维普资讯 http://www.cqvip.com 试验技术与试验机 ・２００２年第４２卷第３、４期 一９ｌ一 标准、质保与检测・ 预应力混凝土张拉、锚固设备的检验 国家试验机质量监督检验中心 陈洪程 １前言 在构件中所引起的拉应力，被预压应力抵消 了一部分，梁的反拱也随之减少；随着载荷的 预应力混凝土是预应力钢筋混凝土的简 称。自１９２８年法国的弗来西奈首先研究成 功后，经过数十年，得到广泛的推广应用。近 年来，随着现代工业和交通运输的发展，国内 外预应力混凝土结构在大跨工程、能源工程、 海洋工程、巨型船舶等领域已经得到迅速的 发展。 ２原理 预应力混凝土的基本原理是：在构件承 受荷载以前，预先对受拉区的混凝土施加压 力，使其产生预压应力。当构件承受使用荷 载而产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预 压应力，然后随着荷载的增加，受拉区混凝土 产生拉应力。因此，可推迟混凝土裂缝的出 现和延缓裂缝的开展，以满足使用要求。其 实质是采用预先加压的方法间接提高混凝土 的抗拉强度即极限应变，从本质上改善了混 凝土容易开裂的特性。 以一根预应力混凝土简支梁为例，在构 件承受载荷以前，我们采取张拉预应力钢筋 的办法，使钢筋产生预应力ｄｎ，设钢筋截面面 积为 ，则钢筋中的总拉力为Ｎ ＝ｄｐ× 。 然后将张拉的钢筋再设法固定在构件的端 部，由构件混凝土来平衡总拉力Ｎ。。这样， 在构件端部相当于施加一对偏心力Ｎｎ，它将 在梁的受拉区建立起预压应力。由于下部混 凝土有预压应力而产生一定的压缩变形，使 梁向上弯曲（称为反拱），如图１（ａ）所示。然 后在该梁上再施加外载荷Ｐ，混凝土受荷载 后，梁开始向下弯曲（称为挠度），使下部混凝 土中的预应力随之减小，也就是说由外荷载 增加，梁继续向下弯曲，当预压应力全部被抵 消时，混凝土中的应力等于零，梁恢复平直状 态，如图１（ｂ）。继续增加荷载，梁继续向下 弯曲，使下部混凝土出现拉应力并逐渐增大， 如图１（ｃ）。当拉应力超过混凝土抗裂强度 的限值后，结构才出现裂缝，如图１（ｄ）。这 说明梁在预应力和外荷载的共同作用下，最 后的应力分布应以图１（ａ）、（ｂ）两种情况的 叠加，即预应力全部或部分抵消了外荷载作 用下产生的拉应力，因而使梁不开裂或延迟 裂缝的出现并抑制裂缝的开展，同时提高了 截面刚度，从本质上解决了钢筋混凝土生产 实践中存在的抗拉强度低、裂缝宽、变形大等 问题。 『ｌ ——１身＿ — 叫 （ａＪ Ｉｂ Ｊ 【ｃ Ｊ ｌｄｌ 图１预应力混凝土粱承受荷载示意图 ３方法 张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时， 千斤顶油泵上的压力表所控制的总张拉力除 以预应力钢筋截面面积所得出的应力值，用 ａ 表示。张拉控制应力的数值应根据设计 与施工经验确定。张拉控制程序除特殊要求 外，一般为 ０．２ｄ 一１．０３ｄ （持荷５ｒＩｌｉｎ）一 锚固。根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次 序，可分为先张法和后张法。 ３．１先张法 是指首先在台座上或钢模内张拉钢筋， 然后浇筑混凝土的一种方法。其主要的工序 是：①将预应力钢筋一端通过夹具临时固定 维普资讯 http://www.cqvip.com 一９２— ２００２年第４２卷第３、４期 ‘ 试验技术与试验机 在台座的钢梁上，另一端通过张拉夹具与张 拉机相连。当张拉机将预应力钢筋张拉到规 定的应力（即控制应力）和应变后，用张拉端 夹具将预应力钢筋锚固在钢梁上，再卸去张 拉机具，如图２（ａ）、（Ｉ，）。②支模、绑扎非预 应力钢筋、浇筑混凝土，并进行养护，如图２ 箍 象 磋 要羞曼受 ｊ 堕 阍簖锚 垣受蔓至三翌 三 图３后张法施ＩＴ序 （ｃ）。