预应力机械工作原理

建筑、桥梁、公路构件有混凝土构件、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土构件。预应力钢筋就是预先拉长一些的钢筋、构件轻，而且构件能承受更大的重量。钢筋预应力机械不但要将钢筋拉长，而且要将钢筋锚固定在混凝土构件上，让钢筋回复原样的力压缩混凝土。

钢筋预应力机械主要由张拉机及锚具组成。

张拉机的种类有机械式、电热式及液压式。机械式主要是用小车牵引钢筋；电热式利用钢筋热胀冷缩的原理，加热钢筋使其伸长。大量使用的主要是液压式张拉机。

液压式张拉机由液压泵站和千斤顶两部分组成。液压泵站输出高压油给千斤顶，千斤顶有空芯的、实芯的。实芯千斤顶拉钢筋，称拉杆千斤顶。空芯千斤顶顶钢筋，称穿心千斤顶。

锚具由锚环及夹片组成，如图《锚具》所示。夹片由两片或三片组成，夹片内表面加工有齿牙，表面硬度较高，夹片的两片或三片合拢后，外形为锥形，而锚环的孔为倒锥形孔，这样，夹片夹住钢筋后，如同圆形楔子楔在锚环内，越夹越紧。锚具分单锚和群锚（将很多钢筋锚在一起） 。

在各种工程结构构件承受外荷载之前,对受拉模块中的钢筋等受力模块，施加预拉应力，提高构件的刚度和硬度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性和硬度，减少受拉模块的振动和弹性变形。这样做可以明显改善受拉模块的强度，使原本的抗性更强。

在结构承受外荷载之前，预先对去在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。

举例：预应力是在混凝土凝结前用钢筋强机械把混凝土中的钢筋适度拉伸着，在混凝土凝结后撤去外力，钢筋就会在混凝土里产生一个收缩的应力，使钢筋混凝土强度更大。因而可以减少钢筋用量，节约钢材。

预应力机械按预应力筋种不同可分为以下三种：

（1）粗钢筋预应力张拉设备

采用穿心式千斤顶，用于张拉单根精轧高强螺纹钢筋。其优点是施工方便、操作简单、锚固可靠；缺点是受钢筋强度限制，适用于较小的钢筋混凝土构件。

（2）高强钢丝束预应力张拉设备(锥锚式千斤顶)

用于高强钢丝束4～24根，直径为5 mm或6 mm的高强钢丝束。其优点是适用于中小长度的混凝土构件，成本较低，易于操作，施工质量较好；缺点是只能张拉24根钢丝，不能做群锚，对混凝土构件的截面尺寸有影响。

（3）钢绞线预应力张拉设备(群锚千斤顶)

已形成系列产品，可张拉1～60根钢绞线，还可以向更多根发展。其优点是可按需要选用钢绞线根数，采用群锚技术，合理控制混凝土构件的截面尺寸，减轻构件总重量，降低施工成本，张拉吨位更大；缺点是张拉吨位大要求液压系统压力高，密封件易损坏 。

预应力机械的型号表示方法见下表：

（1）采用钢模配套张拉，两端要有地锚，还必须配有卡具、锚具，钢筋两端须镦头，场地两端外侧应有防护栏杆和警告标志。

（2）检查卡具、锚具及被拉钢筋两端镦头，如有裂纹或破损，应及时修复或更换。

（3）卡具刻槽应比所拉钢筋的直径大0．7mm～1mm，并保证有足够强度使锚具不致变形。

（4）空载运转，校正千斤顶和压力表的指示吨位，定出表上的数字，对比张拉钢筋所需吨位及延伸长度。检查油路应无泄漏，确认正常后，方可作业。

（5）作业后，操作要平稳，均匀，张拉时两端不得站人。拉伸机在压力情况下严禁拆卸液压系统中的任何零件。

（6）在测量钢筋的伸长或拧紧螺帽时，应先停止拉伸，操作人员必须站在两侧面操作。

（7）用电热张拉法带电操作时，应穿绝缘胶鞋和戴绝缘手套。

（8）张拉时，不准用手摸或脚踩钢筋或钢丝。

（9）作业后，切断电源，锁好电闸箱。千斤顶全部卸荷并将拉伸设备放在指定地点进行保养。

《预应力机械及施工技术》是建设机械岗位培训教材之一，主要内容有：预应力基础知识，预应力筋及锚夹具，预应力设备，预应力混凝土施工，预应力技术在各领域的应用，预应力安全管理及常见问题处理，现场实习。

