先张法台座设计

第二绕城高速A2 标段 先张预制梁 台 座 设 计 编制： 审核： 审批： 目 录 1、结构设计 2、台座稳定性验算 1、抗倾覆验算 2、抗滑动验算 3、牛腿设计 1、开裂验算 2、配筋设计 3、承载力验算 4、传力柱设计 1、受力类型判别 2、配筋设计 3、承载力验算 5、钢横梁设计 1、尺寸设计 2、正应力强度验算 3、剪应力强度验算 4、刚度验算 5、剪力校核 6、施工台座的施工 二绕 A2-2，先张预应力构件台座设计 pyluby_001 第 3 页 共 16 页 本合同段先张梁预应力筋采用 j15.24 高强低松弛钢绞线，R y=1860Mpa，设计张拉应力为 0.75 R y（1395Mpa） 。j15.2 钢绞线公称面积 S=140mm2 , 本工程先张梁设计单根钢绞线张拉力为 N=195.3KN，台座按照单 片梁 17 根钢绞线的应力荷载设计，梁体单片最大张拉力为： Nj=195.3173320KN，按 3500KN 荷载进行台座设计。 1、结构设计： 牛腿采用 C40、传力柱采用 C30 钢筋混凝土结构，断面尺寸 50cm60cm，为防止传力柱失稳，传力柱每隔 8 米设一道联系地梁，中间共 设 10 道地梁，地梁断面尺寸为 20cm50cm，台座底板采取在碾压密实（密实 度达到 95%）的地基土上面整体浇筑 15cm 厚 C30 砼，再在其上浇筑一层 10cm 厚 C30 台面砼。用槽钢架控制台面宽度及平整度。台面上铺 10mm 厚钢板。 台座长度设计：L= l.n+(n-1)0.5+2K=204（4-1） 0.528=97.5 m【L台座长度(m)， l构件长度(m)；n一条生产线内 生产的预制梁数（片） ；1两构件相邻端头间的距离(m)； K台座横梁到第 一根构件端头的距离。 计 算 简 图 cmG1N2Nu 二、张拉台座稳定性验算（包括倾覆稳定性和滑动稳定性验算） 1、计算公式 （1） 、倾覆稳定性按下式验算： K0= M1/M = M1/Ne 1.50 （2） 、滑动稳定性按下式验算： Kc= N1/N 1.30 式中： K0抗倾覆安全系数； KC抗滑动安全系数； M1抗倾覆力矩，由台座自重和土压力等产生； M倾覆力矩，由预应力筋的张拉力产生； N预应力筋的张拉力； e 张拉力合力作用点到传力墩倾覆转动点 O 的力臂； N1抗滑动的力，由台面承受的水平反力、土压力和摩擦力等组成。 2、有关计算数据 （1） 、台座受力计算宽度：B=14.0m（见平面布置图） ； （2） 、台座前土体的容重：=18KN/m 3 ;（地基土物理力学强度指标） （3） 、台座前土体的内摩擦角：=35； （4） 、台座与土体间的摩擦系数：f=0.30； 3、抗倾覆验算（对 O 点取矩） （1） 、抗倾覆力矩（忽略台座后面的土压力和牛腿自重）： 二绕 A2-2，先张预应力构件台座设计 pyluby_001 第 5 页 共 16 页 M1 =G1L1G 2L2 =2.53.714246.250.854.514242.25= =22316.7KMm （2） 、倾覆力矩： 每条生产线张拉控制力：N=171395 140/1000=3320.1KN，按 3500KN 验算。 最不利情况是四条线同时生产 M = Ne = 435000.35= 4900 KN.M。 （3） 、抗倾覆安全系数： K0 = M1 / M = 23246/ 4900= 4.741.50（安全，满足抗倾覆要求） 。 注：本计算中绞线保护层 0.05m,细石混凝土台座厚 0.15+0.1m,倾覆点 O 取 台面底部下 0.05m 处,所以 e=0.05m+0.2m+0.05m=0.35m 4、抗滑动验算 抗滑移验算按（1） 、台面反力： N0 = B = 1.54300= 1800KN。 （2） 、台座与土体间的摩擦力： F = F1F2 =（G1G2） f =（2.53.7 14240.854.514 24）0.4 =（31081285.2） 0.4 = 1757.3KN。 （3） 、台座后最大的土压力 Ep： p = H tg 2（45/2）tg 2 （45/2） =126.1KN/m Ep =（pp ）/2 (Hh) B =2124.2KN 下式计算：K= N1/N1.3 后面传力柱配筋进行验算。 