③等混凝土达到一定强度（强度设计值 的７０％以上）后，切断或放松预应力钢筋，在 阻止钢筋缩短的同时，让预应力钢筋的回缩 力通过预应力钢筋与混凝土间的粘结作用， 应力需逐个进行，操作较麻烦。 ４张拉设备 张拉机具是制作预应力混凝土构件时， 对预应力筋施加张拉力的专用设备。目前最 传递给混凝土，使混凝土获得预应压力，如图 ２（ｄ）。 擂边 Ｉａ）制筋就ｌ芷 臼瞳 伸长 】张拉劓筋 图２先张法施工工序 先张法的特点是生产工序少、成本低、工 艺简单、施工质量容易得到保证。 ３．２后张法 是指先浇筑混凝土构件，然后直接在构 件上张拉预应力钢筋的一种方法。主要的工 序是：①浇筑混凝土构件，并预先在构件中留 出供穿预应力钢筋的孔道，如图３（ａ）。②当 构件混凝土达到规定强度（强度设计值的 ７５％以上）后，将预应力钢筋穿入孔道，并在 锚固端用锚具将预应力钢筋锚固在构件的端 部，然后在构件另一端用张拉机张拉预应力 钢筋。在张拉的同时，钢筋对构件施加预应 压力，如图３（ｂ）。③当预应力钢筋达到规定 的控制应力值时，将张拉端的预应力钢筋用 锚具锚固在构件上，并拆除张拉机，如图３ （ｃ）。④最后用高压泵将水泥浆灌入构件孔 道中，使预应力钢筋与构件形成整体。 后张法的特点是应用灵活，构件既可在 工厂预制，也可现场施工。但对构件施加预 常用的是各类液压式张拉机。它由千斤顶、 油泵、连接油管等三部分组成。其品种规格 已有数十种，并正在逐步系列化。液压千斤 顶与高压油泵配套使用，是液压式张拉机的 工作部分。千斤顶按其作用可分为单作用、 双作用和三作用等三种型式；按其构造特点 可分为台座式、拉杆式、穿心式和锥锚式等四 种型式。 下面将我们在工作中最常见的两种型式 介绍如下： ４．１穿心式千斤顶 穿心式千斤顶的构造特点是沿千斤顶轴 线有一穿心孔道，供穿预应力筋用。这种千 斤顶主要用于张拉带有夹片式锚具或夹具的 单根钢筋、钢铰线或钢筋束、钢绞线束。如配 置不同的附件，还可组装成拉杆式和锥锚式 两种张拉装置，是一种多用途的张拉设备。 ＹＣ６０型穿心式千斤顶主要由张拉油缸、 顶压油缸、顶压活塞、穿心套、保护套、端盖堵 头、连接套、撑套、回程弹簧和动静密封圈等 部分组成，其工作原理如图４所示。 图４ ＹＣ６０型穿心式千斤顶工作原理简图 张拉预应力筋时，Ａ油嘴进油，Ｂ油嘴回 油，顶压油缸、连接套和撑套联成一体右移顶 位锚具的锚环；张拉油缸、端盖螺母及堵头和 穿心套联成一体带动工具锚左移张拉预应力 维普资讯 http://www.cqvip.com 试验技术与试验机 筋。 ２００２年第４２卷第３－，４期 一９３一 准确度，必须用校验标定的方法，测定液压张 拉机的实际力值与油压表之间的关系。为消 顶压锚固时，在保持张拉力稳定的条件 下，Ｂ油嘴进油，顶压活塞、保护套和顶压头 联成一体右移，将夹片顶压到锚环内，锚固预 除各种影响，应对张拉机、油压表配套检验， 千斤顶和油压表一一对应，不得混淆。 我们通常采用标准测力机配标准测力仪 来校验液压千斤顶，比起用材料试验机来校 验，其准确度要高得多。在实际校验中，千斤 顶的活塞运行方向应与实际张拉工作状态一 致，按照钢筋张拉操作工艺过程进行校验。 如校验张拉端用的千斤顶，为模拟千斤顶在 应力筋。回程时，张拉油缸采用液压回程，即 Ａ油嘴回油，Ｂ油嘴进油，张拉油缸右移复 位；顶压活塞采用弹簧回程，即Ａ、Ｂ油嘴同 时回油，顶压活塞在弹簧力作用下左移复位。 ４．２锥锚式千斤顶 锥锚式千斤顶按其功能可分为双作用和 三作用两种。千斤顶本身能完成张拉和顶锚 两个动作的称双作用千斤顶；能完成张拉、顶 锚和退锲三个动作的称三作用千斤顶。 ＴＤ６０型锥锚式千斤顶一般由张拉油缸、 顶压油缸、楔形卡盘、楔块、对中套或退楔翼 板等部分组成，其工作原理如图５所示。 几 ｌ ｌ Ｈ ｆ罔篷 图５ ＴＤ６ｏ型锥锚式千斤顶工作原理简图 张拉时，高压油液通过Ａ油嘴进入张拉 缸。张拉缸带动楔形卡盘向左移动张拉钢丝 束。张拉到设计吨位后，关闭Ａ油嘴，Ｂ油嘴 进油，顶压活塞杆向右推进，将锚塞顶入锚环 内锚固钢丝束。