1、先张法预应力空心板台座的设计及分析

先张法预应力空心板台座的设计及分析
河北路桥集团有限公司孟祥马
【内容简介】近几年来随着经济的增长, 在公路桥梁建设中, 跨径大于10m的中小桥梁上部结构基本采用先张法预应力空心板。

先张法预应力空心板梁在预制场中一般采取集中预制, 因此先张法张拉台座的结构设计是重要的一环。

本文结合在商漫高速公路先张法梁板预制工程为实例, 依据先张法空心梁施工原理, 对张拉台座进行了结构设计, 通过张拉台座受力检算, 优化结构尺寸, 尽可能的降低了建设成本。

本文将本工程先张法预制梁张拉台座结构设计方案及受力检算进行分析。

【关键词】先张法台座设计及分析
在先张法预应力空心板施工中，张拉台座的设计对梁板生产的成败起着决定性作用。

由于张拉台座的设计要与生产数量、要求工期、梁板型式、张拉力等指标相适应，所以目前尚无定型设计。

2006年6月，河北路桥集团有限公司承接了商漫高速公路N14合同段工程，该标段共有预应力混凝土连续空心板1838片，梁板预制工期为2006年9月到2007年12月，施工时间约为13个月，这样，按生产数量和工期要求，需建立一个月生产能力为150片以上的预制场。

本文结合张拉台座设计与施工的实践，介绍该台座的设计要点及使用情况。

先张预应力梁主要优点是生产周期短，适用于工期紧、数量多、工厂化生产。

因其设施费用一次性投资较多，为提高经济效益、降低成本，就必须最大限度地提高设备利用率，用较高的生产效率以发挥设施投资的应有作用。

预制场的总体设计包括台座型式、张拉与放张、移梁方式、生产数量，应综合考虑如下因素：生产数量和设施期限；安全适用，经济合理，质量有保证；操作简便，可控性好，周转快，生产周期短；设施可靠、耐久性强，支拆模板方便。

为满足上述要求，我公司根据线路走向及地理条件，我公司在互通区匝道圈内设计了长度为104.8m，宽度为30m，存梁区长度为200m，预制厂设置了80T龙门吊两台，其跨度为30m。

内设12线框架式制梁台座，每线预制5片空心板，一个循环可预制20m 空心板60片。

台座由纵梁（传力柱）、横梁、活动钢横梁、横系梁、底板组成框架，其中，横梁、
活动钢横梁采用装配式钢组合梁，纵梁及横系梁采用混凝土现浇制成，底板采用混凝土现浇制作，顶面平整后在铺设水磨石面层。

横梁、活动钢横梁的预应力筋定位孔的平面位置、相互间距及标高必须准确，安装后定位孔中心轴线与底板表面的高差应符合设计及规范要求。

底板标高必须严格控制，且表面平整、光滑、排水畅通，直接作为预制空心板底摸板。

制梁台座必须坚固、无沉陷，按施工设计图纸设置梁底垫块凹槽。

在台座两端设置安全防护墙（板），以保证预应力施工时的安全。

张拉方法
1、张拉台型式，框架式制梁台座张拉方法是在张拉端和固定端各设一固定钢横梁（1号和2号），张拉端固定横梁前设一活动式钢横梁（3号）。

（示意图一）
钢铰线的一端用工具锚固定在２号横梁上，另一端通过连接器与张拉杆相连，并用螺母固定于３号横梁上（也可用工具锚将钢铰线直接固定在３号横梁上，但钢铰线浪费较多）。

安装在３号和１号横梁之间的2个千斤顶推动3号横梁向左移动，并通过张拉杆带动钢铰线，从而达到张拉钢铰线的目的。

一条生产线张拉完毕时，将套在张拉杆上位于1号横梁处的锚定、螺母锁紧，千斤顶回油，再松开套上张拉杆位于3号横梁处的螺母，以便3号横梁与2个千斤顶移位到另一条生产线进行张拉。

2、千斤顶与3号横梁的移位
2台千斤顶与3号横梁安装在1号平车上（见图3），张拉时，1号平车沿纵向轨道移动。

纵向轨道末端设有与1号横梁等长的横向轨道，并置于2号平车上。

2号平车顶面设有纵向轨道与1号平车的纵向轨道在同一水平面内，二者可以接轨。

需要将千斤顶与3号横梁移位时，只要将1号平车推到2号平车上，应可横向移动到任一生产线上。

这种移位方法与用小型天车相比，具有设备简单、灵活方便、省时省力等优点。

（示意图二）
3、放张方法
框架式制梁台座长大张拉台座的放张方法，采用千斤顶整体放张法，放张时，将3号活动横梁重新归位、锁紧其螺母，千斤顶适度超张拉，松开1号横梁上的锚定螺母，千斤顶缓慢回油，达到整体放张。

