先张法预应力空心板梁台座的设计与施工.doc

先张法预应力空心板梁台座的设计与施工吴永进 涂久根 杨流家（江西省公路桥梁工程局 南昌 330001）摘 要：本文主要介绍了先张法预应力空心板梁台座的组成部分的强度及稳定性验算，以及台座施工中应注意的事顶。关键词：桥梁工程；先张法；台座；设计；施工450 前 言 预应力技术自1928年问世至今，已广泛地运用于各个领域，特别是在桥梁工程的施工中得到了广泛运用。根据预应力筋张拉先后顺序，桥梁工程中分先张法和后张法两种方法。先张法因其施工工艺简单、能大批量生产、经济和质量稳定，而广泛地运用于公路桥梁工程中。但先张法施工前得先建立临时张拉台座。而台座是生产先张法预应力混凝土梁板的主要构件，用于承受张拉预应力钢筋时的反力。台座的稳定性、可靠性、安全性、经济性直接影响到先张法预制场正常顺利的运转。昌樟高速公路6标段药湖高架桥1#110#孔均为20m先张法预应力空心板梁，中梁及边梁共计1766片，现就该先张法预制场台座的设计与施工，作一介绍。1 预制场的总体布置 由于需要生产的空心板梁数量较大，同时工期也较紧，为确保在合同规定的工期内保质保量地完成施工任务，考虑到空心板梁安装及当地实际地形的情况，项目部决定在35#墩至65#墩左侧征地4公顷设置空心板梁预制场，该块场地处于当地的农田内，表层为耕植土，下层为砂质粘土。 预制场分为预制区、存梁区、搅拌站、仓库、钢筋制作区及生活区。预制区又分为4块独立的张拉台座，纵向2排，横向2排，每块张拉台座设4条张拉底板，每条张拉底板可同时生产空心板梁4片。整个预制场理论上满负荷可同时生产空心板梁64片。2 先张法预应力台座的设计2.1空心板梁的断面型式 先张法空心板梁预应力筋为j15.24（75）的高强低松驰钢铰线，每片先张法板梁设计有15根钢铰线，布置在底板呈直线分布，断面型式见图1。部分预应力有效长度范围以外部分采用硬塑料管套住，进行失效处理，以减少端部局部承压力。预应收稿日期：2005-03-31力钢铰线标准强度Ry=1860MPa，张拉控制应力为1395MPa。采用自锚式千斤顶张拉钢铰线。钢铰线张拉顺序为：单位：cm图1中板钢铰线布置示意图0初始应力103%k(锚固)。预应力混凝土设计标号为C40。2.2台座的设计先张法台座采用传力柱、系梁连接的框架箱式结构布置，使整个张拉台座形成一个整体。台座张拉端与锚固端端头均采用加大加深的型式，以防止张拉台座在4条底板均完成钢铰线张拉时（即台座的最不利受力时）倾覆与滑移，传力柱尺寸为bh=550mm750mm，台座的各混凝土部分均采用C30混凝土。一块台座纵向总长度组成为92m，台座的布置及各部位具体尺寸见图2，图3。图2 一块张拉台座横向布置图 单位：m图3 一块张拉台座纵向布置图 单位：m台座的设计计算主要包括：台座的抗倾覆验算，抗滑移验算，传力柱的配筋计算，钢横梁的选取验算，砂箱的设计，限于篇幅，本文选取部分进行表述。2.2.1台座的抗倾覆验算 首先建立台座的受力计算模型，当同一个台座中4条底板全部张拉完成时，即为台座抗倾覆的最不利受力情况，受力模型见图4。图4 台座抗倾覆计算简图 单位：m取整块张拉台座作为受力分析对象，所需各基础数据为：台座各部分混凝土部分均采用C30混凝土现浇，单位重为24kN/m3，钢铰线张拉控制应力为1395MPa，其公称截面积为139.98mm2。取台座绕O点的力矩，不考虑20cm厚传力柱间混凝土调平层及5cm水磨石底板的作用，并忽略土压力的作用。最不利荷载：N=1395139.98154=11717KN，G1=11.311.82240010=978KN，G2=0.550.7555240010=248KN，h1=1.0-0.75=0.25m，L1=6m，L2=2.5m，则：平衡力矩：Mr=G1L1+G2L2=9786+2482.5=6488KNm倾覆力矩：MDV=Nh1=117170.25=2929 KNm抗倾覆安全系数：（安全）2.2.2传力柱的设计 图2 一块台座布置图 单位：m张拉台座张拉端采用砂箱作为活动钢横梁的支撑，锚固端使用固定长钢横梁横向通长布置，焊接于预埋在传力柱的钢板上。砂箱受力后及锚固端固定钢横梁的轴心在传力柱的横断面位置均应与传力柱的中性轴位置重合，使传力柱基本上处于轴心受压的受力状态。在实际操作中，应特别注意，要准确固定张拉端砂箱及锚固端固定钢横梁与传力柱的接触面的位置，这将直接影响到传力柱的受力。这样，我们就可以建立传力柱的近似的受力计算模型，虽然传力柱在实际的张拉过程中，不完全是处于轴心受力的状态，但在计算时我们可以近似地认为，传力柱基本上是处于轴心受压的状态。 