第12讲1e410000港口与航道工程技术.docx

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第12讲1e410000港口与航道工程技术

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1e410000港口与航道工程技术

1e411000港口与航道工程专业技术

第一章专业技术，14节内容分3部分：

基础-水文气象地质；建材-水泥钢材混凝土土工织物；测量-gps管涌流沙。

1e411090港口与航道工程预应力混凝土

大纲要求：

先张法预应力混凝土；后张法预应力混凝土。

重点：

先张法和后张法预应力混凝土的原理和技术条件

难点：

先张法和后张法预应力混凝土的各种规定和参数

1e411090港口与航道工程预应力混凝土

知识点一、预应力混凝土

钢筋混凝土的工作原理:

由于混凝土对钢筋的握裹力，受力时共同承受荷载，共同变形、共同工作。

但是，由于钢筋与混凝土性能有很大差异，钢筋的抗拉强度很高、受拉变形能力很强；而混凝土则相反，抗拉强度及抗拉变形能力都很差，抗压强度则较高。

受拉时，常混凝土很快开裂，而此时的钢筋。

于是，人们利用其特性，先对钢筋张拉,在应力状态下浇筑混凝土（或灌注孔道砂浆），待混凝土达到一定强度后，再放松钢筋，钢筋弹性回缩给混凝土施加了一定量值与分布的预压应力，显著提高抗裂能力。

预应力混凝土的优点：

1．采用高强度钢材与混凝土，构件截面小、重量轻，跨越能力大，可加大排架间距和梁板等跨距。

2．预应力构件不易产生裂缝（如梁），耐久性高；抵抗打桩拉应力能力强（如桩），可加大桩长，适应深水港建设，提高承载力。

3．与普通钢筋混凝土比，节省钢材近30%，经济合理。

知识点二、港口与航道工程预应力混凝土的具体要求

（一）预应力筋制作

1．预应力钢筋，主要用低松弛的高强碳素钢丝、钢绞线和钢筋三类。

预应力筋的下料长度，除考虑构件、台座长度外，尚应考虑冷拉拉长值、张拉伸长值、锚夹具的厚度、弹性回缩值、焊接接头和镦头压缩量、连接杆的长度等。

2．预应力筋下料长度的允许偏差：

（l）各根钢丝长度相对差值不大于钢丝束长度的1/5000，且不大于5mm;

（2）冷拉后各钢筋长度相对差值不大于构件配筋长度的1／2000，且不大于20mm。

3．钢丝、钢绞线、热处理钢筋及冷拉ⅳ级钢筋，宜用砂轮锯或切断机切断下料，不得电弧切割。

4．成束预应力筋应逐根理顺，捆扎成束，并用穿束网套穿束。

（二）张拉设备

1．张拉梁应按预应力筋的布置、根数、张拉荷载的大小、张拉条件等计算选定。

2．锚具（夹具、连接器），主要分为粘着锚固、承压锚固和摩擦锚固三种。

（三）施加预应力

1．控制是正确建立预应力的前提，无论先张或后张均应应力及伸长值双控。

2．在应力控制张拉时，应尽量减少张拉设备的摩阻力，并力求稳定。

预应力筋如需超张拉时，可比设计要求提高5%，其最大张拉控制应力，不得超过表ie411090的规定。

3．锚固后，实际与设计应力检验值的相对允许偏差为±5%。

4．为减少松弛影响，可采用超张拉方法：

（1）从零应力开始，张拉至1.05倍张拉控制应力σcon，持荷2min后，卸荷至控制应力；

（2）从零应力开始，张拉至1.03倍预应力筋的张拉控制应力σcon。

5．如实际伸长值比计算伸长值大10%或小5%，应暂停张拉，查明原因调整后，方可继续。

实际伸长值宜在10%σcon应力时开始量测，但应加上量测前推算伸长值；对后张法，尚应扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。

计算伸长值△l（mm），可按下式计算：

式中fp—平均张拉力。

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的拉力平均值（kn）；l—预应力筋的长度（mm）；ap—预应力筋的截面积（mm2）；es-预应力筋的弹性模量（mpa）。

