先张法预应力空心板张拉台座结构设计.doc

1先张法预应力空心板张拉台座结构设计1 先张法台座的基本要求1.1 承力台座必须具有足够的强度和刚度，其抗倾覆安全系数应不小于 1.5，抗滑移系数应不小于 1.31.2 横梁须有足够的刚度，受力后挠度应不小于 2㎜1.3 在台座上铺放预应力筋时，应采取措施防止沾污预应力筋1.4 张拉前，应对台座，横梁及各项张拉设备进行详细检查，符合要求后方可进行操作2 压杆式台座的设计2.1 压杆式台座结构形式的选定压杆式台座采用矩形截面压杆式台座为双肢受压结构，主要算其截面强度，稳定性及变形2.1.1 压杆的受力分析及计算方法由于钢绞线距底模距离一般设计为 4.5cm，因此纵向力作用在偏离压杆形心 0.5cm 处,可近似认为压杆为中心受压构件，压杆按素砼设计，按构造进行配筋，单肢压杆承受力为 P/2，按极限状态法计算1） 强度验算Nj≤αARjarmNj—纵向力；α—纵向力偏心系数 1.0；A—构件截面面积 a×b；Rja—材料抗压强度；2rm—材料安全系数设等式右边为 R，当 Nj≤R 时强度满足要求；Nj>R 时强度不满足要求，需重新设计压杆截面，重新验算2） 稳定性验算Nj≤φαARja/rmφ—受压构件纵向弯曲系数首先因压杆中心设置系梁，限制压杆侧向位移，因此压杆按一端固结，一端铰接计算。

求出长细比 L0/h，查出 φ 值进行验算若有一条件式不满足要求时，就需重新设置压杆断面2.2 设计荷载的确定由于端横梁的刚度大，无挠曲变形，因此每根钢绞线的张拉力取同一值根据一片空心板中钢绞线的设计根数、张拉控制应力及超张拉系数 1.05，确定台座的设计荷载P = nσAn—钢绞线根数；σ—张拉控制应力；A—钢绞线截面积；已知一片空心板梁设计 23 根钢绞线，每根钢绞线张拉控制应力为 1395Mpa，张拉力为 195.3KN计算时超张拉系数 1.05 考虑，每根张拉力为 205KN，则台座的设计荷载 P=23×205=4715（KN） 2.3 台座长度的确定采用长线台座既有经济上的考虑，也有力学性能方面的考虑特别在力学方面有两个优点：可以减少张拉和锚固工作量及预应力筋端头损失；可以减少因预应力筋在锚具中滑移及横梁变形所造成的预应力损失台座长度一般为 45 米或 76 米、110 米台座过长，穿束时很3不方便，且预应力筋下垂挠度大，对预应力有一定影响采用ＹC-60 型千斤顶张拉时，由于张拉行程的限制，台座长度宜控制在 48米以内由于每个施工合同段有各种规格不一的空心板，在底宽相等、预应力筋间距一致的情况下，可以采用其最小公倍数并兼顾最长的空心板设置，这样可以生产各种规格的空心板，降低单片空心板造价，同时增加了施工的灵活性。

台座长度（即张拉端与锚固端之间的距离）主要是根据空心板长度、角度，连续排列的数量，地形条件，生产规模确定，再加上一定的工作长度，并考虑千斤顶张拉行程的大小计算时主要以胶囊长度控制压杆的长度，并设胶囊端头距横梁为 0.5 米其长度可用下式计算：Ｌ＝nＬ１＋（n－１）a＋2b式中：Ｌ—台座长度；Ｌ１—胶囊长度；n —构件数量；a—两构件之间的距离；b—胶囊端头与横梁间的距离本算例中，空心板设计长度为 25.94m，胶囊长度 26.5m（板长+0.5m 预留） 设一组台座张拉两片空心板，空心板相邻端头间距0.5m，并设胶囊端头距横梁 0.5m，于是得到压杆的设计长度:L=2×26.5+0.5+2×0.5=54.5(m)2.4 宽度的确定台座宽度主要决定于构件外形尺寸的大小，生产操作的方便程4度以及用料经济情况等台座宽度太窄，会影响模板的安装与拆卸；太宽则需用较大的横梁，用钢量就增多一般每条生产线内部宽度为 1.8—2.0m并知设计净跨径L0＝b0+2cL0—台座内部净宽；b0—底模宽度；c—压杆内侧面与底模间的距离；本算例中，b0＝1.00m，c＝0.40m，则L0＝1.00+2×0.40m＝1.80（m）2.5 高度的确定压杆式台座一般在地表以上，台座突出地面的高度不宜太大（一般取 60cm 左右） 。

