论文部分内容阅读
[摘要]张拉台座的设计和施工是先张法预应力施工中的关键环节，通过对张拉台座的技术控制，可以有效控制桥梁预制梁的生产质量和安全。本文结合盘龙江K4+044桥对桥梁建设过程中先张法预应力梁板预制台座的设计和施工过程进行了详细介绍，从而对先张法预应力梁板台座的设计施工技术进行探讨，以期为实际工程施工提供参考。
[关键词]先张法台座设计施工技术
中图分类号：TU757.1+3 文献标识码：TU 文章编号：1009―914X（2013）31―0126―03
随着我国经济的增长，人民生活水平也不断提高。我国在路桥建设方面也不断的加大投资，随着桥梁工程大量的投资建设，积累了大量施工经验。作为预应力桥梁的施工工艺也慢慢成熟，其结构比较节省材料、安全系数高等优点也常在桥梁工程中被普遍使用。目前，国内先张法预应力力技术已大量应用于工程实践，在实际施工中，先张法张拉台座一般使用较多的是墩式和框架式（传力梁）。对较长的预制梁一般采用框架式（传力梁），其生产效率较高、较安全。下面以盘龙江K4+044桥为例对桥梁建设过程中先张法预应力梁板预制框架式台座的设计和施工作进一步的介绍。
1、工程概况
K4+044盘龙江中桥总长46.04m，桥宽30m，上部构造为25m混凝土空心板梁，25m梁高1.25m，本桥共29片25m预应力混凝土空心板，其中27片为中板，2片为边板，中板钢绞线数量为15根，边板钢绞线数量为18根。
2、预制场的总体布置
由于施工工期较紧，为确保在合同规定的工期内保质保量地完成施工任务，考虑到空心板梁存梁及运梁等方面的情况，项目部决定在K3+780～K3+880段设置空心板梁预制场。该块场地路基已基本施工至路床顶设计标高，地基稳固，土体密实，利于用作空心板的制作场地，左侧为未被利用的空地，便于用作梁板存放场地，加之离盘龙江桥梁较近，便于梁板运输。
预制场分为预制区、存梁区、钢筋制作区、材料场地等区域，其中混凝土采用商品混凝土。预制区分为25m板张拉台座共设2条张拉底模，每条底模可同时生产空心板梁2片。
3、先张法预应力台座的设计
先张法张拉台座是生产先张法预应力混凝土梁板的主要设备之一，它承受预应力筋在梁板制作时的全部张拉力。张拉台座必须在受力后不倾覆、不移动、不变形。台座的长度一般为50m～120m。框架式台座主要由传力柱、系梁、底模、横梁、定位板几部分组成。现取25m预制预应力混凝土空心板边板，对张拉台座的稳定性、钢横梁的变形等进行设计、验算。
3.1、空心板梁的断面型式
先张法空心板梁预应力钢绞线采用符合GB/T5224-2003的高强度低松驰钢铰线，单根钢绞线公称直径φ2=15.20mm，标准强度fpk=1860Mpa，公称面积A=139mm2，弹性模量Ep=1.95×105Mpa，张拉控制应力0.72fpk=1339.2Mpa。每片25m板梁边板设计有18根钢铰线，布置在底板呈直线分布，共两层，下层钢绞线为14根，上层钢绞线为4根，上、下层间距为6cm，钢绞线水平间距为5.65cm。边板钢绞线布置示意图见图1（后附）。
3.2、台座的设计
先张法台座采用传力柱、系梁连接的框架式结构布置，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2条底板在完成钢铰线张拉时（即台座的最不利受力时）倾覆与滑移，传力柱尺寸为b×h=50mm×70mm，台座的各混凝土部分均采用C30混凝土。
一条台座纵向总长度组成为55m，台座的布置及各部位具体尺寸见图2。
为满足台座的稳定性，需进行台座的抗倾覆验算，首先建立台座的受力计算模型，当同一个台座中2条底模全部张拉完成时，即为台座抗倾覆的最不利受力情况，受力模型见图3。
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1339.2MPa，其公称截面积为139mm2。
取台座绕图3（后附）O点的力矩，不考虑传力柱间混凝土调平层的作用，并忽略土压力的作用。
最不利荷载：N=1339.2×139×18×2÷1000=6701KN，G1=4.8×1.5×2.0×2400×10÷1000=346KN，G2=0.5×0.9×6.0×2400×10÷1000=65KN，h1=0.9-0.7=0.2m，L1=7.0m，L2=3.0m，则：