广泛用于高桩码头及引桥桩、梁、板中。

分为先张法预应力和后张法预应力。

1e411091先张法预应力混凝土

知识点一、先张法预应力的基本概念

浇筑前，先进行张拉、锚固于台座上，然后浇筑，待达到强度值后，解除锚固，放松钢筋，使预应力施加于混凝土上，称为先张法预应力。

工艺简单、工序少、效率高、质量易保证。

知识点二、先张法预应力的具体要求

1．张拉台座必须有足够强度和刚度，抗倾稳定系数不得小于1.5；抗滑稳定系数不等小于1.3。

预防台座区的差异沉降。

采用墩板式时，可用钢底或钢筋混凝土、素混凝土底模板。

保证放松时水平滑移稳定，并预防底模板拱起变形或出现裂纹。

2．张拉台座的长度，应综合考虑。

3．张拉梁、锚固梁可采用两梁式、三梁式。

4．张拉梁、锚同梁的中心线与底板中心线一致，其偏差不得大于3mm。

多根直线筋同时张拉，合力作用线应在底模板中线为边的垂直面内；多根直线筋逐根张拉时，张拉作用线应与钢筋轴线一致。

5．多根同时张拉时，应预先调整初应力，使各根应力一致。

调整方法：

可用反复整体张拉法、油压千斤顶法、测力扳手法等。

对长线台座多根预应力筋，宜预先采用反复张拉法，取控制应力的40%～50%，反复张拉2～3次。

张拉程序：

拧紧螺母-开始张拉至0.4～0.6倍控制应力一回零一重新拧紧一再张拉、放松。

如此2～3次。

6．当构件的侧模板是在施加预应力之后安设时，宜先施加70%的控制应力，待模板安设完毕后，再施加至设计要求的荷载。

7．使接触面受力均匀。

螺杆宜采用梯形螺纹。

进场时进行验收。

8．放松器，设计与制作应符合下列规定：

（l）放松器宜通用性强，多根预应力筋能一次放松。

（2）设计应构造简单、操作方便、易于维修，计算中应以刚度控制、应力校核。

（3）楔形放松器，楔块的宽、高应根据张拉台座的布置、筋最大回缩量选定；楔块的倾斜度应正压力、扭矩和润滑条件，计算选定。

（4）砂箱千斤顶的直径、高度应根据正压力、砂质容许应力和最大回缩量选定。

（5）平面推力轴承的选型应根据预应力筋的布置、单根张拉力、端头镙杆直径综合选定。

9．钢绞线断裂或滑脱数量严禁超过结构同一截面钢材总根数的5%，且严禁相邻两根预应力筋断裂或滑脱。

10.放松时，混凝土强度必须符合设计要求。

设计无要求时，不得低于设计强度标准值的75%。

作为先张法预应力应用的典型是高强混凝土管桩（phc桩）的生产制造。

80s我国引进phc桩（pretensionedhighconcrete）生产线，现已能生产φ600mm、φ800mm、φlooomm、φ1200mm、φ1400mm最长管节长度可达55m的phc桩。

1．phc桩的生产制作

phc桩采用先张法预应力高强混凝土（c80），高速离心成型，经过常压和高压蒸汽养护而制成。

1d即可获得自然养护28d龄期的强度。

工艺流程如图1e411091。

（1）材料：

水泥：

52.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；

骨料：

中砂，5～25mm碎石，强度≥150mpa，压碎指标<5%;

外加剂：

高效减水剂掺量为水泥重的1%;