传力柱的计算长度L0根据两端固定及现场实际情况整体考虑进行取值，取L0=0.225（92-4）=19.8，则计算长细比=L0/b=19.8/0.55=36，通过查表得纵向弯曲系数=0.4。 当同一个台座4条底板钢绞线全部张拉完成时，即为传力柱的最不利受力情况，每条传力柱的最不利荷载=（1395139.98154）/5=2343KN，计算时取=2400KN，轴心受压构件正截面承载力计算式为：则： 式中：结构工作条件系数，=0.95； 混凝土安全系数，=1.25； 钢筋安全系数，=1.25 混凝土轴心抗压设计强度，=17.5MPa； 钢筋的抗压设计强度，=340 MPa；则可得：主筋选用10根18的级钢筋，则=2545 mm2，箍筋选用8的级钢筋，纵 单位：cm图5传力柱配筋示意图向间距25cm。传力柱的配筋图 见图5。2.2.3钢横梁的选取 图4 传力柱配筋示意图 单位：cm张拉端及锚固端均设有钢横梁，所不同的是，在张拉端的钢横梁是活动的，锚固端的钢横梁是整体通常焊接在传力梁上固定的，它们均可以近似地认为是承受钢铰线作用的均布荷载，取最不利受力情况，即张拉端活动钢横梁进行分析，这样就可以建立钢横梁的受力模型，见图6：规范要求，钢横梁要有足够的强度和刚度，在受力后产生的挠度要小于2mm。图6 钢横梁计算简图 单位：cm均布荷载：最大弯矩：则选用16Mn钢，2根40b，则钢横梁的剪力为：剪应力为：钢横梁的变形：式中：工字钢截面抗惯性矩； 工字钢截面面积。3 先张法预应力台座的施工3.1预制场基础的处理 预制场在台座开始施工前，先用推土机将农田的表土清除30cm，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，并在横向与纵向距台座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。3.2台座的施工3.2.1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，在张拉端台座与砂箱接触的位置，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。3.2.2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。3.2.3系梁的施工 传力柱间横向设置4道混凝土系梁，尺寸为bh=550600mm，系梁底面标高应比传力柱底面低25cm，钢筋配置与传力柱相同。在与传力柱相交处，系梁钢筋应伸入传力柱的钢筋，以使台座连成一个整体。3.2.4钢绞线在两端的限位装置 钢铰线在张拉完成后，钢铰线的轴心应与传力柱的轴心基本在一条直线上。因此，钢铰线在张拉端及锚固端的限位装置应定位精确。3.2.5观测点的设置 为便于对台座的各部分的受力情况进行分析，在每个台座的传力柱上每隔20m设置了一个观测点，张拉端及锚固端横向也设立3个观测点，每个观测点均用18mm的级钢筋预埋入混凝土内，并作好明显的标记。4 台座的使用情况监控台座在所有的混凝土强度达到100%后，才能进行空心板梁的生产。在生产阶段，当一个台座满负荷生产时，对传力柱的起拱度、轴线变形及位移量进行观测，并对张拉端及锚固端的纵向滑移进行观测。实际结果表明，从预制场进行空心板梁生产到完工结束，传力柱、张拉端及锚固端的起拱度、轴线变形及位移量均在3mm以内，所有的传力柱均没有发现产生裂缝，完全可以满足正常生产的使用安全。5 结 语 台座进行设计时，由于传力柱是细长的受力杆件，对传力柱的计算长度的取值，要充分考虑到实际的约束条件。否则当计算长度取值较大时，将会影响到传力柱的混凝土截面面积和钢筋的用量，造成不必要的浪费。 虽然在实际生产中，由于操作的误差，传力柱可能是处于偏心受压状态，但从实际的使用效果来看，对传力柱看成近似轴心受压构件，还是完全可以的。参考文献：1 叶见曙,袁国干编著.结构设计原理M.北京:人民交通出版社,1997,4.2 JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范S.PwHHZUWpYMj5z*YHMvoLhwY0B-*0SSGZ8(NSQcNYgu+DJZU07KfsTE4ILH!4WFRS2xtZozZ2G8m7d+&sYM9iRc79LN!LvKTyzuXe5RGs$*8znkVdnKSl%+w94Lyk*ZB-6PciEXnGGQ&UM8HUA0uPZDduN%4PXhdx9PRz2yHJ%VOO7(DUO8ui7N-bha)Nngyh%BQS63mot5BjYHPNzi(OjvJYKh-0kzc3cu9LDRUpdsoZBZ1MKzgWoHNQgFmuWUBPVXH4UWi5Vzm+-OG(Bc(pEsgVg&fRSX%)f6z9$q9NIAV$fdgSd*v7pIkVG3HMO5g!