框图先张法预应力空心板梁施工工艺.docx

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框图先张法预应力空心板梁施工工艺

一．工程概况

渝黔高速公路立交中桥为渝黔高速公路上跨重庆枢纽江北客站铁路线而设的立交桥，铁路中心里程DIK20+388.2，公路中心里程为K1+742.8,铁路正线与公路路线夹角为47°25′59″,该桥按斜交30°设计。

孔跨布置为3×30m先张空心板梁,桥梁全长111.29ｍ。

本桥下部结构桥台采用U型台，桩基础。

桥墩采用钢筋混凝土三柱式墩，挖孔桩基础，墩身直径1.5m，墩高17ｍ，最深挖孔桩为25ｍ，0＃台后侧设置有9根2.25ｍ×3.25ｍ的锚固桩，台前设置重力式挡土墙。

该桥梁部采用3×30ｍ预应力混凝土空心板梁，斜度为30°，分为中板和边板两种类型，中板宽1.43ｍ，边板宽1.68ｍ，板高1.40ｍ，空心板采用C40混凝土，中板混凝土为20.93ｍ３，边板混凝土为21.89ｍ３底板内共布设19根预应力筋，间距为7.2cm，预应力钢筋采用270级φｊ15.24毫米高强度低松弛钢铰线，每根张拉力为196KN,引伸量为17.8cm。

二、梁场布置

（一）、梁场布置

因本桥施工场地狭窄,经技术人员现场勘察研究分析,决定将30m先张法预应力空心板梁预制场置于贵阳台后路基上,设纵向两组制梁台座，每组3个，共计6个。

由于场地为已成形高速公路路基，其强度满足要求，因此直接在其上现浇25cm厚的砼台座，而台座两端采用2m×2m×2m扩大基础。

张拉台座也设置为2组，为满足张拉要求,基础采用4m×4m×2m+4m×2m×2m+4m×2m×1m钢筋混凝土台阶式基础。

其上设

75cm高的传力墩，传力墩后设置混凝土平台，以放置钢横梁。

贵阳方向为张拉端,设固定钢横梁及活动钢横梁,两者之间放置YD3000－600型千斤顶,重庆方向仅设固定钢横梁,固定钢横梁紧贴于传力墩。

在制梁场贵阳端及顺渝黔路右侧设存梁场。

制梁场设一副净吊50t，净跨16m，净高8m的龙门吊,作为板梁混凝土浇筑及纵、横向移梁的吊具。

在梁场两侧设龙门轨道，顺桥设2%的纵度。

1、50t龙门吊；2、固定钢横梁；3、传力墩；4、张拉梁台；

5、张拉油顶；6、活动钢横梁；7、存梁场；8、龙门轨道；

梁场平面布置图

（二）、龙门吊的设计

本龙门吊采用万能杆件现场拼制而成，设计净吊50t，净跨16m，净高8m。

1、主应力计算

a、恒载部分：

q=0.8t/m

M恒中=ql2/8=0.8×162/8=25.6t·m

b、活载部分：

净吊重30t，小车重12t，G总=42t。

因可能出现不均匀受力，故取1.2的不均匀系数

P集中=42×1.2=50.4t

M活中=PL/4=50.4×16/4=201.6t·m

c、荷载组合：

Mmax=M恒中+M活中=25.6+201.6=227.2t·m

d、跨中产生的Mmax由上、下弦杆内力组成的力矩平衡，则：

S弦=227.2t·m/4=56.8t·m

σ压=M弦/W抵=56.8t·m×103/0.84×82

=824.6Kg/cm2<[σ]=1700Kg/cm2（满足要求）

（W抵由万能杆件4N1拼而成）

2、挠度计算

a、ƒ恒=5qL4/384EIx=5×0.8×16/384×2.1×103×7.456×106

=0.436cm

b、ƒ活=PL3/48EIx=50.4×163/48×2.1×103×7.5×106

=0.272cm

ƒ总=ƒ恒+ƒ活=0.708cm<[ƒ]=2.29cm（满足要求）

三、台座检算

（一）、台座稳定性验算

1、抗倾覆验算：

取台座绕o点的力矩，则由重力产生的平衡力矩为：

Mr=G1L1+G2L2+G3L3+G4L4

=1040×5+520×3+260×1+22.8×3.7

=7104.4KN·m

由于被动极限的产生要求土体产生较大的变形，即台座产生了较大的变形，而这对于本设计是不允许的，因此被动土压力可以忽略不计。

由预应力筋的张拉力产生的倾覆力矩为：

MDV=Nh=196×19×0.347=1292.2KN·m

抗倾覆安全系数

K=Mr/MDV=7104.4/1292.2=5.5≥1.5（安全）

2、抗滑移验算

（1）、混凝土台座与土的摩阻力F:

F=μ（G1+G2+G3+G4）

公路地基为压实的碎石，取μ=0.65，则

F=0.65×（1040+520+260+22.4）

=1197.6KN

（2）、台座受到的被动土压力EP:

EPˊ=rHtg2（45º+ψ/2）-rHtg2（45º-ψ/2）

=20×4×[tg2（45º+30º/2）-tg2（45º-30º/2）]

=213.6KN/m2

Pˊ=hEPˊ/H

=0.5×213.6/4

=26.7KN/m2

EP=（EPˊ+Pˊ）（H-h）B/2

=（213.6+26.7）×（4-0.5）×5/2

=2102.6KN

（3）、台面的抵抗力Nˊ:

Nˊ=1270KN

台座的抗滑力：

N1=F+EP+Nˊ=1197.6KN+2102.6KN+1270KN

=4570.2KN

则抗滑移安全系数

K=N1/N=4570.2/3724

=1.4≥1.3（安全）

（二）、台座强度验算

1、传力墩受力分析

（1）、受剪分析

由于传力墩分两次浇注，所以造成一个剪切面。

Φ25钢筋：

Aˊg=4.9cm2；Φ32钢筋：

Aˊg=8.03cm2。

Ag=12×4.9+20×8.03=219.4cm2

τ=Tmax/Ag=1862/219.4=8.5KN/cm2

[τ]=0.7×[18.5]=13KN/cm2

τ≤[τ]（安全）

（2）、局部承压验算

根据《实用土木工程手册》P1361:

[σ局]=8.5√A/Ac；其中：

A=50×70=3500cm2；Ac=40×40=1600cm2。

σ局=8.5√A/Ac=8.5√3500/1600=12.6（安全）

2、钢横梁强度验算

钢横梁承受的均布荷载为：

q=196×19/2=1862KN/m

M=ql2/8=1862×22/8

=931KN·ｍ

钢横梁需用的截面抵抗矩为：

W=M/f=931×106/315=2956×103㎜3

钢横梁横截面如下：

2I56a:

Wx=2342cm3；Ix=65586cm4；

A=135.3cm2；b=16.6cm；E=2.1×103t/cm2；

I1=bh3/12=2.0×51.83/12=23165cm4

W1=bh2/6=2.0×51.82=894cm3

W总=2342.2+894.4=3236.6cm3

W总=3236.6cm3≥W（安全）

钢横梁的剪力为：

V=ql/2=1862×2/2=1862KN

钢梁的剪应力为：

τ=V/A=1862/135.3

=137.6Mpa≤fV=185MPa（安全）

钢横梁的变形值为：

ωmax=5ql4/384EI

=5×1862×106×24/384×2.1×105×23165×104

=0.013mm≤[ω]=l/400=5mm（满足要求）

四、先张法施工

预应力筋采用符合ASTMA,416-90a标准的φj15.24钢铰线,每片梁设计为19根,全部位于底板处。

预应力施工采用3片板梁整体张拉、整体放张。

在梁与梁之间用精轧螺纹钢连接,在两端采用精轧螺纹钢锚固,精轧螺纹钢与钢铰线之间用连接器连接。

张拉程序为：

0初应力（20%σK）控制应力（σK）持荷３分仲90%控制应力绑筋立模控制应力（锚固）

当钢铰线连接好后,用两台小油顶在活动横梁前对称张拉,当油压表读数达初应力时,即可锚固,把油顶换到下一根预应力筋,这样由内到外对称张拉每一根钢铰线到初应力并锚固好。