钢筋：

抗拉强度为1420mpa的高强度、低松弛预应力混凝土钢筋；

（2）混凝土：

配合比1：

1.22：

2.11，水灰比：

0.3；

（3）应力控制为主，应变控制为辅，控制应力取0.9的冷拉钢筋屈服强度；

（4）成型：

离心成型，高速离心加速度不小于73g；

（5）养护：

常压蒸养强度达到45mpa，脱模后进入压力为1mpa、温度为180℃的高压釜中蒸养。

2．phc桩的技术性能特点

（l）桩的强度高：

制作2d即可打桩，桩身强度80mpa;耐锤击力可达13720kn，可打入较深硬层，充分利用地基土的强度，提高桩的承载力。

（2）桩的抗裂能力强：

（3）节省混凝土：

与同规格pc方桩比，phc桩混凝土节省30%，钢筋节省50%。

（4）phc桩的耐久性高。

3．phc桩的应用

上海外高桥造船基地舾装码头工程、外高桥电厂二期等广泛应用。

1e411092后张法预应力混凝土

知识点一、基本概念

先浇筑,预留孔道。

分为抽拔法和埋置法。

前者多抽拔钢管，直线孔道；后者埋金属波纹管或薄钢板管。

筋沿孔道穿入，待混凝土达到规定的强度后，进行张拉，并以混凝土构件本身为支点锚固。

然后压力灌浆封堵。

称为后张法预应力。

后张法不需要预应力张拉台座，适用于结构断面大的长大型构件的现场预制。

知识点二、具体要求

1．孔道尺寸与位置正确，孔道应平顺。

端部的预埋垫板应垂直于孔道中心线，并固定，防止浇筑时移动。

2．预留孔道可采用预埋波纹管、薄钢板管、钢管、抽芯胶管等法。

胶管宜充压力水或其他措施防止变形。

接头严密，不得漏浆。

严禁孔道附近电焊作业。

预埋管道用钢筋井字架固定：

波纹管及钢管间距不大于1m，胶管不大于0.5m，曲线孔道宜适当加密。

灌浆孔间距：

预埋波纹管不大于30m，抽芯孔道不大于12m，曲线孔道的曲线波峰部位，宜设排气孔。

3．预埋管抽芯顺序应先上后下。

钢管作孔道芯管时，宜在浇筑后每隔5～15min转一次。

6．后张法锚固阶段张拉端预应力筋的内缩量，不得大于表ie411092的规定。

7．钢丝（束）、钢绞线断裂或滑脱数量，严禁超同截面总根数3%，一束钢丝只许一根。

8．孔道灌浆水泥浆及水泥砂浆的强度不得低于20mpa。

灌浆用水泥浆水灰比不大于0.45，搅拌后3h泌水率在2%以内，最大不超过3%。

9．灌浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，并设排气通道。

11.压浆的过程中及压浆后48h，温度不得低于+5℃。

预应力混凝土大直径管桩（大管桩）是后张预应力的典型。

知识点三、后张法预应力混凝土在大管桩生产中的应用

预应力混凝土大直径管桩采用离心、振动、辊压相结合的复合法工艺生产高强混凝土管节，对管节施加后张预应力进行拼装成长桩。

强度高、密实性好、耐锤击。

（一）管节的制作

1．主要材料

水泥：

采用52.5级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥的铝酸三钙不应大于1o%；

骨料：

细骨料，采用细度模量3.0～2.3的中砂；粗骨料，质地坚硬碎石，最大粒径25mm;

外加剂：

采用高性能减水剂。

2．管节成型工艺

（l）钢筋笼制作

采用φ8盘条圆钢筋经冷拉后编制成钢筋笼。

（2）混凝土的技术条件

强度等级不小于c60；水泥用量400～500kg/m3；水灰比不大于0.35；混凝土拌合物维勃稠度为25～35s。

（3）预留张拉孔道

钢管芯棒外套橡胶管在强度达到设计强度的70%时抽出，断面均布16～20个预留孔。

（4）混凝土入模、振动、离心成型。

（5）管节养护。

管节采用蒸汽养护。

（二）管桩的拼接

1．根据桩长确定拼接的桩节数量（基本节长4000mm），桩节之间涂刷k-80胶粘剂粘结。

2．穿预应力钢绞线。

桩型号不同，分别为16、18、20孔，每孔中穿7φ5的高强度、低松弛预应力钢绞线1根、2根，最多可达3根。

12-7φ5：

φ表示钢绞线的级别是一级钢;5表示钢丝直径5mm;7表示一根钢绞线由7根φ5钢丝组成;12表示12根上述的钢绞线组成一个钢筋束

3．张拉预应力筋。

（l）控制应力设计值为预应力钢绞线强度标准值的70%，预压应力为6~12mpa;

（2）张拉分两次进行：

第一次为设计值30%～50%，目的是粘结桩节；待胶粘剂抗压强度30mpa后，进行第二次张拉，控制应力达到设计值。

（三）大管桩的技术性能

1．混凝土的有效预压应力：

6～12mpa；

2．开裂弯矩：

600～1500kn·m。

（四）大管桩的应用

大管桩已在连云港庙岭二期工程5个泊位、镇海石化总厂lo万t级油码头、舟山石油运转码头、深圳赤湾港7～13号泊位码头等大量应用。

典型题目：

（平均每年1道）

　　7．后张法预应力混凝土施工中，预应力钢筋张拉之后的锚固支点是（）。

　　a．后张法张拉台座

　　b．张拉千斤顶

　　c．混凝土构件自身

　　d．后张预应力专用锚固设施

答案：

c

2．预应力混凝土中钢筋的张拉，应控制在其（　）范围之内。

a．塑性变形b．弹性变形

c．屈服点左右d．极限拉伸变形

答案：

c。

47页

3．phc桩（先张法预应力高强混凝土桩）高速离心成型、常压和高压蒸养，混凝土强度等级c80，桩身混凝土有效预压应力（　）。

a．3mpab．5mpa

c．8mpad．12mpa

答案：

c（7-9,51p）

4．预应力混凝土大直径管桩（大管桩）采用离心、振动、辊压复合工艺生产高强度混凝土管节，生产时预留穿筋孔道，然后对拼接的若干管节穿筋张拉施加后张预应力，使之拼成长桩。

施加于混凝土的有效预压应力为（　）左右。

a．2～4mpab．4～6mpa

c．6～12mpad．15mpa

答案：

c（54p）

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