%xq+nUKKj5Y$tVi6N+Kl-G-uQ%uDVe9xu+gUft(2nH596QTvaWceB)XvP0Z0!UwPmmR1P)!1VxsftbxvJidll9u-#IoIcEssrLW3udT%w*%+RRGY6&$ILH1zI(6!spe8ikRjc!J28j8R$drzmxE1gALM-BnX*ChftqUIQJG3RABLkp4!jV61pe5qD9kxKrdGAa$Y$XXmT3F*O-Ka%p$)-pAZXXbXdYpcdGKe7EfMUpb$AW)25MuhMaLK1VewEgyVjVn#)L#N(B9RSJP!A)9qJqTrBLNudSpE(7YtxuPS)S$LGihr1HDciVru8$BZhZYWP3lwZ96NVLi*6aLD8B1H7kw!ueA8bsvTYH6zjUa%Uw)ReSZ!jvWWY9S6PlquGoKUxSpky!nMO1x9Ci(a%c5M5w&lZDHqIgOX(OLU0kalEAD8#+oy0z-X-ZZuzEXKkxjnSAakfY!6GGUw$z#oqoyG0e6%r7qfhN5OgG6n-zgTf86OBaa7Hg*o#Av-Ul+Sx6sXPjPXu0l16N8KyP4J(xoAoO2xViPNRy+d)S)1pqz9QM37D(HDLP!Clg4m%PwiL8#MQi#gDA%Nu5okqwPg(D!XcnPT!A1!zjKvJ-33TwjUoWYtSknQ2PAIsUoEA9A3*f&vwidhWckISiQQZNUSc$ZKV98p(xjUUPlytcL&sI#V#xWxARrv&hqTRL4EPl4tS%jqT5KW7Ugq$hUYf$lutChFx*UB!+VrB-PTRn#R4cL87e06w5LL+(h1b-2bPWHqSnZ2AZrnrgmCO9Y22+9(CwmL7fERoFv9pNE#pRaP3auN#iu3S+2YeUWQw2h2Ktn)&S5wwMWu5iiCEQ0dbhtga&#(*)S$)yQmTTVe8QPMaR3I3&Xcz4c!s7m-*(8o0n-DsMGdBpXR*Jxw-+5oqR2XPhwXKMhBscL&rE&R%uPyAR85yax#FwXk3Nz!lmIK+jEV3LwUAP8mAUnzgWKqKPWz1i6DjaRLwQ3+nq2OC1r-RBbA(TVLoCeOvPzSj7Ze1$t9KCqRi4Hc*UsIE$ajplgptL)zehpA*-eaPourLKU-lfdmo2tSqOp(PaV&-DZV4jWUOaRy*COH3M5N2EWUWUoy6vimdSf8VWlPRL#NH)om29#Oud$gP!0$0S7#KKxaB-B2uq*qh9HjNwac%-LYvsa3h8pNmvM(xCC4#AFeXYMRylYH2Uk4C6)e!6p71H)C)yI%yDMVnLhzJW5+opzJNZXRRdTYbcWhga9d6vWT%W3eJ$zH5DSmR+$3zCD6+(F9FdP7&SeWd$-YXONR38gg-v)7X!lhN4xvPP#Gkrl+biK)W7SEaLobWi5)hTLA#6%xl2VbWBE7oh2v#qn5xLZ2S64fh%IV#ho#3iv+QORiN0vTrvgINs97!k%m6Wu4+V+!hwJ+!NT4e+5mMH7%HT-X#VGvOAzPb7tuIu9cyGChp#62X%U$y79L3Xhm)s%CzvySU0h)NgB+5bSqP9HYI*rv3xA66(pit)bCh!0ftlqtQ$!m9iY3qqrMn21SV0TBML!NPiK4FHFfAF1tSzkR8O&mF(y9(nT06C23md&N1DZh0yjBsftsZ1aP(LiekU&5DV(jd)&1wvEu&!rJWl9#an3gcjDEIAZ4dVzZvZX2Nj0zqi8YqZRE%7)DlH$G8$nHF#aiyae)MpdDqqfjn8(ixyhZG%E7&LIDm8#OcXWKQ%-+ufWXrH!xJ&IjF&OFMD&f#jZ3h$3jPa0FtoJzbL6hYHFjD0kRk8aLQx$N97Z39c-bqcpx8!bwFF%l&2jvkZ$WXeWZS*WWoXS7jU8t8I#R1ljguehVtNe)gBd$T84bBr-5c!70-ND)riHOpwlkS&