时钢丝以墩头锚固在锚固板上，用油压千斤顶（如图10－13）进行张拉，要求钢丝的长度相同，事先调整初应力。这种油压千斤顶装置一次张拉吨位较大，但由于千斤顶行程较小，满足不了长台座的需要，需几次回油，功效低。

图10－13　油压千斤顶成组张拉

1—台模；2，3—前后横梁；4—钢筋；5，6—拉力架横梁；7—大螺丝杆；8—油压千斤顶；9—放松装置

在台座上生产小型构件时多进行单根张拉，由于张拉力较小，一般采用电动螺杆张拉机（如图10－14），其最大张拉力为300～600kN，张拉行程为800mm，适用于在长线台座上张拉钢丝。张拉时，顶杆支撑在台座的横梁上，应用张拉夹具夹紧钢丝，开动电动机后螺杆向后运动，待达到规定张拉力时停车，利用预先套在预应力筋上的锚固夹具将其临时锚固在台座横梁上，然后开倒车，使电动螺杆张拉机卸荷。

图10－14　电动螺杆张拉机构造图

1—螺杆；2，3—拉力架；4—张拉夹具；5—顶杆；6—电动机；7—减速器；8—测力计；9，10—胶轮；11—底盘；12—手柄；13—横梁；14—钢丝；15—锚固夹具

（2）钢筋的张拉机械

先张法粗钢筋的张拉，分单根张拉和多根成组张拉。由于在长线台座上预应力筋的张拉伸长值较大，一般千斤顶行程多不满足，所以张拉较小直径钢筋可以用卷扬机（如图10－15）张拉，用杠杆或弹簧测力。钢筋一端固定，另一端用张拉夹具与弹簧测力计相连接，弹簧测力计又与卷扬机的钢丝绳连接，开动卷扬机即可张拉。钢筋张拉力由弹簧测力计控制，当张拉力达到规定值时，通过行程开关自行停车。

张拉直径φ12～20mm的单根钢筋、钢绞线或小型钢丝束可用穿心式千斤顶，该千斤顶有一个穿心孔，是利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶。张拉时，高压油泵启动，从后油嘴进油，前油嘴回油，被偏心夹具夹紧的钢筋随液压缸的伸出而被拉伸。图10－16为YC－20型穿心式千斤顶的最大张拉力为20kN，最大行程为200mm，适用于用圆套筒三片式夹具张拉锚固12～20mm单根冷拉HRB　335、HRB　400和RRB　400钢筋。

图10－15　LYZ－1A型电动卷扬张拉机

1—台座；2—放松装置；3—横梁；4—钢筋；5—镦头；6—垫块；7—销片夹具；8—张拉夹具；9—弹簧测力计；10—固定梁；11—滑轮组；12—卷扬机

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图10－16　YC－20型穿心式千斤顶

1—偏心夹具；2—后油嘴；3—前油嘴；4—弹性顶压头；5—销片夹具；6—台座横梁；7—预应力筋

当多根成组张拉时，可采用四横梁装置进行（见图10－17），四横梁式油压千斤顶张拉装置用钢量较大，大螺丝杆加工困难，调整预应力筋的初应力费时间，油压千斤顶行程小，工效较低，但其一次张拉力大。

选择张拉机械时，为了保证设备、人身安全和张拉准确，张拉机械的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机械的张拉行程应不小于预应力筋张拉值的1.1～1.3倍。

图10－17　四横梁式油压千斤顶张拉装置

1—台座；2—前横梁；3—后横梁；4—预应力筋；5，6—拉力架横梁；7一大螺丝杆；8一油压千斤顶；9—放张装置

10.2.2　先张法施工工艺

先张法施工工艺如图10－18所示，其中预应力筋的张拉、混凝土浇筑和预应力筋的放张等工序是关键。

图10－18　先张法施工工艺流程图

1）预应力筋的铺设

在铺设预应力筋前，应对台座台面或模板涂刷水溶性隔离剂，以便于脱模，且不应污染预应力筋。涂刷均匀不得漏刷，待其干燥后铺设预应力筋，一端用夹具锚固在台座横梁的定位承力板上，另一端卡在台座张拉端的承力板上待张拉。在生产过程中，应防止雨水或养护水冲刷掉台面隔离剂。