高一些虽然对台座受力较有利（因能减少压杆长细比和偏心距） ，但是对安放钢筋、支模和浇灌混凝土等则会带来不便2.6 混凝土压杆的计算压杆长度 L=54.5m，压杆两端与中间分别固结在混凝土基础上，如图 1 所示5压杆断面 60×60cm2，系梁断面 20×15cm2，混凝土设计标号均为C25#；基础断面 150×80cm2，混凝土设计标号为 C15#2.6.1 截面强度验算AB 段压杆长 L＝27.25m，因两端固结在地基基础上，故计算长度为 L＝0.5L＝13.625m，于是得到组合构件纵向弯曲面的长细比λ=L／h＝13.625/0.60=22.7，从《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ022－85）中查表 3.0.3-2，可得中心受压构件纵向弯曲系数φφ＝0.526根据混凝土极限条件状态公式，验算组合构件的强度与稳定性S≤RS－荷载效应不利组合的设计值；R－结构抗力效应的设计值；S＝P＝23×205=4715KNR＝Ra·A·φ＝14.5×600×600×2×0.526=5491KNS＝4715KN≤R=5491KN 满足①式要求；式中：Ra－混凝土的设计强度；A－构件的断面积；2.6.2 根据上式验算单肢的强度与稳定性在 AB 与 BC 段的中间各设一根横系梁，如图 1 所示，这根横6系梁约束着压杆的侧向弯曲，假定 AA1与 A1B 与横系梁三者固结，此时 AA1的计算长度L。

＝0.5L=6.8125m压杆的横向宽度 b=0.60m于是长细比 λ＝L／b＝6.8125／0.60＝11.35查表得，中心受压物件纵向弯曲系数 φ＝0.84单肢压杆所受外力 P1=P/2＝2357.5（KN）根据 S≤RS＝2357.5KNR＝Ra·A·φ＝14.5×600×600×0.84=4385KNS=2357.5KN≤R=4385KN,满足①式要求从以上验算可知，压杆式张拉台座的设计断面和结构形式能满足外力所引起的效应对于整体式压杆，由于张拉力是依靠压杆本身来平衡，故不存在倾覆和滑移的问题3. 横梁的设计钢绞线通过夹具固定在横梁上横梁可作为集中荷载作用下的简支梁计算张拉横梁的最大的承压力为 4715KN3.1 截面强度验算设横梁简支于两根压杆上，并知设计跨径 L，求出如下图荷载分布情况的跨中弯矩L＝L0+aL0—台座内部净宽；7a—压杆截面宽度本算例中，L0＝1.80m，a＝0.60m，L＝1.80+0.60m＝2.40（m）受力简图如下：RA＝RB＝P/2＝2357.5（KN）跨中弯距 M=RL/2-PΣbiMmax＝2357.5×1.20－205×（0.05+0.10+0.15+0.20+0.25+0.30+0.35+0.40）－205×(0.25+0.30+0.35)＝2357.5×1.20－205×[0.05+0.10+0.15+0.20+2×(0.25+0.30+0.35)+0.40]＝2357.5×1.20－205×2.7＝2275.5KN·m横梁抗弯所需截面模量[WX][WX]=M/[σ]≤WX根据求出的最大弯矩，即可求出所需要横梁的截面抵抗矩[WX]=Mmax/[σ]=2275500×1000/210=10836(cm3)组合截面模量 Wx组合构件惯性距 IxIX=2IX1+2IX2IX1—I60惯性距IX2—加焊钢板对 X 轴惯性距（IX2=bh3/12+y2A）8容许截面模量[WX]WX =2IX/h组合构件截面模量 WX采用两根 I60 按下图焊接，板的规格为 50×3cm，两槽钢间预留 10cm 间隙，I60 惯性距为 75456cm4，组合截面的惯性距图形A（cm2）a(cm)a2×A(cm4)Ix(cm4)I组 x(cm4)Ⅰ15031.5148837112.5148950Ⅱ2×75456150912Ⅲ15031.5148837112.5148950Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ448812组合图形对中性轴的惯性距Ix＝2×（148950+150912）=448812（cm３）相应截面的抵抗弯距Wx＝448812/33＝13600（cm３）经验算知所需的截面抵抗弯距[Wx]小于实际组合图形的截面抵抗矩，即[Wx]=10836cm3≤Wx=13600cm3 所选断面满足要求。

