先张预应力混凝土预制梁台座设计

【摘要】K= Mr/ MOV=(G1L1+ G2L2+ G3L3+ G4L4)/ N h1>1.5 式中 :K―抗倾覆安全系数,一般不小于1.5;MOV―倾覆力矩,由预应力筋的张拉力产生;Mr―抗倾覆力矩,由自重力和土压力等产生;G1―台座...

先张法预制梁生产中,钢绞线张拉是最重要的环节。换言之,钢绞线张拉是梁体质量的关键工序,而张拉台座是张拉质量保证的前提,同时也是保证安全生产的关键。因此张拉台座的设计至关重要。本文按照有关规范并结合工程实际对其进行了详细的设计计算。

1.稳定性验算

20米空心板梁钢绞线张拉力:单根钢绞线张拉力为196KN,共有15根钢绞线,按超张拉力105%计算。

N=196KN×15根×1.05=3087KN

1.1 抗倾覆验算:抗倾覆验算按下式计算(图1):

K= Mr/ MOV=(G1L1+ G2L2+ G3L3+ G4L4)/ N h1>1.5

式中 :K―抗倾覆安全系数,一般不小于1.5;MOV―倾覆力矩,由预应力筋的张拉力产生;Mr―抗倾覆力矩,由自重力和土压力等产生;G1―台座外伸部分的重力;G2 、G3 、G4―台座部分的重力; Li―各部分重心至O点的水平距离;N―预应力筋的张拉力;h1―张拉力合力作用点至倾覆转动点O的垂直距离。

平衡力矩: Mr=G1L1+ G2L2+ G3L3+ G4L4=2×1×2×24.5×9.7+1.7×1×3×24.5×8.35+(3×1+0.5×2)/2×1×24.5×7+(2×0.5+0.5×1)/2×6.5×24.5×3.25=2725.1 KN•m

倾覆力矩:MOV=N h1=3087×0.3=926.1 KN•m

抗倾覆安全系数:K= Mr/ MOV=2725.1 /926.1=2.9>1.5 (安全)

1.2 抗滑移验算:抗滑移验算按下式计算:K= N1/N≥1.3,此处忽略混凝土台座与土的摩阻力和土对台座的被动土压力作用。设作用于台座上的滑动力N全部作用于传力柱上,即 N1≥1.3 N=1.3×3087=4013.1 KN(用于计算传立柱)

2.牛腿设计

2.1 牛腿受拉钢筋配筋设计

已知:N=3087 KN h0=2700-50=2650 mm fg=300 MPa

h1=300 mm

Ag=(N h1) /(0.85 h0 fg)=(3087×795×103)/(0.85×2650×300) =3631.7 mm2

设计规范规定:承受竖向所需的水平纵向受拉钢筋的配筋率(按全断面计算)不应小于0.2%。现Ag小于规范规定,故取Ag=0.002×A =0.002×2.75×106=5500 mm2=55.0 cm2 选用Ⅱ钢筋12Φ25mm钢筋,Ag=12×4.909=58.908 cm2>55.0 cm2 满足要求。

2.2 牛腿弯起钢筋设计

本台座 h1/ h0=300/2650=0.11

Ag=0.0015×(2+0.75)×106=4125 mm2=41.25 cm2

选用Ⅱ钢筋12Φ25mm钢筋(配筋构造图如图3所示),

Ag=12×4.909=58.908 cm2>41.25 cm2 满足要求

2.3 牛腿采用水平箍筋Ⅰ钢筋φ10且双支箍,间距100 mm(配筋构造图如图3所示),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)。

2.4 裂缝控制验算

N≤(βfTKbh0) / (0.5+ h1/ h0) 式中:β―裂缝控制系数 取β=0.65,则有: N=(0.65×1.8×2.75×103)/(0.5+300/2650) =5247 KN > N=3087 KN (安全)

2.5 牛腿支承面混凝土强度验算

N/A=3087/(0.5×1)=1.543Mpa

3.传力柱配筋设计

已知:h=1000 mm h0=1000-50=950mm a=50mm b=50mm fcm=21.5 Mpa fy=300 Mpa

由抗滑移验算可知,传力柱上抵抗力应N1≥4013.1 KN,取N=4013.1 KN

e0=M/N=4013.1×300/4013.1=300 mm>0.3×950=285 mm

故ea=0 e1= e0+ea= e0 ψ=l0/h=5000/100=5

故不考虑挠度对纵向偏心距的影响,η=1

e=ηe0+h/2-a=300+1000/2-50=750 mm

x=N / (γb/γc•fcmb)= 4013.1×103/(0.95/1.25×21.5×500) =491 mm

Ag= A`g =2×4.909=9.818cm2>8.95 cm2 (满足要求)

4. 钢横梁设计:

4.1钢横梁承受的均部荷载为:

q=3087/1=3087 KN/m M=1/8 q L2=1/8×3087×12=385.875 KN•m

4.2钢梁需要的截面抵抗距为:

W=M/f=385.875×106/315=1225×103mm3

用16Mn钢,2I40b,Wx=1140×103×2=2280×103 mm3>1225×103mm3 (满足)

钢梁的剪力为: V=1/2 q L=1/2×385.875×1=192.94 KN

钢梁的剪应力为:τ= V/F=192.94×103/(9410×2)=10.252 Mpa

钢梁变形值为:ωmax=(5 q L4)/(384EI)=(5×3087×10004)/(384×2×105×22780×104×2) =0.441mm