然后Ａ油嘴回油，张拉缸右 移复位；Ｂ油嘴进油，由液压的作用，用退楔 翼板顶退楔块；最后，Ａ、Ｂ油嘴均回油，在弹 簧力的作用下，使顶压活塞杆左移复位。 ５张拉机的校检 液压式张拉机油压千斤顶的张拉力一般 用油压表来显示，油压表的指示读数是油缸 的单位油压，在理论上可以将它乘以活塞面 积，求得张拉力的大小。但实际作用力要比 理论值计算的小，其原因是一部分张拉力被 千斤顶油缸与活塞之间的摩擦阻力所抵消。 摩擦阻力的大小与油压高低、垫圈的新旧程 度、活塞的粗糙度等有关，具体很难测定。 施工中钢筋张拉力的准确度直接影响预 应力混凝土结构的性能，为保证张拉力值的 张拉钢筋的同时顶压混凝土的工作状态（主 动状态），校验时锁住标准测力机的移动横 梁，开动油泵，千斤顶进油，活塞杆推出，顶压 标准测力机，记录测力读数作为张拉端测力 依据；如果校验固定端用的千斤顶，则模拟固 定端千斤顶中预应力筋受力的同时（被动状 态），构件端部混凝土顶压千斤顶的工作状态 （例如测定固定端摩擦损失等），校验时采用 标准测力机顶压千斤顶的方式来记录测力读 数，作为固定端测力依据。 蓬进霉 标准铡力机压千斤琐千斤琐琐推标准铡力机 １．标准测力机活动横梁２．活塞３．千斤顶 缸体４．标准测力机下压板５．测力传感器 图６千斤顶的校验装置 校验时的装置如图６所示。注意：张拉 机的安放应保证测力仪的主轴线和加荷轴线 相重合，使倾斜负荷、偏心负荷的影响减到最 小；测力传感器与千斤顶的接触面应滑，不得 有锈蚀、擦伤及杂物。测力指示仪表通电预 热调零后，对测力传感器施加预负荷三次，每 次加到所需额定负荷后退回初始负荷，然后 从初始负荷开始，按递增顺序施加负荷，直到 额定负荷，以测力指示仪表的读数为准，在每 级一负荷加到后，读取千斤顶油压表的读数。 检定点一般取额定油压ｐ眦的３０％、４０％、 维普资讯 http://www.cqvip.com 一９４— ２００２年第４２卷第３、４期 试验技术与试验机 ５０％、６ｏ％、７０％、８０％、９０％相对应的负荷 点，也可根据用户要求的力值校验油压表相 对应的读数。读完额定负荷下的压力表读数 后，将负荷退回到初始负荷，重复测量三次， 其平均值、示值重复性、示值误差和理论计算 用公式（１）、（２）、（３）、（４）来计算： Ｐｉ ５－Ｐｉ１∑ ｊ ＝． 次为限提前进行检定。 张拉机在遇有下列情况之一时，需要重 新校验： １．张拉时钢筋连续断裂； ２．千斤顶油封损坏、漏油严重； ３．千斤顶更换油压部件； （１） ４．油压表指针不能回零； ５．实测钢筋的伸长值与计算值相差过 大； Ｒ： ×ｌｏｏ￣％ｖＳｌ （２） ａ： ×ｌＯＯｔ％ＦＳ］ （３） ｐ陬 Ｐｉ：一 量 Ｓ （４）ｑ 公式（１）中，ｉ－１，２，…，ｎ；ｊ＝１，２，３ 式中 一在负荷ｆｉ下进行第ｊ次测量时， 压力表读数，ＭＰａ Ｐ ， 一分别为与负荷￡相对应的压 力表读数的最大值与最小值，ＭＰａ 一与负荷 相对应的压力表示值的 平均值，ＭＰａ Ｐｉ一与负荷 相对应的压力理论计算 值，ＭＰａ 油泵千斤顶活塞的有效面积，ｒｎ２ Ｒｉ一与负荷￡相对应的千斤顶的压力 示值重复性，％ＦＳ 一与负荷￡相对应的千斤顶的压力 示值误差，％ＦＳ 操作中，加、卸荷应平稳，无冲击和颤动 现象；张拉机液压系统应工作正常，反应灵 敏，油路无渗漏、无妨碍读数的压力波动。张 拉机在同一级负荷下的压力示值重复性（Ｒ） 不得超过压力表ｐ．咖的１％，其示值误差不得 超过压力表ｐ．龇的±２％。张拉机压力卸除 后，压力表指针应紧靠在限止钉上或“缩格” 内。 国家计量检定规程ＪＪＧ ６２１—１９９６（（液压式 张拉机》中对正常使用中的张拉机规定检定 周期一般为３个月，对于在不到３个月内使 用次数已超出２０００次的张拉机，应以２０００ ６．更换新的油压表。 ６锚具、夹具 锚具是在后张法结构或构件中，为保持 预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用 的永久性锚固装置。锚具可分为两类：张拉 端锚具和固定端锚具。 夹具是在先张法构件施工时，为保持预 应力筋的拉力并将其固定在生产台座或设备 上的临时性锚固装置；在后张法结构或构件 施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力 筋的临时性锚固装置（又称工具锚）。 锚、夹具按其构造和性能特点，大致可归 纳为螺杆式、镦头式、夹片式和锥销式等几 种，这几类锚、夹具和配套使用的张拉设备及 被锚夹的预应力筋可组成相应的张拉锚固体 系。锚、夹具质量的好坏，涉及到在张拉预应 力筋时避免其滑脱与飞出，保证构件制作质 量与人身安全，还影响到结构受荷载作用后， 锚、夹具与所夹持的预应力筋共同抗力和正 常使用。 锚、夹具的质量，反映在锚固的尺寸、外 形、材料的强度和硬度及其在锚固预应力筋 后的变形和回缩应力，更重要的是锚、夹具的 锚固效果。 由于预应力筋的强度和品种不同，对相 应的锚、夹具硬度要求也不同。如光（螺） ＪＭ１２型锚具，锚环的硬度为ＨＲＣ３２～ ＨＲＣ３７，夹片硬度为ＨＲＣＡ３左右；对于铰 ＪＭ１２型锚具等，夹片硬度为ＨＲＣ５３左右，对 锚环也有一定的硬度要求。相应锚具、夹片 的强度和硬度必须均大于被锚固的预应力 维普资讯 http://www.cqvip.com 试验技术与试验机 ２００２年第４２卷第３、４期 一９５一 筋，这样才能保证夹片内表面的牙齿不致被 所锚固预应力的高强度、高硬度而磨牙或压 平，以免造成滑移损失过大以至滑脱。 锚、夹具的加工和热处理过程中容易产 生缺陷，施工前还应使用超声探伤仪和磁粉 探伤仪对整批锚、夹具进行抽样检验，表面和 的取用：预应力筋—锚具组装件中预 应力钢材为１至５根时，＂ｑｐ＝１；６至１２根时， ｒｂ＝０．９９；１３至１９时， ＝Ｏ．９８；２０根以上 时， ＝Ｏ．９７。 为了使有粘结或无粘结预应力结构在荷 载作用下锚具与预应力筋的整体受力，从而 内部无伤者方可投入使用。 锚固效果是通过预应力筋与锚、夹具组 装在一起的预应力筋－—锚、夹具组装件，进行 保证预应力混凝土结构足够的安全可靠性与 破坏时的延性，故对锚具的质量要特别重视。 ７结束语 整体受力的性能来体现的，并通过锚固效率 系数及实测极限拉力：来度量的。 锚具的效率系数 按公式（５）计算： （５） 张拉工作的准确性，直接关系到预应力 结构构件的安全使用，关系到整个工程的质 量，决不可掉以轻心。作为张拉机具的检验 人员，必须具备多方面的技术知识，了解预应 力的基本原理和工艺技术，严格依据标准／规 程和检验规范，保证向施工单位出具科学、准 确的检验结果，为促进我国预应力混凝土技 术的发展做出贡献。 参考文献 １ 王铁成．混凝土结构基本构件设计原理．中国建材 工业出版社，２０Ｏ２． 夹具的效率系数Ｔｋ按公式（６）计算： Ｔｋ： Ｔｋ （６）ｏ 式中Ｆ删一预应力筋—锚、夹具组装的实测 极限拉力 一按预应力钢材试件实测破断荷载 平均值计算的预应力筋的实际平均极限抗拉 力 一２蒋季丰等．预应力张拉工艺．中国建筑工业出版社。 １９８１． 预应力筋的效率系数 ３陈惠玲叶正宇．预应力混凝土有粘结及无粘结预 应力技术问答．中国环境科学出版社．２００１． （上接第３５页）一般情况下如果零部件存在 残余拉应力，它会降低零构件的强度…。热 轧板材，轧制后应进行时效处理，最大限度的 降低其内应力。零部件热处理后也应该进行 时效处理，使零部件内部的应力得到释放后 再使用。 格按着电阻应变片的粘贴工艺贴片，才能保 证测量精度。 参考文献 １吴宗岱陶宗棋主编．应变电测原理及技术（第一 版）．北京：国防工业出版社，１９８２． ２刘洪文主编．材料力学（第一版）．北京：人民教育出 版社，１９７９． 应用应变电测原理和技术测量零部件的 残余应力关键是电阻应变片的粘贴，必须严