σ＝Mmax/Wx＝2275500/13600＝167Mpa<210Mpa3.2 横梁挠度验算为便于验算，将作用在横梁上的集中荷载转化为均布荷载，于是得到布荷载 q：q＝8M/L2＝8×2275.5/（2.4×2.4）＝3160（KN/m）横梁挠度的计算fc＝5ql4/384EIq—荷载集度 q＝8M/L2；E—横梁弹性模量，2.1×105Mpa9当 fc<[fc]=2mm 时，横梁挠度满足要求fc＝5ql4/384EI＝5×3160×2404/384×2.1×105×448812＝1.44（mm）≤2mm满足设计要求3.3 横梁面板局部应力验算фj15型夹具 D＝50mm，d＝24mm，H＝45mm夹具套筒环形面积 A＝π/4（D2－d2）＝π/4（502－242）＝1511（mm2）σ＝P／Ａ＝195.3×1000/1511＝129MPa<200Mpa受剪面积 A＝30×（πD）＝30×π×50＝4712（mm2）τ＝P／Ａ＝195.3×1000/4712＝41MPa<120Mpa压应力、剪应力均满足要求但在加工制做过程中，采取在工字钢两翼缘间焊接内径 2.0cm 左右的钢管，既起到了对面板的支撑作用，有起到了穿束的导向作用。

3.3 横梁尺寸及材质要求通过计算可知，横梁加工长度 L＝L1＋a=2.40+0.60=3.00（m）I60 采用 A3钢，钢板采用 16Mn4. 配筋计算压杆的受力状态为轴心受压，压杆内的纵向钢筋属于构造配筋配筋率控制在 0.5～1.5％范围内，钢筋直径可在 16～22mm 范围内选用，钢筋根数不得小于六根箍筋采用 ф8 钢筋，间距为 30cm5. 压杆式台座的施工控制5.1 地基处理用经纬仪和钢尺测放出台座中每条生产线和龙门吊轨道的确切10位置，打桩、定位按照台座设计图纸施工放样后，压杆位置处下挖 15～20cm 深，台座基础位置处下挖 120～150cm 深控制好截面尺寸及顺直度，尽量减小偏心距浇筑台座基础混凝土（标号为C15#）时，要按正确位置预埋钢筋网和钢垫板，待 24 小时后再浇筑压杆混凝土和系梁混凝土（标号为 C25#） 5.2 台面的布置由测量放出台座中心位置，整平夯实基底，按空心板梁底宽度布设纵向 6×6cm 木方两道，横向每隔 1.4 米布设一道 6×6cm 木方，以便于钉 3mm 钢板距模底端部 3.0～3.5m 处，浇筑厚度为10cmC25#混凝土，并设置 15×15cm ф6 钢筋网三片（防止钢绞线放松后，在应力调整过程中，由于过大的剪应力而使台面遭到破坏） ；模底中部浇筑厚度为 6cmC15#素混凝土。

5.3 横梁加工、制作与安装将下好料的工字钢和加强板，按照规范要求焊接成型在工字钢和加强板连成一体后，按设计图纸要求的预应力筋位置，在横梁面板上钻成直径 2cm 左右的孔道（直径一般比钢绞线直径大 2 毫米）清洗预埋锚固垫板，将成型的横梁移至压杆端头，使其纵轴线与底模中心线对中，两工字钢对称轴线与压杆横轴线对中尽量减少操作误差，使横梁的受力情况符合假设条件为便于穿束，在工字钢两翼缘间焊接内径 2.0cm 左右的钢管（起导向滑道作用） 5.4 台座的安全性使用问题张拉前应对台座、横梁进行检查；张拉现场要设立警示牌，并11在张拉横梁处设立防护网；张拉时沿台座每隔 5 米放一个防护架台座两端严禁站人，更不允许进入台座，防止钢绞线滑脱或拉断伤人当钢绞线张拉到控制应力时，要停 3 分钟再打紧夹具，此时操作人员要站在侧面。