第一篇 预应力基础知识

一、预应力基本概念

（一）预应力技术的基本原理

（二）钢筋混凝土构件

（三）预应力混凝土的基本知识

二、预应力理论介绍

（一）预应力损失

（二）有粘结和无粘结预应力的区别

第二篇 预应力筋及锚夹具

三、预应力筋

（一）预应力混凝土用钢丝

（二）预应力混凝土用钢绞线

（三）预应力混凝土用钢筋

（四）非金属预应力筋

（五）预应力筋的其他形式

（六）预应力钢材的订购与存放

（七）预应力钢材的检验

四、预应力锚固体系及验收标准

（一）钢绞线锚固体系

（二）钢丝束锚固体系

（三）钢筋锚固体系

（四）锚、夹具验收标准

第三篇 预应力设备

五、张拉设备

（一）液压千斤顶

（二）高压油泵

六、固定端制作设备

（一）挤压机

（二）镦头器

（三）压花机

七、灌浆设备

（一）真空泵

（二）灌浆泵

（三）塑料焊接机

第四篇 预应力混凝土施工

八、后张有粘结预应力施工

（一）概述

（二）后张有粘结预应力施工工艺

（三）预应力筋下料及制作

（四）预留孔道

（五）钢筋工程及混凝土工程

（六）预应力筋穿束

（七）预应力筋张拉

九、后张无粘结预应力混凝土结构施工

（一）后张无粘结预应力施工工艺

（二）无粘结筋检验、下料及铺设

（三）无粘结筋的张拉

十、先张法施工工艺

第五篇 预应力技术在各领域的应用

十一、环形后张预应力锚固体系

（一）概述

（二）环锚的结构

（三）环锚的安装

（四）常用环锚类型及参数

十二、斜拉索张拉锚固工艺

（一）斜拉桥及斜拉索

（二）OVH250拉索体系

（三）斜拉索的施工工艺

（四）斜拉桥的换索

十三、体外索工程及应用

（一）体外预应力技术简介

（二）OVH体外预应力体系主要特点及基本组成

（三）两种类型体外索锚具及主要尺寸

（四）OVH体外预应力体系在工程上的应用

十四、大吨位构件液压提升及顶推牵引技术

十五、边坡锚固技术

第六篇 预应力安全管理及常见问题处理

十六、预应力安全管理

（一）安全宣传与教育

（二）安全管理制度

（三）预应力施工安全措施

十七、预应力施工常见问题及处理办法

（一）预应力材料、锚夹具常见问题及处理办法

（二）预应力设备常见问题及处理办法

（三）预应力工程常见问题及处理办法

第七篇　现场实习

十八、穿心式千斤顶的拆装

十九、YDC240QX前卡式千斤顶的拆装

二十、ZB4—500电动油泵的结构

二十一、现场张拉实习

主要参考文献 2100433B

根据锚固方式或锚固材料的不同，常用的预应力锚杆有机械胀壳预应力锚杆、树脂预应力锚杆、水泥药卷预应力锚杆。

预应力锚杆机械胀壳预应力锚杆

机械胀壳预应力（下图《机械胀壳预应力锚杆》所示）锚杆的基本原理是利用其锥形的端部在沿螺纹旋转时，将两片带有倒钩的外壳胀开，使其压紧在岩壁上而产生锚固力。其优点是装锚后能立即发挥支护作用，并且可以通过拧紧螺帽对锚杆施加低吨位（不超过50～80kN）的预应力，缺点是锚固会逐渐松弛，需要经常拧紧螺帽，且杆体没有砂浆保护，容易锈蚀，故多用作临时支护。若后续对杆体进行水泥注浆，可以作为永久支护。

机械胀壳式锚杆适合于坚硬的岩石，由于与楔形体接触的岩石变形和破坏，它们在密集节理化岩石和软弱岩石效果中不太好，也不适用附近受到爆破振动的锚固。

预应力锚杆树脂预应力锚杆

树脂预应力锚杆的锚固端采用树脂卷作为锚固剂，由树脂药包、杆体及垫板等组成。树脂预应力锚杆具有承载快、锚固力大、安全可靠、施工操作相对简便、适用范围广等优点，且控制围岩位移和抗震性能好，适用于Ⅰ～Ⅳ类的围岩主动支护，克服了机械胀壳预应力锚杆不宜使用在密集节理化岩石和软弱岩石的弱点。但是锚固端的树脂药包需要机械高速搅拌均匀才能迅速凝固发挥端头锚固作用．限制了它在一些机械不方便到达区域的使用。

树脂预应力锚杆的杆体材料宜用Ⅱ级钢筋，直径为16～32mm；锚头的锚固长度宜为500～1000mm；设计锚固力不应低于50kN。鉴于树脂锚杆的长期抗腐蚀保护能力存在某些不确定性，现行一般的做法是采用端头锚固采用树脂卷并施加预应力，自由拉伸杆体采用水泥注浆，确保锚杆的长期耐久性。

预应力锚杆水泥药卷预应力锚杆

水泥药卷预应力锚杆的锚固端采用快硬水泥药卷作为锚固剂，通过快硬水泥对岩壁和杆体的粘结而起张拉锚固作用。自由张拉段采用缓凝水泥药卷作为后续锚杆的锚固与防腐层。

水泥药卷制作简便、材料来源广泛、成本低，便于机械化操作，安装速度快，无粉尘危害，适用于Ⅰ～IV类的围岩支护。

水泥药卷预应力锚杆的杆体材料宜用Ⅱ级钢筋，直径为16～32mm；锚头的锚固长度宜为1000～2000mm；设计锚固力不应低于50kN 。