1 引言

在結構中施加與工作或服務荷載所造成的相反性質的內部應力，被稱為預應力混凝土。預應力(Prestressing)已經在各種結構中使用了很多年。預應力混凝土是由Eugene Frevssinet在1928年首次發明的，用來克服混凝土的低抗拉性能。在<預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)>的基礎上, 這個筆記follow著課程進度[5/3/2021至5/9/2021 Week 9], 簡要討論了預加應力的主要方法與設備.  

2 先張法

先張法(Pre-tensioning)是先張拉鋼筋，后澆筑構件混凝土的方法, 如下圖所示. a) 預應力鋼筋就位，準備張拉; b) 張拉并錨固，澆筑構件混凝土;  c)松錨，預應力鋼筋回縮，制成預應力混凝土構件.  放張(將臨時錨固松開，緩慢放松張拉力)，讓預應力鋼筋的回縮，通過預應力鋼筋與混凝土間的粘結作用，傳遞給混凝土，使混凝土獲得預壓應力。在臺座上張拉預應力筋后澆筑混凝土并通過粘結力傳遞而建立預加應力的混凝土構件就是先張法預應力混凝土構件。

先張法工藝流程示意圖

3 后張法

后張法(Post-tensioning)是先澆筑構件混凝土，待混凝土結硬后，再張拉預應力鋼筋并錨固的方法, 如下圖所示。a)澆筑構件混凝土，預留孔道，穿入預應力鋼筋; b)千斤頂支于混凝土構件上，張拉預應力鋼筋; c)用錨具將預應力鋼筋錨固后進行孔道壓漿. 在混凝土結硬后通過張拉預應力筋并錨固而建立預加應力的構件稱為后張法預應力混凝土構件。施工工藝不同，建立預應力的方法也不同，后張法是靠工作錨具來傳遞和保持預加應力的；先張法則是靠粘結力來傳遞并保持預加應力的。

后張法工藝流程示意圖

4 錨具

4.1 對錨具的要求

(1) 臨時夾具: 在制作先張法或后張法預應力混凝土構件時，為保持預應力筋拉力的臨時性錨固裝置。

(2) 錨具: 在后張法預應力混凝土構件中，為保持預應力的拉力并將其傳遞到混凝土上所用的永久性錨固裝置。

在設計、制造或選擇錨具時應滿足下列要求：受力安全可靠；預應力損失要小；構造簡單、緊湊，制作方便，用鋼量少；張拉錨固方便迅速，設備簡單。

4.2 錨具的分類

錨具的形式繁多，按其傳力錨固的受力原理，可分為: (1) 依靠摩阻力錨固的錨具。(2) 依靠承壓錨固的錨具。(3) 依靠粘結力錨固的錨具。對于不同形式的錨具，往往需要配套使用專門的張拉設備。因此，在設計施工中，錨具與張拉設備的選擇，應同時考慮。

