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1、先张法预应力空心板梁长线台座设计与施工l 概述xx至xx（xx界）高速公路LJ-11标段的先张法预应力空心板梁采用了先简支、后连续的预制梁结构体系,板梁跨径为16m，梁体采用C5O混凝土，其横断面尺寸见图1（以中跨中梁为例），梁内钢绞线单根分开布置，最多达12根（中跨中梁为11根），板梁最大自重荷载为221.5KN（中跨中梁为184KN）。预应力刚束采用17标准型 GB/T52242003钢绞线，预应力设计采用一端张拉，单根钢绞线公称直径l5.24，钢绞线截面A=140mm2，标准强度fpk=1860MPa，钢绞线锚下控制应力为0.72fpk =1339.2MPa，弹性模量Ep=1. 9510
2、5MPa。图1 16m先张预应力空心板梁横断面（单位：cm）2 空心板梁长线槽式台座设计构造21设计依据及原理本文以一次性生产4片16m先张法空心板梁的张拉力作为台座的受力设计,中板设计为11根预应力钢绞线,边板设计为12根预应力钢绞线,施工时采用先采用小千斤顶逐根张拉至初始应力,然后再采用大型千斤顶一次同时逐级张拉,并达到设计控制应力。采用槽式台座,其设计原理是把长线受压纵向传力柱作为一个两端受压杆件,这样可以大大增强台座的稳定性,以达到多次重复利用(大批量生产)的目的。22 设计结构构造 空心板梁长线槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成，端柱和传力柱为钢筋混凝土结构，是承受张拉力的构件，
3、需要具有足够的稳定性和强度。为增强传立柱的稳定性，两道传立柱之间每隔5m左右设一道钢筋混凝土横梁，其中第一道横梁距端柱不超过2m，且传力柱有30cm埋置于土中。台面采用10cm厚C20混凝土，台面混凝土表面铺5mm厚钢板，两边利用50505角钢贴边，每隔1m横向连接一根12钢筋，角钢与预埋钢筋进行焊接。台面的宽度主要取决于预制构件的宽度，本台面宽度为99cm,在台座张拉端留出2m宽空地，作为张拉操作空间和通道。长线槽式台座具体构造见下图：（单位：cm）23 台座长度计算台座的长度可以按下式计算： L=ln+（n-1）m+2K 式中 l构件长度 m n一道槽内生产的构件数 m两根构件相邻端头间的
4、距离 m K固定横梁距第一根构件端头的距离，一般取1.251.5m。本台座取1.25m。由此可计算出台座长度 L=16m4+（4-1）0.5+21.25 =68m3 空心板梁长线槽式台座稳定性验算31 台座抗倾覆稳定性验算 当钢绞线张拉时,台座的端柱、传力柱受力如下图所示，以预应力中跨中板（11根钢绞线）为例进行验算。 单位：cm如上图所示，设台座传力柱每米重力为q kN/m，台座端柱重力为G1kN，钢横梁重力为G2 kN，预应力钢绞线的张拉力为F kN。取端柱绕C点的力矩进行倾覆稳定性验算： MOV=F（h-h1/2） （1） Mr=M1M2M3=G1L1G2L2qL32/2 （2）式中 M
5、OV钢绞线张拉倾覆力矩 （kN/m） Mr平衡力矩 （kN/m） h张拉力作用点与台座中心线的距离 （m） L1台座端柱重力点与C点的距离 （m） L2钢横梁重力点与C点的距离 （m） L3台座传力柱一段的长度 （m）由公式(1)和(2)可计算出 MOV=1339.2140111032（0.25+0.352-0.72） =77.33 kNm Mr=（0.951.5-0.250.52）0.6244.271.29.85.210.083.522=206.67 kNm 抗倾覆力矩安全系数按下式计算： K=平衡力矩/倾覆力矩1.5 (规范规定) = Mr / MOV=206.6777.33=2.671.
