张拉台座结构设计.docx

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张拉台座结构设计

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㎜。

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≤αARjarm

Nj—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；

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

Nj≤φαARja/rm

φ—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=nσA

n—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+2c

L0—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。

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φ。

φ＝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≤R

S－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=4715KN

R＝Ra·A·φ＝14.5×600×600×2×0.526=5491KN

S＝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≤R

S＝2357.5KN

R＝Ra·A·φ＝14.5×600×600×0.84=4385KN

S=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＝L0+a

L0—台座内部净宽；

a—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-PΣbi

Mmax＝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Ix

IX=2IX1+2IX2

IX1—I60惯性距

IX2—加焊钢板对X轴惯性距（IX2=bh3/12+y2A）

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）

Ⅰ

150

31.5

148837

112.5

148950

Ⅱ

2×175456

150912

Ⅲ

150

31.5

148837

112.5

148950

Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ

448812

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<210Mpa

3.2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＝5ql4/384EI

q—荷载集度q＝8M/L2；

E—横梁弹性模量，2.1×105Mpa

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0.5～1.5％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，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15×15cmф6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、整理与安装

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采用装配式拼装台座（钢管、钢箱或格构式结构）。

由于其具有安装工期短、投产快、可移动、可重复使用、造价低的优点，可以任意安排张拉生产线，长短可调；根据需要及工程量大小，施工场地条件可随意变化。

8结语

压杆式张拉台座有着不受地质条件限制、张拉承受力大、稳定性好、安全性高、适应性广、便于蒸气养生的优点。

基于上述优点，压杆式张拉台座在预应力空心板施工中，有着很大的推广价值。

参考书目：

《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ022－85）

《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）

《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023－85）

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