4.3 目前橋梁結構中幾種常用的錨具

(1) 錐形錨

錐形錨(又稱為弗式錨)，主要用于鋼絲束的錨固。它由錨圈和錨塞(又稱錐銷)兩部分組成。a) 錐形錨具工作示意圖; b) 錐形錨具剖面圖

錐形錨具

(2) 鐓頭錨

鐓頭錨主要用于錨固鋼絲束，也可錨固直徑在14mm以下的預應力粗鋼筋。鋼絲的根數和錨具的尺寸依設計張拉力的大小選定。

鐓頭錨錨具工作示意圖

(3) 鋼筋螺紋錨具

當采用高強粗鋼筋(精軋螺紋鋼筋)作為預應力鋼筋時，可采用螺紋錨具固定。a)軋絲錨具; b) 迪維達格錨具

鋼筋螺紋錨具

(4) 夾片錨具

夾片錨具體系主要作為錨固鋼絞線之用。

①鋼絞線夾片錨

② 扁型夾片錨具

扁型夾片錨具是為適應扁薄截面構件（如橋面板等）預應力鋼筋錨固的需要而研制的，簡稱扁錨。

(5) 固定端錨具

采用一端張拉時，其固定端錨具，除可采用與張拉端相同的夾片錨具外，還可采用擠壓錨具和壓花錨具。

壓花錨具

(6) 連接器

鋼絞線束N1錨固后，用來再連接鋼絞線束N2 的，稱為錨頭連接器, 圖a); 當兩段未張拉的鋼絞線束N1 、N2需直接接長時，則可采用接長連接器, 圖b)。

連接器構造

a)錨頭連接器      b)接長連接器

5 預加應力的其他設備

5.1 制孔器

(1) 抽拔橡膠管。在鋼絲網膠管內事先穿入鋼筋(稱芯棒)，再將膠管(連同芯棒一起)放入模板內，待澆筑混凝土達到一定強度后，抽去芯棒，再拔出膠管，則預留孔道形成。

(2) 螺旋金屬波紋管(簡稱波紋管)。在澆筑混凝土之前，將波紋管按預應力鋼筋設計位置，綁扎于與箍筋焊連的鋼筋托架上，再澆筑混凝土，結硬后即可形成穿束的孔道。由聚丙烯或高密度聚乙烯制成的塑料波紋管制孔器。

5.2 孔道壓漿用水泥漿及壓漿機

在后張法預應力混凝土構件中，預應力鋼筋張拉錨固后宜采用專用壓漿料或專用壓漿劑配制的水泥漿進行孔道壓漿，以免鋼筋銹蝕并使預應力鋼筋與梁體混凝土結合為一整體。普通壓力壓漿方法，采用壓漿泵將水泥漿在一定的壓力下壓入孔道中。真空壓漿方法，采取對孔道進行抽真空處理后再注入水泥漿，是把真空吸漿技術與壓漿方法相結合的方法，故又稱真空輔助壓漿法。

(1) 水泥漿

為保證后張預應力孔道壓漿的質量和耐久性，所用水泥漿的性能應具有以下特征：

①具有高流動性；

②不泌水，不離析，無沉降；

③適宜的凝結時間；

④在塑性階段具有良好地補償收縮能力，且硬化后產生微膨脹；

⑤具有足夠的強度。

壓漿用水泥漿的水膠比以0.26~0.28為宜；拌合后24h自由泌水率都為0。可在水泥漿中摻入適量膨脹劑，使水泥漿在硬化過程中膨脹，但其自由膨脹率應小于3%。所用的水泥應采用性能穩定、強度等級不低于42.5級的低堿普通硅酸鹽水泥。拌和用的水不應含有對預應力筋或水泥有害成分，每升水不得含350mg以上的氯化物離子或任何一種有機物，宜采用符合國家衛生標準的清潔飲用水。水泥漿制備應采用高速攪拌機，不得采用普通的砂漿攪拌機。行業標準《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T F50)規定采用轉速應不低于1000r/min的攪拌機，攪拌葉的形狀應與轉速相匹配，其葉片的線速度不宜低于10m/s，最高線速度宜限值在20m/s以內，且應能滿足在規定的時間內攪拌均勻的要求。

(2) 壓漿機

是孔道灌漿的主要設備，它主要由水泥漿、儲漿桶和壓送漿液的壓漿泵以及供水系統組成。壓漿機應采用活塞式可連續作業的壓漿泵，其壓力表的最小分度值應不大于0.1MPa，最大量程應使實際工作壓力在其25%~75%的量程范圍內。壓漿泵需要的壓力，以能將水泥漿壓入并充滿孔道孔隙為原則，一般在出漿口應先后排出空氣、水、稀漿及濃漿。用于臨時儲存水泥漿的儲料罐亦應具有攪拌功能，且應設置網絡尺寸應不大于3mm的過濾網。真空輔助壓漿工藝中采用的真空泵應能達到0.10MPa的負壓力。