先张法预应力台座设计及应用

摘要：本文主要介绍了先张法预应力台座强度、刚度、稳定性的验算，以及台座的实际应用,有很强的可操作性和实用性。

关键词：城市工程；先张法；台座；设计；应用

Abstract: this paper mainly introduces the method to zhang prestressed pedestal of the strength, stiffness and stability analysis, and the actual application of the pedestal, have very strong feasibility and practicality.

Key words: the city of engineering; First a law; Base; Design; application

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1.前言

预应力技术的应用,降低了混凝土构件的配筋率，缩小了断面尺寸,减少了自重, 构件的单跨能力有大幅度的提升。先张法的施工工艺简单、技术成熟、质量稳定，而广泛地运用于各类大跨径简支梁桥中，尤其是在城市桥梁中的应用更为广泛，但先张法施工与后张法相比，要先建立临时张拉台座, 而台座的稳定性、可靠性、安全性、经济性直接影响到梁板的生产。乌鲁木齐市克拉玛依路高架桥1标均为22m先张法预应力空心板梁,现就该先张法预制场台座的设计及实际应用做详细的论述。

2.台座布置及设计

由于空心板梁数量大，工期紧，为确保在合同规定的工期内成施工任务,先张法预应力台座共设6条生产线，每条生产线设4个槽位, 每个槽位长度119.4m，按22m空心板梁计算，一个槽位可布置底座5个，梁场共布置布置底座120个。

2.1空心板断面型式

预应力空心板采用标准的270级φj15.24钢绞线，其标准强度Rby=1860MPa，截面积A=140mm2，Ey=1.9×105 N/mm2。张拉δk=0.75Rby=1395MPa，布置在底板呈直线分布，部分预应力有效长度范围以外部分采用PVC管套住，进行失效处理，以减少端部局部承压力。采用自锚式千斤顶张拉钢铰线。钢铰线张拉顺序为：0初始应力103%σk(锚固)。预应力混凝土设计标号为C50。

2.2台座的布置

先张法台

座采用传力

1-1图 空心板断面型式 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，张拉台两端设置重力墩，来增强抗倾覆能力，边传力柱尺寸为b×h=450mm×600mm，中传力柱尺寸为b×h=500mm×600mm台座混凝土部分均采用C30混凝土。

台座长：(梁)5×22.0m+(梁间距)4×1.0m+(端部)2×2.7m=119.4m；

台座宽：槽宽[(1.0m+0.3m×2)×4]+压杆[0.45m×2+0.5m×3]=8.8m；

1-2图台座横断面布置图

2.3检算资料及依据

22m预应力空心板的边板钢绞线为21束，中板的钢绞线为19束，按21束钢绞线计算，作用于横梁上的力N=21×195.3KN =4101.3KN。

C30混凝土轴心抗压标准强度为22MPa。

Ⅰ级钢筋抗拉设计强度为240MPa。

Ⅱ级钢筋抗拉设计强度为340MPa。

2.4张拉部锚固力的传递分配方式

①整体张拉到设计应力4101.3KN时，张拉力通过钢横梁传到千斤顶，再传到受压长线柱。

② 张拉完成锚固后，张拉横梁与锚固横梁直接承受弯矩和剪力，并将力传到传力受压柱。

③预应力筋整体放张时，作用在张拉锚固横梁上的力逐渐减少。

2.5验算内容

①钢横梁强度验算和刚度验算。

②传力柱的受压强度验算及配筋。

③张拉台座的抗倾覆验算。

2.6抗倾覆验算

1-3图 抗倾覆计算简

①抗倾覆力矩M1=[(2.5×1.1×2.1)+(2.5×2/2×2.1)]×240=2646KN；钢

筋混凝土的重力度：240KN;

②倾覆力矩：M=21×195.3KN=4101.3KN×0.245m。=1004.82

③、抗倾覆安全系数：

= 2646 / 1004.82= 2.633>1.50（安全）。

2.7传力柱验算

传力柱的计算长度L根据两端固定及现场实际情况整体考虑进行取值，则计算长细比λ=L/b=1100/45=22通过查表得纵向弯曲系数=0.65。

当同一个台座4条底板钢绞线全部张拉完成时，即为传力柱的最不受力情况，每条传力柱的最不利荷载=（1395×140×21×4）/5=3281.04KN，计算时取=3300KN，轴心受压构件正截面承载力计算为：

则:Nj≥Nd=×(1/××A+1/××A¹g)

=(1/×Nj/-1/××A)/ =17.47cm2

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，=22MPa；

―钢筋的抗压设计强度，=340 MPa；

A ―构件截面面积,45×60=2700 cm2。

则可得：=17.47cm2

传力柱内设4φ20+4φ16钢筋，设φ8@200mm的钢筋网, 则=20.6cm2,满足强度要求。

2.8钢横梁的验算

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。规范中要求，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。

①简化形式

将横梁简化为简支梁，传力柱为活动铰

支座，跨径为2.10m，均布荷载为4101.3KN，按均布荷载计算，安全系数取值1.30。

1-4图钢横梁计算简图

q=4101.3×1.3/1.2m=4443.08KN /m

②钢横梁组合截面的惯性矩计算

1)钢板1的惯性矩I1=b×h3/12=2×603/12=360

1-5图钢横梁断面 00.0cm4， 其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和：

I1 =4×I1=4×36000.0cm4=144000.0 cm4

2)钢板2的惯性矩I2=b×h3/12=60×23/12=40.00cm4

其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和：

I2=2×(Ⅰ2+b×h×y2)=2×(40.00+60×2×29.52)=208940.00cm4

(3) 钢横梁组合截面的惯性矩

Iz=+I1.1+I2.2=144000.0cm4+208940.00cm4 =352940.0m4

③钢横梁正应力强度验算:

最大拉应力发生在跨中弯矩最大的截面上

Mmax=q×L2/8=4443.08KN/m×2.1 2/8=2449.25 KN・m

钢横梁下边缘截面抵抗矩

Wz=Iz/Y=352940.0cm4/（27.5+2）=11964.07cm3

最大正应力（下边缘截面处）为：

σmax= Mmax /Wz = 2449.25 KN・m×103/（11964.07cm3×106）=204.71MPa,

σmax＜［σ］=205 MPa满足强度要求.

④钢横梁刚度验算

按公式f=5ql4/384EI

fMax=5×4443.08KN/m×2.14/（384×2×105×352940.0cm4×104）

=1.59mm

3.结语

先张法预应力梁桥被普遍采用，但在施工实践中，很少有关于先张法预应力张拉台座的设计和应用案例的介绍资料，许多施工单位是凭经验或是照类似的图纸来实施，缺少理论依据。通过在乌鲁木齐市克拉玛依路高架桥1标均为22m先张法预应力空心板梁实际应用, 施工实践效果很好。

参考文献：

1、JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范

2、周水兴 何兆益 邹毅松等编著的《路桥施工计算手册》 人民交通出版社2001年10月

3、胡师康 桥梁工程(上册)人民交通出版社1997年9月

吴思明（1972），男，1972年生，新疆乌鲁木齐人, 新疆维泰开发建设（集团）股份有限公司，本科，工程师，主要从事公路工程、市政工程施工管理。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。