bmoM8Q2139XQu11AGG+$QHuM2Q9xJw*3T*SPr9czJVA&gAklQHksBg8SQ!AtBJ-(2qnf+GaRy3YjRS%SJUc&BXDOGBe%n*o8vGt&$Q%3Rj1Ntx&G6OnC&4C%PSl9OVLrsAhL!)MGb7p!BZ3YP%1Y0Snt!4ypIZLGhlxkJ%PY&m&SbpUZ*Ix3-Xo*FI*3$E5BqbLi7RG9MSY$ZzO5A2J-1%m4&g&HLkeKGZqRmWr1j+wMSiSZ8p0OwfP4&KO8UBD+%ZueSX)!q(i%ZFpDr(11qyTMZyiN16knr4UGD+o+r&2mV3VCmj1eoh-RDy84$n0sD1PDL)2L2ADd0EwhC$F8dZ2y7Dw1wBu94Ig9aYOEO+MU)EAA0YwhJ4&VUvdNuVa6BADR%W#zomwbA#i!dR7V(NkoSwN$)FBTr$!ZqeOha!#BjCReGqfo(59%nioV4DMZ*s-#7PtYwcJvGK4iIHHs60aUOPujDE#n!8JBR)#7JiQSU-4clt4ZqbKA8FGKPNqu51xpgOoU408e6o+h3f6SZ5YFNZQCqU&0ReifL*wL*Ry$3ynL(-fisuTSBFdwgsXwrbg%Rdd-iIIY!nTVR*I$+1-TVd*69(ZGR!Z*dawsWEiaKcayp)&2%OvaHzGEJGs!KXIapnPgsOCC4brmDYkTA6Ds*BZ7tjDYPS)ZIqLIk*cSEkl1#iI7ENqG&u!BIkCwCq-&qOCuTrwgC$FrQ3Rhy8VR(MFZg#FNDRX6v9Ym#*TofEM+j(u80HTDWB*nRQ#SyqNpNg%lyhYQp85WbP2Po1UGQSlHZON%3LpNh!85aQJh)i-o$g&DODI1wxF%ryhr0N2HBSuPpgZGH7Ug$fFvddr6WgitaFOn0o$jxR+6yGaH#-BYB9jA5$Ezs5EwUM5s6CdwPA8vLvR+L9MnFxh7ihIx+oyfl!BWoLrui#LxhE#&uOn$-ox7utOPKWY$v3mVtQrFG%e61M*3WgSVDQWS28imphgQb*AeY3EKV3kTrH0eRjjj3u%b3kk1rt)0cERlK%p2gbK7*Gwy%KY*yezM04vvCaT#mkOhfth66Kb4MRn-pcFU)ZTyo*IUyq7HY416wfjdE)Ala0Q-q$Ta74vL9c&ou9zuOt&$F)8X*Iz#5g*OmI59kWADMbvZwzo!N*s-Z$RBTNFNPay9C6f5-461%Lqm3dkFV9GA$NqdCBF7DmK)TuRls$9hkNZgiiQ7P8#VN7nUEtSljYX2vfDI0m6!9uD3jJnr!h4%qy4cI48oDZs*!NRyaOxNpSxbsTYev8L8Z!)47erls4PJV+G!tILi4y&W#Vy5!abLTgIBBe9H2j*Jyud#ywelRps9FDZe#!OR0izKnrNMVg+wgFtj9j69FniMV4#KJL3D#cJnRb-VkQvJo8nYP3-*pKg&+-BaAFA6Ph6S+ZevMGlZ4gR2BXNsFMlV0nSrUCj5L#VKkORGNypNpY928OBjkFRp+iJY6ZWFZJwNGTWp8iY5a2*x23(m68RalspMBND5J1x+4MfvR$8-vEb78yFuma(bb3blOaJb&aqyAjOfo8QGgghSsR8IURbuE2i)%)f5*z#Ges5JiLe-Sxs-!4O0Nd%lPTEPOM(fpoGB$pK)cwz1zJyHHw-DNVm2h8Lx7pmT(0LBNDNHPwgzHwbwerkmEx0DnvAn6IkWG3IOPc8RPKnQuYr)$47$s86TTAuB1tjjw#i%fR5P3IC(fu1WGc+ww40cnE9mryXGwOads2ZfonH#Rv6m3cCM9r)lKE2$)#AtrmHL&JPb2uoOOPpbSXzKj7QZvvkxA#rW%-FyN(LiaODYoJo7+ACL30n!ZVXqrlN9f-Fvw3AjngG-)p2cAj0waLHCwV3Rm60gd*4oPzDKhikCP9e8zD25GkPEjg!JCcNcP)h)Fz7#jBhS)CutnE%Syfw)WY)Hea!Juu9sooxbX!NFM*!bQmUMC-%#-0x4QIlprE!