先张法是在浇筑混凝土之前张拉钢筋(钢丝)产生预应力。一般用于预制梁、板等构件。如图5.43为预应力混凝土板生产工艺流程图。先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件,如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等。

图5.43　先张法生产示意图

(a)预应力筋张拉；(b)混凝土浇筑和养护；(c)放松预应力筋
1—台座；2—横梁；3—台面；4—预应力筋；5—夹具；6—构件

先张法生产时,可采用台座法和机组流水法。采用台座法时,预应力筋的张拉、锚固,混凝土的浇筑、养护及预应力筋放松等均在台座上进行；预应力筋放松前,其拉力由台座承受。采用机组流水法时,构件连同钢模通过固定的机组,按流水方式完成(张拉、锚固、混凝土浇筑和养护)每一生产过程；预应力筋放松前,其拉力由钢模承受。

1.先张法施工准备

(1)台座。台座由台面、横梁和承力结构等组成,是先张法生产的主要设备。预应力筋张拉、锚固,混凝土浇筑、振捣和养护及预应力筋放张等全部施工过程都在台座上完成；预应力筋放松前,台座承受全部预应力筋的拉力。因此,台座应有足够的强度、刚度和稳定性。台座一般采用墩式台座和槽式台座。

槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成,如图5.44所示。槽式台座既可承受拉力,又可作蒸汽养护槽,适用于张拉吨位较高的大型构件,如屋架、吊车梁等。槽式台座需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算。槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力矩及部分张拉力矩组成。

图5.44　槽式台座

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)夹具。夹具是先张法构件施工时保持预应力筋拉力,并将其固定在张拉台座(或设备)上的临时性锚固装置。按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉夹具。

钢丝锚固夹具分为圆锥齿板式夹具(图5.45)和镦头夹具(图5.46)。

图5.45　钢质锥形夹具

(a)圆锥齿板式；(b)圆锥槽式
1—套筒；2—齿板；3—钢丝；4—锥塞

图5.46　固定端镦头夹具

1—垫片；2—镦头钢丝；3—承力板

钢筋锚固夹具。钢筋锚固常用圆套筒三片式夹具,由套筒和夹片组成(图5.47)。

图5.47　圆套筒三片式夹具(单位：mm)

(a)装配图；(b)夹片；(c)套筒
1—套筒；2—夹片；3—预应力钢筋

张拉夹具是夹持住预应力筋后,与张拉机械连接起来进行预应力筋张拉的机具。常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具、楔形夹具等,如图5.48所示,适用于张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。

(3)张拉设备。张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程不小于预应力筋伸长值的1.1～1.3倍。

钢丝张拉分单根张拉和成组张拉。用钢模以机组流水法或传送带法生产构件时,常采用成组钢丝张拉。在台座上生产构件一般采用单根钢丝张拉,可采用电动卷扬机(图5.49)、电动螺杆张拉机进行张拉。

钢筋张拉设备一般采用千斤顶,穿心式千斤顶(图5.50)用于直径12～20mm的单根钢筋、钢绞线或钢丝束的张拉。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5.48　张拉夹具(单位：mm)

(a)月牙形夹具；(b)偏心式夹具；(c)楔形夹具

2.先张法施工工艺

(1)张拉控制应力和张拉程序。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。控制应力的数值直接影响预应力的效果。施工中采用超张拉工艺,使超张拉应力比控制应力提高3%～5%。

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规定。(www.daowen.com)

张拉程序可按下列之一进行：

或

式中　σcon——预应力筋的张拉控制应力。

图5.49　卷扬机张拉、杠杆测力装置示意图(单位：mm)

1—钳式张拉夹具；2—钢丝绳；3、4—杠杆；5—断电器；6—砝码；7—夹轨器；8—导向轮；9—卷扬机；10—钢丝

图5.50　YC—20型穿心式千斤顶

(a)张拉；(b)复位
1—钢筋；2—台座；3—穿心式夹具；4—弹性顶压头；5、6—油嘴；7—偏心式夹具；8—弹簧

预应力钢丝张拉工作量大时,宜采用一次张拉程序0→103%σcon。

张拉设备应配套校验,以确定张拉力与仪表读数的关系曲线,保证张拉力的准确,每半年校验一次。设备出现反常现象或检修后应重新校验。张拉设备宜定岗负责,专人专用。

(2)预应力筋(丝)的铺设。长线台座面(或胎模)在铺放钢丝前,应清扫并涂刷隔离剂。一般涂刷皂角水溶性隔离剂,易干燥,污染钢筋易清除。涂刷均匀不得漏涂,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。

3.预应力筋的张拉

(1)张拉前的准备。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；张拉设备是否完好,测力装置是否校核准确；横梁、定位承力板是否贴合及严密稳固；预应力筋张拉后,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%；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,并做好预应力筋张拉记录；在已张拉钢筋(丝)上进行绑扎钢筋、安装预埋铁件、支承安装模板等操作时,要防止踩踏、敲击或碰撞钢丝。

(2)混凝土的浇筑与养护。为了减少混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失,在确定混凝土配合比时,应优先选用干缩性小的水泥,采用低水灰比,控制水泥用量,对骨料采取良好的级配等技术措施。预应力钢丝张拉、绑扎钢筋、预埋铁件安装及立模工作完成后,应立即浇筑混凝土,每条生产线应一次连续浇筑完成。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。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14d。干硬性混凝土浇筑完毕后,应立即覆盖进行养护。当预应力混凝土采用湿热养护时,要尽量减少由于温度升高而引起的预应力损失。为了减少温差造成的应力损失,采用湿热养护时,在混凝土未达到一定强度前,温差不要太大,一般不超过20℃。

4.预应力筋放张

(1)放张顺序。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；预应力筋放张顺序应符合设计要求,当设计未规定时,要求：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,从两边逐渐向中心进行。

(2)放张方法。对于中小型预应力混凝土构件,预应力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；对于构件应从外向内对称、交错逐根放张,以免构件扭转、端部开裂或钢丝断裂。放张单根预应力筋,一般采用千斤顶放张,构件预应力筋较多时,整批同时放张可采用砂箱、楔块等放松装置。