平衡力矩：Mr=G1×L1+G2×L2=346×7.0+65×3.0=2617KN•m
倾覆力矩：MDV=N×h1=1339.2×139×14×2×0.2÷1000+1339.2×139×4×2×0.26÷1000=1430KN•m
抗倾覆安全系数：
（安全）
3.3、传力柱的设计
张拉台座张拉端采用千斤顶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，紧贴于预埋在传力柱的钢板上。受力后的千斤顶的位置与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，要准确固定张拉端千斤顶及锚固端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根据横向系梁间的间距考虑进行取值，取L0=（53-0.25×2）÷3=17.5m，则计算长细比λ=L0/b=17.5/0.5=35，按工民建规范（TJ10-74）经验公式得：
纵向弯曲系数 =0.87-0.012λ=0.87-0.012×35=0.45。
当同一个台座2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=（1339.2×139×18×2）/3÷1000=2234KN，计算时取 =2300KN，轴心受压构件正截面承载力计算式为：
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：A′g=（（2300×103-0.45×0.95÷1.25×17.5×106×0.7×0.5）÷（0.45×0.95÷1.25×340×106））×106=1765mm2
传力柱主筋选用8根φ18的Ⅱ级钢筋，则 =∏.R2=3.14×92×8=2035mm2﹥
A′g=1765mm2，满足受力要求。箍筋选用φ8的Ⅰ级钢筋，箍筋纵向间距20cm，C30混凝土浇筑。传力柱的配筋图见图4。
3.4、钢横梁的选取
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长紧贴在传力梁上固定的，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5。
钢横梁在受力后产生的挠度要满足小于2mm，以保证其使用强度和刚度。
[关键词]先张法台座设计施工技术
中图分类号：TU757.1+3 文献标识码：TU 文章编号：1009―914X（2013）31―0126―03
随着我国经济的增长，人民生活水平也不断提高。我国在路桥建设方面也不断的加大投资，随着桥梁工程大量的投资建设，积累了大量施工经验。作为预应力桥梁的施工工艺也慢慢成熟，其结构比较节省材料、安全系数高等优点也常在桥梁工程中被普遍使用。目前，国内先张法预应力力技术已大量应用于工程实践，在实际施工中，先张法张拉台座一般使用较多的是墩式和框架式（传力梁）。对较长的预制梁一般采用框架式（传力梁），其生产效率较高、较安全。下面以盘龙江K4+044桥为例对桥梁建设过程中先张法预应力梁板预制框架式台座的设计和施工作进一步的介绍。
1、工程概况
K4+044盘龙江中桥总长46.04m，桥宽30m，上部构造为25m混凝土空心板梁，25m梁高1.25m，本桥共29片25m预应力混凝土空心板，其中27片为中板，2片为边板，中板钢绞线数量为15根，边板钢绞线数量为18根。
2、预制场的总体布置
由于施工工期较紧，为确保在合同规定的工期内保质保量地完成施工任务，考虑到空心板梁存梁及运梁等方面的情况，项目部决定在K3+780～K3+880段设置空心板梁预制场。该块场地路基已基本施工至路床顶设计标高，地基稳固，土体密实，利于用作空心板的制作场地，左侧为未被利用的空地，便于用作梁板存放场地，加之离盘龙江桥梁较近，便于梁板运输。
预制场分为预制区、存梁区、钢筋制作区、材料场地等区域，其中混凝土采用商品混凝土。预制区分为25m板张拉台座共设2条张拉底模，每条底模可同时生产空心板梁2片。
3、先张法预应力台座的设计
先张法张拉台座是生产先张法预应力混凝土梁板的主要设备之一，它承受预应力筋在梁板制作时的全部张拉力。张拉台座必须在受力后不倾覆、不移动、不变形。台座的长度一般为50m～120m。框架式台座主要由传力柱、系梁、底模、横梁、定位板几部分组成。现取25m预制预应力混凝土空心板边板，对张拉台座的稳定性、钢横梁的变形等进行设计、验算。