6、5 （安全）32 台座强度验算钢绞线张拉力时对台座产生压应力，此应力会对台座砼产生破坏作用，因此台座须具有足够的强度，台座采用C30钢筋砼。钢绞线张拉力在台座上产生的压应力P按下式计算： P=F/S其中 F预应力钢绞线的张拉力 N S钢横梁与台座的接触面积 4504002 则 P=1339.2140112(450400)=5.8 Mpa13.5Mpa(C20钢筋砼轴心抗压强度设计值)因此,该台座满足强度要求.3.3 台座传力柱的配筋设计计算台座传力柱的配筋截面如下图所示： 其中，N1为20钢筋，共8根。N2为12钢筋，共10根，N3为抗扭箍筋采用8钢筋。配筋率计算公式如下： = As/(bh0
7、) (minmax) =（8314+10113.04）（600700） =0.87%min=0.6%（设计最小配筋率）3.4 钢横梁受力验算 钢横梁采用6块3cm厚钢板相互焊接而成。其横截面形式如下图:以张拉12根钢绞线为例，其应力验算如下： q=N0/l M=0.125ql2式中 q钢横梁的均布荷载 KN/m N0-钢横梁承受的荷载 2249.9KN l钢横梁的跨度 2.35m M-钢横梁最大弯距 经计算M=660.9 KN.m根据钢横梁截面形状可以计算出其截面抵抗矩W=5665cm3 ,惯性矩 I=113292 cm4 钢材弹性模量E=2.1105 Mpa,由下列公式: M/Wf(钢材的抗
8、弯强度210Mpa) 经计算得M/W=117 Mpa210 Mpa 可满足要求。钢横梁最大扰度发生在跨中验算如下： Wmax=(5ql4)/(384EI) 经计算Wmax=1.6mm2 mm(规范规定) 因此,该钢横梁满足设计要求。4 空心板梁长线槽式台座施工4.1 传力柱钢筋混凝土施工 采用全站仪进行台座定位放线，先测出台座的中线，再定测出两端横梁端线位置的控制桩，并埋设井字形控制桩。台座基础采用人工开挖，若遇到软岩时，宜采用风镐开挖。钢筋按照设计要求的尺寸进行加工下料,并在加工料场做好标记分类堆放；钢筋绑扎采用钢丝绑扎牢固，对受力钢筋则采用双面满焊，焊接长度不得少于5d。模板安装采用标准定
9、型模板，为防止模板混凝土漏浆，板缝之间夹入海棉条，拼装时要严格按照施工放样进行拉线控制；模板加固采用钢管加固，中间穿铁丝拉杆。混凝土浇筑采用与明挖混凝土基础施工方法相同，浇筑到设计标高时，要按施工规范要求埋入接茬钢件，并将混凝土表面凿毛。传力柱混凝土要一次连续浇筑成形，以确保梁体的整体性。浇筑两端端柱时，要按设计要求埋入30厚钢板。4.2台座底板施工台座第一层砼浇筑:浇筑厚度为10cm，由于砼较薄，振捣时采用振动平板进行振捣。并每隔1至2m埋入直径为8mm的圆钢，以便进行台座护边角钢的焊接加固。台座角铁焊接:采用闪光电弧焊进行焊接，焊接前再进行一次台座中线测量，同时对台座标高进行最后一次精密水
10、平仪控制。台座第二层浇浇筑:由于最后一层混凝土只有5cm厚，故混凝土采用细骨料配制的混凝土，浇筑标高要比整个台座控制标高3mm，凝固达到设计强度后，采用水磨机进行打磨平整，并用3m水平尺进行平整度验收。4.3 张拉横梁加工制作采用厚3cm的钢板专门加工定制，具体情况见3.4。4安全防护设置 为了预防预应力筋在张拉过程中,发生拉断飞出伤人事故,在张拉端设置钢筋格栅网墙和保护棚架,格栅网墙采用12圆钢,方格尺寸为20cm20cm。保护棚架采用钢管搭建。5.台座成本及经济分析本台座总投资共计6.6万元；如该式台座生产梁体数量最少为500片进行成本测算,每片梁承担的费用为132元。比同长度其它形式的预制梁台座节省3.5万元。6.应用情况本台座在保阜高速公路空心板实际施工中进行应用，基本达到每4至5天可循环生产一槽梁（5片梁），在整个生产过程中未见支撑梁体和横梁发生裂纹现象，预制台座安全稳定性好，梁体质量优良。
先张法预应力空心板梁长线台座设计与施工