预应力筋宜采用牵引车铺设，如遇钢丝需接长，可用钢丝拼接器和20～22号铁丝密排绑扎，绑扎长度符合规范要求，一般低碳钢丝不小于40　d（d为钢丝直径），刻痕钢丝不小于80　d。预应力钢筋铺设时，钢筋之间连接或钢筋与螺杆之间的连接可采用连接器。

2）预应力筋张拉

（1）张拉控制应力

张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按设计规定采用。控制应力的数值影响预应力的效果，控制应力高，建立的预应力值则大，构件的抗裂性和刚度高。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，这是很危险和不允许的。另外，施工中为减少由于预应力筋的松弛等原因造成的预应力损失，一般要进行超张拉（预应力筋的张拉应力值超过规范规定的控制应力值，称为超张拉，目的主要是为了减少松弛引起的应力损失值）。所以，先张法预应力筋的张拉控制应力应符合设计要求；施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高3%～5%，但其最大张拉控制应力不得超过表10－1的规定。

表10－1　先张法张拉控制应力和超张拉最大应力

　注：表中fpuk、fpyk分别为预应力钢丝及预应力钢筋的标准强度值。

（2）张拉程序

采用张拉程序的不同，对预应力的建立也要产生影响，在施工中可采用以下两种不同的程序：

σcon为预应力筋的张拉控制应力。

建立上述张拉程序的目的是为了减少松弛损失。所谓“松弛”，即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的特点，导致钢筋应力下降。松弛的数值与控制应力和延续时间有关。

第一种张拉程序中，超张拉5%并持荷2min，其目的是为了在高应力状态下加速预应力松弛早期发展，以减少应力松弛引起的预应力损失。第二种张拉程序中，超张拉3%，其目的是为了弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般多被采用。以上两种张拉程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。一般施工中为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用的张拉程序；预应力钢丝张拉工作量大时，宜采用一次张拉程序0→1.03σcon。

（3）预应力值的校核

预应力钢筋用应力控制张拉时，通常使用钢筋伸长值进行校核。预应力筋的计算伸长值ΔL按下式计算：

式中：Np——预应力筋的平均张拉力（kN），直线筋取张拉端的拉力，两端张拉的曲线筋取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；

L——预应力筋的长度（mm）；

Ap——预应力筋的截面积（mm）；

Es——预应力筋的弹性模量（kN／mm2）。

预应力筋的实际伸长值，在张拉过程中宜在初应力约为10%σcon时量测，并应加上初应力以后的推算伸长值。如实际伸长值大于计算伸长值10%或小于计算伸长值5%，应暂停张拉，并查明原因。

（4）张拉要点

①张拉前检查预应力筋的品种、级别、规格、数量（排数、根数）是否符合设计要求；预应力筋的外观质量应全数检查，预应力筋应符合展开后平顺，没有弯折，表面无裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污等。

②张拉设备是否完好，测力装置是否校核准确，横梁、定位板是否贴合及严密稳固。

③张拉时，为避免台座承受过大的偏心压力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。

④多根钢丝同时张拉时，断丝和滑脱的钢丝数量不得大于构件同一截面钢丝总数的5%，且严禁相邻两根钢丝断裂或滑脱。

⑤多根同时张拉的钢丝应检查钢丝的应力值，其偏差不得大于或小于按一个构件全部钢丝预应力总值的5%，测定钢丝的应力可用测力计。

⑥在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换；张拉、锚固预应力筋应专人操作，实行岗位责任制。

⑦拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松。

⑧预应力筋张拉完毕，其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%。

⑨在已张拉钢筋（丝）上进行绑扎钢筋、安装预埋铁件、支撑安装模板等操作时，要防止踩踏、敲击或碰撞钢丝。

⑩注意安全，两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。

（5）混凝土浇筑与养护

①预应力筋在张拉、绑扎和支模工作完成之后应立即进行混凝土浇筑，每条生产线应一次浇筑完毕，混凝土强度等级不能小于C30。

②防止较大徐变和收缩，选收缩变形小的水泥，水灰比不能大于0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。

