预应力空心板梁台座的设计

摘要：结合中石油广西钦州1000万吨/年炼油项目配套10万吨码头工程实例，介绍预应力空心板张拉台座计算，为类似工程提供借鉴。

关键词：预应力 ；空心板；张拉台座；

1、概述

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。中石油广西钦州1000万吨/年炼油项目配套10万吨码头工程为重力墩式梁板结构，先张法预应力空心板梁共计280片，规格见下表，现就该先张法预制场台座的设计作介绍。

2、台座设计

本工程空心板的宽度宽，达到2.7米，张拉应力大，达到787.8吨。每槽的宽度为3.5米.跨度大。为了减小张拉受力钢梁的跨度,将传力柱断面在张拉端部局部加大,使张拉钢梁净跨为2.7米。并在传力柱端头底部增设一道钢筋砼横梁，使整个受力结构为框架受力结构。并减小传力柱的偏心受压应力。

钢梁采用30mm和20mm厚钢板加工焊接而成。由于本工程预制空心板的型号种类较多。每种板的钢筋间距都不相同。为了确保钢梁对所有空心板均可以施工，在钢梁中间留有一条40mm宽的缝，供张拉钢筋用。为了确保在张拉过程中张拉台座的砼受压能均匀受压，在张拉台座上预埋钢板来搁置张拉钢横梁。钢横梁设计成一根通长的整体钢梁,并和梁端预埋件焊接成一整体,使钢梁成为一根三跨连续钢梁。减小张拉时对传力柱的偏心压力。

本工程张拉方案为;选用一端为固定端,另一端为张拉端的施工方案。张拉端分为单根张拉和多根张拉二种。单根张拉设备较为简单，张拉速度较慢，但费用较低。多根同时张拉时，由于张拉线长，钢筋伸长量较大，千斤顶在单端一次无法张拉到位，需进行二端用4台5000KN的千斤顶同时张拉才能满足伸长量要求，而且在张拉前还需用单顶对每根钢筋先施加一定的拉力，确保在同时张拉时每根钢筋受力状态相同。张拉端需要一根张拉横梁和一根固定横梁。这样需要投入的机械设备较多。综合考虑本工程方案选用单根张拉的施工方案。

张拉钢筋直径为32mm，常规施工是采用对焊机先将钢筋按施工所需的长度对焊接长，然后对钢筋进行张拉，确保钢筋焊接没有问题后运到施工现场进行施工。由于钢筋直径大，对焊质量难以保证。钢筋接长采用钢筋连接器连接。由于钢筋粗，单根钢筋张拉应力大，张拉应力大于单根钢绞线的张拉应力，张拉采用钢绞线张拉不可行。本工程将采用直径为32mm的精钆螺纹钢进行张拉。精钆螺纹钢和张拉钢筋间采用特制的连接器进行连接。后方固定和固定端用精钆螺纹钢螺母进行固定。

因空心板重量在40~61吨不等，重量重，空心板吊运出槽采用汽车吊等起重机械施工比较困难，采用门式吊机进行砼浇注和空心板的出槽。门式起重机二支腿间距为15米，空心板最宽的为2.7米，传力柱设计为；边柱为宽500mm×800mm和中柱宽度为800mm×900mm二种，槽宽设计为3.5米宽。根据实际宽度进行布置，设置四条空心板预制生产线。

3、台座计算

3.1 台座长度计算

台座长度按下式计算（按槽数量最多的计算）：

L=l×n+(n一1)×1.5+2K=15.44×5+(4―1) ×1.5+2×2=87.2(m)。

式中: 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)；

K-台座横梁到第一根构件端头的距离，这里取0.8m。

台座结构如下所示：

3.2 台座稳定性验算

台座传力柱承受张拉力为轴心受压,不作稳定性验算，24根钢绞线空心板的控制张拉力：N=400Mpa×32×3.14×28mm2/ 4根=7878KN；考虑3%超张拉，最大控制应力：Nmax=N×103%=8114KN。中间台座按最大张拉应力设计,边上的二个台座按最大应力的50%为4057设计.

3.3 传力柱计算

3.3.1、断面计算：

现与Nmax =8114KN 进行中间传力柱的断面计算，现与Nmax =4057KN 进行边上的传力柱的断面计算.设传力柱横截面为矩形，中间的为;高h=800mm；宽b=900mm。两边的为;高h=800mm；宽b=500mm。砼标号C30,抗压强度为fc=14.3MPa。中间的传力柱横截面面积A=b×h×2=900×800×2 =720000mm2。两边的传力柱横截面面积A=b×h×2=500×800×2 =400000mm2。

其中间的正截面受压承载力应符合下列规定：

Nmax≤0.9φ(fcA+f'yA's)

Nd=0.9φ(fcA+f'yA's)=0.9×0.95×14.3×720000=8803KN

Nd> Nmax=8114KN,符合要求。

两边的传力柱为;Nmax≤0.9φ(fcA+f'yA's)

Nd=0.9φ(fcA+f'yA's)=0.9×0.95×14.3×400000=4891KN

Nd> Nmax=4057KN,符合要求。

由于 取φ=0.95，以小的两边控制.查表1得，L0／b=12

Lo=12×b=12×0.5=6m

查构件纵向弯曲时的计算长度表2,传力柱是直杆，两端按铰接，因此取Lo=1.0L，L=Lo／1=6／1=6m

根据以上计算得出，两个传力柱的自由长度为6m。即，两传力柱之间沿长度方向最长6m就要设一道横向联系梁，才能保证传力柱稳定。

3.3.2 配筋计算：

两边的传力柱按构造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=500×800×1%=4000mm2，用13根φ20钢筋，箍筋采φ8钢筋，间距为200mm。中间的传力柱按构造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=900×800×1%=7200mm2，用23根φ20钢筋，箍筋采φ8钢筋，间距为200mm。

3.4 张拉横梁计算

因钢梁是三跨连续钢梁，设计时接净跨3.5米进行设计.

横梁按局部承受均布荷载计算：q=8114/2.46=3298KN/m。

跨中最大弯距：M=ql(2l-L’)/8=

3202 KN×2.46m× (2*3.5-2.46)/8=4470KN・m

钢梁的剪力为：V = Nmax /2=8114KN/2=4057KN

⑴强度计算

钢梁所需截面抵抗矩：Wu=M/f=4470KN・m /215Mpa=20719cm3

采用钢板焊接组合梁：

钢组合梁的断面抵抗矩：W2=bh2/6- b1h12/6=60×952/6-48×892/6=26882 cm3；

W/ Wu=26882/20719=1.3,满足强度要求。

⑵抗剪计算：

钢梁的剪应力为：

τ=V／F=4057KN／(60*6+89*12cm2)=28.4N/mm2

⑶刚度计算：

钢梁变形值计算（只取热轧工字钢惯性矩，挠度计算值偏大）：

ωmax=5qL4／(384EI)

=5*3298*3504／(384×2060000×26882*95/2)

=2.45(mm)

4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。

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].

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。