这种方法的优点是：操作方便、迅速，放张较平缓，虽产生超张拉应力，但实践证明，对构件未造成不良影响。

二、长大张拉台座的设计要求
1、台座抗倾覆稳定性验算
本场采用的框架式制梁台座，由于张拉力与传力柱轴线不重合，故需对台座进行抗倾覆稳定性验算。

其验算公式为：c
k M M K
≥1.5 式中：K ——抗倾覆稳定系数
M k ——抗倾覆力矩
M c ——倾覆力矩
验算式应按6条生产线同时受载的最不利情况考虑，并根据台座实际几何尺寸有关数据确定验算截面和倾覆点（力矩中心），分别计算Mk 和Mc ，代入公式验算。

2、传力柱正截面强度和稳定性验算
本场采用的框架式制梁台座，2个台座间设纵向传力柱，传力柱之间每隔15m 设一大横系梁，每隔7.5m 设一小横系梁。

钢横梁的支座反力分别作用于对应的传力柱上。

计算时按台座、台面（底模）、传力柱共同受力考虑，则台座的抗滑移稳定性取决于传力柱的强度和稳定性。

传力柱可视为偏心受压的混凝土构件，其纵向稳定性的计算长度可取相邻大横系梁之间的长度15m ，代入下列公式（式中符号意义及取值方法见JTJ022-85）可进行强度和纵向稳定性验算：
强度条件m j j R N γααA ≤； 纵向稳定条件m j j R N γϕααA ≤
3、钢横梁的强度和刚度验算
为了设计与加工方便，3个钢横梁可采用相同的材料和相同的截面，由上面确定的受力状态按计算结构内力和位移的一般方法算出横梁的Mmax 、Qmax 、Fmax 代入下列公式进行强度和刚度验算。

弯曲正应力强度条件：σmax ＝≤[σw]
弯曲剪应力强度条件：τmax ＝≤[τ]
弯曲刚度条件： f max ≤[f]
式中符号均为《公路桥梁设计规范》通用符号，其意义不再赘述。

其中钢横梁的最大挠度fmax ，依据图3，由结构位移计算的常用方法可导出其计算式为：
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+++=644853845134234max c ql c ql qlc qc EI f 式中：E ——钢横梁所用材料的弹性模量
I ——钢横梁横截面对其中性能的惯性矩
实际采用的钢横梁横截面尺寸见图5所示，使用结果安全可靠。

4、张拉杆与连接器的设计要点
（1）张拉杆
张拉杆的设计荷载为轴向拉力P ＝σcon Ap ，张拉杆采用精轧螺纹钢梯形螺杆配梯形
螺母，张拉杆与连接器相连的一端，是以螺母的外螺纹与连接器相连。

张拉杆的设计要点如下。

（2）拉伸强度条件
由σe ＝≤[σe ]确定控制截面的最小直径（即螺纹小径）[]e P d σπ3.141⨯≥
式中σe 和[σe ]分别为螺杆的计算拉应力和容许拉应力。

根据d 1的计算值由GB784-65选择相应的梯形螺纹，同时也就确定了螺母的螺纹大
径D 和螺距P 。

(3)强度条件
由公式：()
212214141d D D ππ≥- 确定螺母的最小外径2121D d D +≥
（4）把螺纹牙看作悬臂梁，由螺纹牙的弯曲强度条件
[]b b Db H Php Db Z Ph σππσ≤==2
1233 确定螺母的高度：[]213Db Php H b σπ≥
式中：h —— 螺纹牙的工作高度，h ＝0.5p
Z —— 螺纹的工作圈数，Z ＝H/p
b —— 螺纹牙的根部宽度，b ＝0.65p
[σb ] —— 螺母材料的容许弯曲应力
（5）连接器
连接器的设计荷载亦为轴向拉力P ＝σcon Ap ，其设计要点如下：
①连接器的内径和内螺纹与张拉杆螺母的外螺纹配套；
②连接器的最小外径（或壁厚），由拉伸强度条件确定；
③连接器右端壁厚δ由剪切强度条件确定。

张拉台座的型式有多种，本文介绍的“框架式制梁台座”只是其中的一种，由于具体的设计与计算牵涉诸多因素，且计算过程繁冗，不再赘述。

文中着重论述了总体设计构思和主要验算项目的计算方法，为类似工程的设计和计算提供参考。