混凝土收缩：由于水泥浆在硬化过程中脱水密结和毛细孔压缩的结果。

混凝土徐变：指混凝土在荷载长期作用下产生的塑性变形。

③采用机械振捣密实时要避免碰撞钢丝。混凝土未达到一定强度前，不允许碰撞或踩踏钢丝。

④预应力混凝土可采用自然养护或湿热养护，自然养护不得少于14天，干硬性混凝土浇筑完毕后应立即覆盖进行养护。

⑤当采用湿热养护时，应采取正确的养护制度，一般应使混凝土达到一定强度（粗钢筋配筋时为7.5 MPa；钢丝、钢绞线配筋时为10 MPa）之前，温差控制在20℃范围内，以减少由于温差引起的预应力损失。

⑥减少应力损失。非钢模台座生产，采取二次升温养护（开始温差不能大于20℃，达10 MPa后按正常速度升温）。

（6）预应力筋的放张

①放张条件：混凝土强度达到设计规定的数值，一般不小于混凝土标准强度的75%；对于重叠生产的构件，要求上一层构件的混凝土强度不低于设计强度标准值的75%时方可进行预应力筋的放张。

②放张顺序

a.预应力筋放张时，应缓慢放松锚固装置，使各根预应力筋缓慢放松。

b.预应力筋放张顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可按下列要求进行：承受轴心预应力构件的所有预应力筋应同时放张；承受偏心预压力构件，应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋。长线台座生产的钢弦构件，剪断钢丝宜从台座中部开始；叠层生产的预应力构件，宜按自上而下的顺序进行放松；板类构件放松时，从两边逐渐对称地向中心进行。

c.当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张，以防止放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。

d.放张后预应力筋的切断顺序宜由放张端开始，逐次切向另一端。

③放张方法

a.对于中小型预应力混凝土构件，其预应力筋为钢丝且配筋不多时，预应力钢丝的放张宜从生产线中间处开始，以减少回弹量且有利于脱模；对于大构件，其预应力筋为钢丝且配筋较多时应同时进行，不得采用逐根放张的方法，以免构件扭转、端部开裂或钢丝断裂。

b.当构件的预应力筋为钢筋时，放张应缓慢进行。对配筋不多时，可采用逐根加热熔断或借预先设置在钢筋锚固端的楔块等进行单根放张；对配筋较多时，所有钢筋应同时放张，可采用砂箱（如图10－19）、楔块（如图10－20）等放张装置。

图10－19　砂箱放张示意图

1—活塞；2—钢套箱；3—进砂口；4—钢套箱底板；5—出砂口；6—砂子

图10－20　楔块放张示意图

1—台座；2—横梁；3，4—钢块；5—钢楔块；6—螺杆；7—承力板；8—螺母

注：可用锯断、剪断、熔断（仅限于Ⅰ～Ⅲ级冷拉筋）方法放张，但对钢丝、热处理钢筋不得用电弧切割。

④放张安全技术要点

a.台座两端应有防护设施，张拉时沿台座长度方向每隔5～6m放一个防护架，两端严禁站人，也不准进入台座。

b.放张前，必须拆除侧模，使构件自由压缩，防止构件开裂。

c.油泵要放在台座或钢模的侧面；操作人员要站在油泵外侧进行操作。

d.用四横梁成批张拉预应力筋时，千斤顶应对称布置，防止活动横梁倾斜。

e.当气温低于0℃时，不宜张拉。