调整活动横梁,使之与大油顶紧贴,然后用大油顶张拉,当油表读数达到控制应力时期,封住给油阀,持荷3分钟,此时测量油缸伸长量,给此时量测到的数字加上初应力时的理论伸长量,即为控制应力时的实际伸长量,此伸长量与控制应力时的理论伸长量之差要控制在-5%~10%时之间,若不满足此要求,需查明原因,重新进行张拉。

伸长量无误后回油到90%控制应力时,再封住给油阀,锚固,预拉完毕。

此时即可绑钢筋,立模型,待模型立好后再张拉到控制应力,量测伸长量,应与预拉值要同,方可锚固,此次锚固后立即浇筑砼。

在梁体的混凝土强度达到设计强度的85%以上时,方可进行预应力筋的放张,放张要缓慢均匀地进行,待预应力筋松弛到自然状态，方可纵横向移梁。

张拉作业要特别注意安全,作业时操作人员应站在两侧，端面方向禁止站人，张拉前后两端栽防护栏杆，防止钢铰线拉断后甩出伤人。

每次张拉均要在钢铰线上加盖防护网罩。

张拉时压力表读数及伸长量计算：

张拉锚下控制应力σK=1395MPa,钢铰线断面面积s1=139MM2，精轧螺纹钢断面面积S2=490.9MM2

①初应力、控制应力及90%控制应力时的张拉吨位分别为P1，P2，P3

P1=20%σK×S1=38.8KN

P2=σK×S2=3684.1KN

P3=90%σK×S3=3315.78KN

②初应力时理论伸长量的计算

钢铰线ΔL1=P1L1/E1A1=12.8CM

精轧螺纹钢ΔL2=P1L2/E2A2=0.6CM

则ΔL初应力=13.4CM

控制应力时理论伸长量的计算

钢铰线ΔL1=P2L1/E1A1=64.03CM

精轧螺纹钢ΔL2=P2L2/E2A2=2.76CM

则ΔL控制应力=66.8CM

五、梁体预制

（一）、模板设计

板梁侧模采用大块钢模,每节6米,纵向采用螺栓连接,面板采用6mm厚钢板制作,横肋采用200工字钢,竖肋采用2[126槽钢,以保证模型有足够的刚度。

在台座施工前预留下口拉条孔位，采用波纹管预留孔洞,上口拉条上设有用来控制内模上浮的丝杠。

内模为可移动桁架式钢模，面板为3mm厚钢板,桁架上设滚轴,拆模时只需将桁架拖出,即可拆除。

底模采用10mm厚钢板焊于台座上。

立模前将面板统一打磨平顺,并涂上脱摸剂,以保证板梁内实外美。

1、外模验算

（1）、面板验算

a、强度验算：

取模板中纵横加劲肋最长的一块面板作为计算单元

（如下图所示）。

四边嵌固板承受均布荷载时，长边跨中支承

处的弯矩为最大，则

M=My×10×qLx2

=0.01×10×19.93×0.52

=0.50KN·m

W=bh2/6=55×0.62/6=3.3cm3

σmax=Mmax/W=0.50×103/3.3×10-6

=151.5MPa＜[σw]=181Mpa（满足要求）

b、挠度验算：

四边嵌固板中心点的挠度为

ƒ=Bql/Eδ3=0.00153×19.93×103/2.1×1011×（0.006）3=0.67mm≤l/400=1.25mm（满足要求）

（2）、横纵加劲肋验算

a、横向加劲肋验算

横肋间距750㎜，采用I200，支撑在竖肋上。

查表得W=237×103mm3；I=2370×104mm4；

荷载：

q=Ph=0.0156×750=11.7N/mm

M=ql2/8=11.7×12502/8=2.3×106N·mm

σ=M/W=2.3×106/237×103

=9.7MPa＜[σw]=181Mpa（满足要求）

ƒ=5ql4/384EI

=5×11.7×12504/384×2.1×105×2370×104

=0.07mm≤l/400=3.1mm（满足要求）

b、纵向加劲肋验算

选用2[12.6，以上下拉杆作为支撑点，W=62.1×103mm3，I=391×104mm4。

ｑ=0.02×1250=25N/mm

M=ql2/8=25×12502/8=4.9×106N·mm

σ=M/W=4.9×106/62.1×103

=78.9MPa﹤215Mpa（可满足要求）

ω=5ql4/384EI

=5×25×12504/384×2.1×105×391×104