三、 牛腿设计 1、尺寸确定开裂验算 Fvs(1-0.5F hs/Fvs)ftkbl0/(0.5+a/l0) 其中:F vs作用于牛腿顶部的水平力，即钢绞线拉力的合力的一半取 0.5N=2100KN Fhs作用于牛腿顶部的竖向力,此为零 裂缝控制系数,静载取 =0.8 ftk混凝土轴心抗拉强度标准值,C30 取 2.01N/ mm2 a合力作用点距台面距离,取 a=0.05m b牛腿宽度取 1m h0牛腿长度的有效值,既牛腿高度减去钢筋保护层厚度 h0=2.2- 0.05=2.15m 则 F vs=2100KN3960 mm2 满足要求 3、 牛腿采用水平箍筋钢筋 12 且双支箍，间距 150 mm，满足规范 要求（规范要求：在牛腿上部 2/3 h0的范围内水平箍筋总截面积不少于承 受竖向力的受拉钢筋截面积的 1/2） 。 4、牛腿支承面混凝土强度验算（此采用 C40 砼） N/A=3500/(0.91)=3.889 Mpa 5，所以需要考虑二阶弯矩的影响。 N=T（N O+F+EP）=3500-(1800+1757.3+2124.2)/4=2079.6KN Mmax=Na=2079.60.3=623.88KNm (a 取张拉应力作用在传力柱上 时相对高度 300mm) e0=Mmax/N=623.88103/2079.6=300mm ea=maxh/30,20=20mm ei=e0+ea=300+20=320mm 1=0.5fcbh/N=0.519.1500600/2052.6103=1.41， 1=1 lo/h=8000/600=13.30.3ho=168mm x=N / a1fcb=215mm2as=80mm =/h o=0.384 minbho=560mm2 配筋选用 422+422 既 8380.1=3040mm 2Ag=As+As=2502mm2 2、抗滑动复验算： 传力柱断面为 A=b*h=5060=3000cm ，C40 砼轴心抗压设计强度为 Ra=20 Mpa,压柱内纵向采用 822级钢筋，箍筋 8，箍筋间距 200mm 以满足规范要求。配筋如图所示。Ag =3040mm 2 , A=300000mm2 ,其配 筋率为 3040/30000010.5%(满足设计规范要求 )。二级钢筋抗 压设计强度 Rg =300Mpa（配筋计算见下页偏心受压既配筋验算） 长细比 L0/b=8000/500=16，查表得纵向钢筋弯曲系数 =0.97, 由公式 Nu= b ( ARa/c+ Rg Ag /s) b 为工作条件系数取 0.95， c 为砼安全系数取 1.25， s 为钢筋安 二绕 A2-2，先张预应力构件台座设计 pyluby_001 第 9 页 共 16 页 全 系数取 1.25. Nu=0.950.97(20300000/1.25+3003040/1.25)=5096KN Nu=4Nu=45096=20384KN (按 4 个传力柱计算，实际应为 5 个。) 1.3 N=1.335004=18200 KN（安全，满足抗滑动要求） 5、钢横梁设计 根据台座布置图以及预应力钢绞线的布置，横梁拟选用 56a 型工字钢 焊接而成，横梁长 2.5 米，两端与传力柱端头钢板焊接成固结状态，其受 力（N 考虑安全系数取 4200KN）如图所示。 钢横梁横断面 钢 板 3 钢板 1 45 钢板 2 钢板 2 b 工字钢 钢 板 3 43 钢板 1 (1)、求 A、B 处的支反力：根据静力平衡方程得 RA=RB=QC=QD=ql/2=42001/2=2100KN (2)、跨中截面最大弯矩 Mmax=28001.52.5(2-1.5/2.5)/8=1837.5(KN.m) 作弯矩、剪力图（见附件）： 二绕 A2-2，先张预应力构件台座设计 pyluby_001 第 11 页 共 16 页 (3) 钢横梁组合截面的惯性矩计算 1 由材料型钢表查得：I56a 工字钢惯性矩 Ia=65585.57cm 4 2 钢板 1 和钢板 1的惯性矩 I1=bh 3 /12=2563 /12=29269.33cm4 其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和： I1.1 =2I1=229269.33=58538.66 cm4 (4) 钢板 2 和钢板 2的惯性矩 I2=bh 3 /12=2523 /12=23434.67cm4 其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和： I2.2=2I2=223434.67=46869.34 cm (5) 钢板 3 和钢板 3的惯性矩 I3=bh3 /12=4323 /12=28.67cm4 其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和： I3.3 =2(3+bhy 2 )=2(28.67+432292 )=144709.34cm4 (6) 钢横梁组合截面的惯性矩 Iz=(2Ia )+I1.+I2.2 +I3. =381288cm4 (7)钢横梁正应力强度验算: 钢横梁下边缘截面抵抗矩 Wz=Iz/Y=381288/（28+2）=12709.6cm 3 最大正应力（下边缘截面处）为： 3 6 max = Mmax /Wz = 1837.510 /（12709.6 10 ）=144.6MPa max =210 MPa 满足正应力要求. 2、钢横梁剪应力强度验算: 由材料型钢表查得：I56a 工字钢对重心轴静矩 Sz=1374.18cm 3 钢横梁组合截面重心轴静矩 Szmax=1374.182+2（282）11+2 （262）13+2（43 2） 29=10656.36cm3 钢横梁组合截面最大剪力：Qmax=21001.3=2730KN 4 最大剪应力 =(Q S )/(Izb) max max zmax 3 6 -8= 273010656.3610 10 /（38128810 0.43） 3、 =17.7MPa=100MPa 钢横梁刚度验算 4 满足剪应力强度要求 按公式 f=5ql /384EI 4 5 4 fMax =528002.5 /（384210 381288 10 ） =1.87mmf=l/400=2.5/400=6.25mm 满足刚度要求 故横梁采用 2 根 I56a 型工字钢（16Mn 钢）焊接而成，其各项指标符合 要求，结构安全。为了防止工字钢偏心受压扭动，在工字钢内侧加肋，间 隔 30cm 焊接厚 20 的加劲肋钢板。 4、端锚钢板尺寸选择 端锚钢板采用普通 A3 钢板制成，普通 A3 钢板的力学性能: =85Mpa 根据先张梁钢绞线位置，端锚板选择： 长宽厚200404cm 的钢板作承压端锚钢板，传力杆采用直径 为 25mm 的精轧螺纹钢，端锚板上孔的间距同预应力钢绞线的间距（以 5cm 计） ，孔径为 30mm。 剪应力校核： 端锚板采用厚度为 40mm 钢板制成，或由 2 片 2.0cm 厚钢板焊成。 剪切面积 A=L*=2500*40- 30*21*4058000mm ，剪力 Q4200KNZ 则 =Q/A420010 /(58000*10 )72.4Mpa 85 Mpa （剪切强度安 全） 2 3 -6 二绕 A2-2，先张预应力构件台座设计 pyluby_001 第 13 页 共 16 页 六、先张法预应力台座的施工 1、预制场基础的处理 预制场在台座开始施工前，在台座范围内用砾石回填 40cm，使台座的 基础比四周的原地面稍高，用压路机碾压密实，并在纵向距台座 0.5m 的地 方挖好排水沟，这样就能使在雨天及养生用水可以顺利地排出台座，不至 于积聚于台座周围，影响施工作业。 2、台座的施工 台座两端的施工 台座的张拉端及锚固端的混凝土因其体积较大，可 采用片石混凝土。需要注意的是，在张拉端台座与滑动钢梁的位置，应预 埋厚 2cm 的钢板，钢板上应焊接钢筋伸入张拉端台座内部，使砂箱所受的 张拉力能均匀地传到台座上，使该部位不会因局部压力过大而产生混凝土 破坏。锚固端则应在台座上预埋焊接固定钢横梁的钢板，所有预埋钢板的 位置均应预埋准确。 传力柱的施工 因混凝土传力柱为细长受力构件，施工顺直度的好坏， 将会影响到台座的受力性能。因此，在混凝土传力柱施工时，应使用经纬 仪观测传力柱模板的顺直度。传力柱内的钢筋可分节段制作，再运至开挖 好的基础内进行焊接连接，以保证钢筋顺直。 系梁的施工 传力