3.1、空心板梁的断面型式
先张法空心板梁预应力钢绞线采用符合GB/T5224-2003的高强度低松驰钢铰线，单根钢绞线公称直径φ2=15.20mm，标准强度fpk=1860Mpa，公称面积A=139mm2，弹性模量Ep=1.95×105Mpa，张拉控制应力0.72fpk=1339.2Mpa。每片25m板梁边板设计有18根钢铰线，布置在底板呈直线分布，共两层，下层钢绞线为14根，上层钢绞线为4根，上、下层间距为6cm，钢绞线水平间距为5.65cm。边板钢绞线布置示意图见图1（后附）。
3.2、台座的设计
先张法台座采用传力柱、系梁连接的框架式结构布置，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2条底板在完成钢铰线张拉时（即台座的最不利受力时）倾覆与滑移，传力柱尺寸为b×h=50mm×70mm，台座的各混凝土部分均采用C30混凝土。
一条台座纵向总长度组成为55m，台座的布置及各部位具体尺寸见图2。
为满足台座的稳定性，需进行台座的抗倾覆验算，首先建立台座的受力计算模型，当同一个台座中2条底模全部张拉完成时，即为台座抗倾覆的最不利受力情况，受力模型见图3。
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1339.2MPa，其公称截面积为139mm2。
取台座绕图3（后附）O点的力矩，不考虑传力柱间混凝土调平层的作用，并忽略土压力的作用。
最不利荷载：N=1339.2×139×18×2÷1000=6701KN，G1=4.8×1.5×2.0×2400×10÷1000=346KN，G2=0.5×0.9×6.0×2400×10÷1000=65KN，h1=0.9-0.7=0.2m，L1=7.0m，L2=3.0m，则：
平衡力矩：Mr=G1×L1+G2×L2=346×7.0+65×3.0=2617KN•m
倾覆力矩：MDV=N×h1=1339.2×139×14×2×0.2÷1000+1339.2×139×4×2×0.26÷1000=1430KN•m
抗倾覆安全系数：
（安全）
3.3、传力柱的设计
张拉台座张拉端采用千斤顶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，紧贴于预埋在传力柱的钢板上。受力后的千斤顶的位置与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，要准确固定张拉端千斤顶及锚固端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根据横向系梁间的间距考虑进行取值，取L0=（53-0.25×2）÷3=17.5m，则计算长细比λ=L0/b=17.5/0.5=35，按工民建规范（TJ10-74）经验公式得：
纵向弯曲系数 =0.87-0.012λ=0.87-0.012×35=0.45。
当同一个台座2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=（1339.2×139×18×2）/3÷1000=2234KN，计算时取 =2300KN，轴心受压构件正截面承载力计算式为：
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：A′g=（（2300×103-0.45×0.95÷1.25×17.5×106×0.7×0.5）÷（0.45×0.95÷1.25×340×106））×106=1765mm2
传力柱主筋选用8根φ18的Ⅱ级钢筋，则 =∏.R2=3.14×92×8=2035mm2﹥
A′g=1765mm2，满足受力要求。箍筋选用φ8的Ⅰ级钢筋，箍筋纵向间距20cm，C30混凝土浇筑。传力柱的配筋图见图4。
3.4、钢横梁的选取
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长紧贴在传力梁上固定的，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5。
钢横梁在受力后产生的挠度要满足小于2mm，以保证其使用强度和刚度。