=1.0mm﹤1250/400=3.1mm（可满足要求）

2、内模验算

（1）、面板验算

a、强度验算：

对于侧板，所取的荷载单元如下：

由于ly/lx=46.5/50=0.93﹤2（按双向板计算），

查附表二，得

KMx=0.02286,KMy=0.0206,

KMx0=-0.0640,KMy0=-0.0621

取1mm宽的板条作为计算单元，荷载q为：

q=0.02×1=0.02N/mm

求支座弯矩：

Mx0=KMx0·q·lx2=-0.064×0.02×5002=-320N·mm

My0=KMy0·q·ly2=-0.0621×0.02×4652=-268.6N·mm

面板的截面系数：

W=bh2/6=1×32/6=1.5mm2

应力为：

σmax=Mmax/W=320/1.5=213MPa﹤215Mpa（可满足要求）

求跨中弯矩：

Mx=KMx·q·lx2=0.02286×0.02×5002=114.3N·mm

My=KMy·q·ly2=0.0206×0.02×4652=89.1N·mm

钢板的泊松比υ=0.3,故需换算为：

Mx（υ）=Mx+υMy=114.3+0.3×89.1=141.03N·mm

My（υ）=My+υMx=89.1+0.3×114.3=123.4N·mm

应力为：

σmax=Mmax/W=141.03/1.5=94MPa﹤215Mpa（满足要求）

b、挠度验算

B0=Eh3/12（1-υ2）

=2.1×105×33/12×（1-0.32）=5.2×105N·mm

ωmax=Kf·ql4/B0

=0.00192×0.02×5004/5.2×105=0.6mm

ω/l=0.6/500＜1/500（满足要求）

（2）、横肋计算

横肋间距465，采用[50，支撑在三角架上。

荷载：

q=Ph=0.02×465=9.3N/mm；[50的截面系数W=10.4×103mm3，惯性矩I=26×104mm4

M=ql2/8=9.3×5002/8=2.9×105N·mm

σ=M/W=2.9×105/10.4×103

=29.9MPa﹤215Mpa（可满足要求）

ω=5ql4/384EI

=5×9.3×5004/384×2.1×105×26×104

=0.13mm﹤500/400=1.25mm（可满足要求）

（3）、竖向加劲肋验算

竖肋为∠25×25×4，分别以上下合页及三角架作为支承点，W=0.59×103mm3,I=1.03×104mm4。

q=Pl=0.02×500=10N/mm

M=ql2/8=10×5002/8=3.1×105N·mm

σ=M/W=3.1×105/0.59×103

=52.5MPa﹤215Mpa（可满足要求）

ω=5ql4/384EI

=5×10×5004/384×2.1×105×1.03×104

=3.76mm﹤465/400=1.16mm（可满足要求）

（二）、混凝土施工

混凝土浇筑前应对先张构件检查,观察台座受力、夹具、预应力筋、是否符合要求。

板梁浇筑时，先浇筑底板，放置内模，浇筑腹板，绑扎顶板钢筋，浇筑顶板混凝土。

底板浇注采用平板振动器配以插入式振动器振捣，振捣时避免触及预应力筋。

混凝土浇筑重点在于防止内模上浮和偏位，随时检查定位箍筋和丝杠固定情况。

为提高混凝土浇筑速度，用龙门桁车吊运混凝土。

由于夏季气温很高，混凝土浇筑一般安排在晚上进行。

混凝土浇筑完成并初凝后，要覆盖草袋保湿，养护期为7天，施工班组安排专人负责养护工作。

六、工程评价

通过30m先张梁的施工,发现本施工设计方案比传统的施工方案节省连结预应力筋,且3片板梁同时张拉,提高了工效,经济效果显著，值得在相似施工中推广。

七、先张法预应力空心板梁施工工艺框图

施工准备

支立侧模、端模

张拉预应力筋

检查

穿钢绞线、绑扎钢筋骨架

安装制梁台座

底模清理

砼浇筑

预应力筋切断

养护等强

预应力放松

承压墩横梁检查

运往存梁场

钢筋下料制作

张拉设备检查

封闭外露端关

钢绞线下料

张拉设备准备

压试件

钢绞线检查

制作试件