先张法预应力空心板张拉台座结构设计

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 1.3。1.2横梁须有足够的刚度，受力后挠度应不小于 2 mm。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

2、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 <a ARjarm叫一纵向力； a 纵向力偏心系数1.0； A 构件截面面积ax b;Rja-材料抗压强度； rm-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NjW U a ARja/rmU 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 Lo/h,查出U值进行

3、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 = n c An钢绞线根数；c 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=23X205=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

4、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

5、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 = nLl+( 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=2X26.5+0.5+2 (X5=54.5(m)2.4 宽

6、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 1.82.0m。并知设计净跨径Lo = b°+2cL 0台座内部净宽；bo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,贝SLo = 1.00+2 X）.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

7、钢筋、支模和浇灌混凝土等贝会带来不 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。压杆断面60X 60cm2,系梁断面20x15cm2,混凝土设计标号均为 C25#;基础断面150$0cm2，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Lo= 0.5L = 13.625m,于是得到组合构件纵向弯曲面的长细比 入二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

8、曲系数 u < u = 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= 23x205=4715KNR= Ra A u = 14.5 X00X300X2X!526=5491KNS= 4715KN < R=5491KN满足式要求；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 o= 0.5L=

9、6.8125m压杆的横向宽度 b=0.60m于是长细比入=L。/b = 6.8125/0.60= 11.35查表得,中心受压物件纵向弯曲系数 u= 0.84 单肢压杆所受外力 P1=P/2= 2357.5(KN)根据S< RS= 2357.5KNR= Ra - A u = 14.5 600>600X）.84=4385KN S=2357.5KN < R=4385KN,满足式要求。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

10、。 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 4715KN。3.1 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 = Lo+aL0 台座内部净宽； a压杆截面宽度本算例中， Lo= 1.8om，a= o.6om，L=1.8o+o.6om=2.4o（m） 受力简图如下：RA= RB= P/2=2357.5（KN） 跨中弯距 M二RL/2-P艺biM max = 2357.5 >1.20- 205X (0.05+0.10+0.15+0.20+0.25+0.30+0.35+0.40) 205 >0.25+0.30+

11、0.35)=2357.5 >.20 205>0.05+0.10+0.15+0.20+2 >0.25+0.30+0.35)+0.40=2357.5 >.20 205疋.7=2275.5KN m横梁抗弯所需截面模量WxWX=M/(T <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/(T =2275500 >000/210=10836(cm3)组合截面模量W组合构件惯性距IxIx=2Ix1 +21x2Ix1 160惯性距1x2 加焊钢板对X轴惯性距(1x2二bh3/12+y2A) 容许截面模量WxWx =2Ix/h组合构件截面模量 Wx

12、采用两根I60按下图焊接，板的规格为50X3cm,两槽钢间预留10cm间隙，160惯性距为75456cm4,组合截面的惯性距图形A (cm2)a(cm)24a >A(cm )4lx(cm )4I 组 x(cm )I15031.5148837112.5148950n2 X75456150912川15031.5148837112.5148950i + n + m448812组合图形对中性轴的惯性距lx = 2X( 148950+150912) =448812 (cm ) 相应截面的抵抗弯距2.Wx = 448812/33= 13600 (cm )经验算知所需的截面抵抗弯距 Wx 小于实际组合

13、图形的截面抵 抗矩，即Wx=10836cm 3< Wx=13600cm3所选断面满足要求。(T = 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=8X2275.5/(2.4X2.4)=3160(KN/m) 横梁挠度的计算 fc= 5ql4/384Elq荷载集度q = 8M/L2;E横梁弹性模量，2.1 X05Mpa当 fc<fc=2mm 时，横梁挠度满足要求。fc= 5ql4/384El=5X3160X2404/384 X2.1 X1

14、05X448812=1.44 (mm)< 2mm 满足设计要求。3.3 横梁面板局部应力验算出15型夹具 D = 50mm, d = 24mm, H = 45mm。夹具套筒环形面积 A = n /4 ( D2 d2)= n /4 ( 502 - 242)=1511( mm2)(T=P/A= 195.3 X000/1511= 129MPa<200Mpa受剪面积 A = 30X ( n D) = 30Xn ><50=4712 (mm2)t = P/A= 195.3 >000/4712= 41MPa<120Mpa 压应力、剪应力均满足要求。但在加工制做过程中，采取

15、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 A 3钢，钢板采用 16Mn。4. 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0.51.5%范围内，钢筋直径可在1622mm范围内选 用，钢筋根数不得小于六根。箍筋采用巾8钢筋，间距为30cm。5. 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位置，打桩、定位。按照台座设计图纸施工放样后，

16、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3.03.5m处，浇筑厚度为10cmC25# 混凝土，并设置15>15cm巾6钢筋网三片(防止钢绞线放松后，在应力调整过程中，由

17、于过大的剪应力而使台面遭到破坏） ；模底中部浇 筑厚度为6cmCl5"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

18、应对台座、 横梁进行检查；张拉现场要设立警示牌，并在 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。6. 压杆式台座的放松方法 在预应力筋放松时，经常采用砂箱放松、千斤顶放松、松张机放 松等方法。 主要是防止在放张过程中构件发生翘曲、 裂纹及预应力筋 断折现象。 这三种方式以砂箱放松法较为简单， 而千斤顶放松法与松 张机放松法对机械设备要求较高， 但操作起来很方便。 采用千斤顶放 松法时， 还必须在台座长度上增加一个活动横梁的工作长度， 但可以 节省钢绞线。 而另外两种方法则会对钢绞线造成一定的浪费。 通过上 述分析，可以根据施工单位具体情况相应选用。7. 压杆式台座的改进措施通过工程实践运用、现场观测及经验总结， 有如下几项改进措施。7.1 在压杆上每隔 5 米设置一预埋吊环，便于完工后拆除。7.2 为节省预制场面积，可使两组生产线共用一肢压杆，减少 预制场布设的工作量。 此时共用压杆为偏心受压构件， 按偏心受压状 态进行设计即可。7.3 采用装配式拼装台