先张法台座设计.docx
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先张法台座设计
第二绕城高速A2标段
先张预制梁
台
座
设
计
编制：
审核：
审批：
一、结构设计
二、台座稳定性验算
1、抗倾覆验算
2、抗滑动验算
三、牛腿设计
1、开裂验算
2、配筋设计
3、承载力验算
四、传力柱设计
1、受力类型判别
2、配筋设计
3、承载力验算
五、钢横梁设计
1、尺寸设计
2、正应力强度验算
3、剪应力强度验算
4、刚度验算
5、剪力校核
六、施工台座的施工
本合同段先张梁预应力筋采用φ高强低松弛钢绞线，Ry=1860Mpa，设计张拉应力为Ry（1395Mpa）。
φ钢绞线公称面积S=140mm2,本工程先张梁设计单根钢绞线张拉力为N=，台座按照单片梁17根钢绞线的应力荷载设计，梁体单片最大张拉力为：
Nj=×17＝3320KN，按3500KN荷载进行台座设计。
一、结构设计：
牛腿采用C40、传力柱采用C30钢筋混凝土结构，断面尺寸50cm×60cm，为防止传力柱失稳，传力柱每隔8米设一道联系地梁，中间共设10道地梁，地梁断面尺寸为20cm×50cm，台座底板采取在碾压密实（密实度达到95%）的地基土上面整体浇筑15cm厚C30砼，再在其上浇筑一层10cm厚C30台面砼。
用槽钢架控制台面宽度及平整度。
台面上铺10mm厚钢板。
台座长度设计：
L=+（n-1）×+2·K=20×4＋（4-1）×＋2×8=m【L—台座长度（m），l—构件长度（m）；n—一条生产线内生产的预制梁数（片）；1—两构件相邻端头间的距离（m）；K—台座横梁到第一根构件端头的距离。
二、张拉台座稳定性验算（包括倾覆稳定性和滑动稳定性验算）
1、计算公式
（1）、倾覆稳定性按下式验算：
K0=M1/M=M1/Ne≥
（2）、滑动稳定性按下式验算：
Kc=N1/N≥
式中：
K0—抗倾覆安全系数；
KC—抗滑动安全系数；
M1—抗倾覆力矩，由台座自重和土压力等产生；
M—倾覆力矩，由预应力筋的张拉力产生；
N—预应力筋的张拉力；
e—张拉力合力作用点到传力墩倾覆转动点O的力臂；
N1—抗滑动的力，由台面承受的水平反力、土压力和摩擦力等组成。
2、有关计算数据
（1）、台座受力计算宽度：
B=（见平面布置图）；
（2）、台座前土体的容重：
γ=18KN/m3;（地基土物理力学强度指标）
（3）、台座前土体的内摩擦角：
φ=35˚；
（4）、台座与土体间的摩擦系数：
f=；
3、抗倾覆验算（对O点取矩）
（1）、抗倾覆力矩（忽略台座后面的土压力和牛腿自重）：
M1
=G1L1＋G2L2
=××14×24×＋××14×24×=
=·m
（2）、倾覆力矩：
每条生产线张拉控制力：
N=17×1395×140/1000=，按3500KN
验算。
最不利情况是四条线同时生产
M=Ne
=4×3500×=4900。
（3）、抗倾覆安全系数：
K0=M1/M
=23246/4900=>（安全，满足抗倾覆要求）。
注：
本计算中绞线保护层,细石混凝土台座厚+,倾覆点O取台面底部下处,所以e=++=
4、抗滑动验算
抗滑移验算按
（1）、台面反力：
N0=Bμ
=×4×300=1800KN。
（2）、台座与土体间的摩擦力：
F=F1＋F2
=（G1＋G2）×f
=（××14×24＋××14×24）×
=（3108＋）×
=。
（3）、台座后最大的土压力Ep：
p=γH[tg2（45º＋φ/2）－tg2（45º－φ/2）]
=m
Ep=[（p＋p）/2×（H－h）]×B
=
下式计算：
K=N1/N≥
后面传力柱配筋进行验算。
三、牛腿设计
1、尺寸确定开裂验算
Fvs≤βFvs）ftkbl0/+a/l0）
其中:
Fvs—作用于牛腿顶部的水平力，即钢绞线拉力的合力的一半取=2100KN
Fhs—作用于牛腿顶部的竖向力,此为零
β—裂缝控制系数,静载取β=
ftk—混凝土轴心抗拉强度标准值,C30取mm2
a—合力作用点距台面距离,取a=
b—牛腿宽度取1m
h0—牛腿长度的有效值,既牛腿高度减去钢筋保护层厚度h0=则Fvs=2100KN<βftkbh0/+a/h0）
=*2010**1/+
=6610KN（安全，满足开裂控制要求）
2、牛腿受拉配筋
As≥γdFva/
式中:
As—牛腿受拉钢筋截面面积
γd—钢筋混凝土结构系数,取（承载极限状态计算）
Fv—作用在单个牛腿上的钢绞线拉力,取1750KN
a==h0—牛腿有效高度,即扣除保护层后的牛腿高度
fy—Ⅱ级钢筋抗拉强度设计值取310N/mm2
所以As≥*1750000**310*=mm2
设计规范规定：
承受竖向所需的水平纵向受拉钢筋的配筋率（按全断面计算）不应小于%。
现Ag小于规范规定，故取
Ag=×A=×900×2200=3960mm2
选用Ⅱ钢筋12Φ22mm，
Ag=12×=4561mm2>3960mm2满足要求
3、牛腿采用水平箍筋Ⅰ钢筋Φ12且双支箍，间距150mm，满足规范要求（规范要求：
在牛腿上部2/3h0的范围内水平箍筋总截面积不少于承受竖向力的受拉钢筋截面积的1/2）。
4、牛腿支承面混凝土强度验算（此采用C40砼）
N/A=3500/×1）=Mpa
<=×=（安全，满足承压强度要求）
四、传力柱配筋设计
1、计算ηei判断截面类型（张拉端部传力柱）
C40,fcm=mm2，fc=mm2，a1=，HRB335,fy=fy`=300N/mm2，ξb=，
as=as`=40mm，ho=560mm,b=500mm，ρmin=ρmin`=%，T=3500KN
lo/h=8000/600=>5，所以需要考虑二阶弯矩的影响。
N=T－（NO+F+EP）=3500-（1800++/4=
Mmax=N·a=×=·m（a取张拉应力作用在传力柱上时相对高度300mm）
e0=Mmax/N=×103/=300mm
ea=max{h/30,20}=20mm
ei=e0+ea=300+20=320mm
ζ1=N=××500×600/×103=>1，ζ1=1
lo/h=8000/600=<15,ζ2=；
η=1+（lo/h）2·ζ1ζ2/1400（ei/ho）=
ηei=×320=>=168mm
x=N/a1fcb=215mm>2as`=80mm
ξ=χ/ho=<ξb=（按大偏心公式计算。
）
e=ηei+（h/2-as）=
As=As`=[Ne-a1fcbχ（ho-x/2）]/fy`（ho-as`）=1251mm2>ρminbho=560mm2
配筋选用4Φ22+4Φ22
既8×=3040mm2>Ag=As+As`=2502mm2
2、抗滑动复验算：
’
’’
传力柱断面为A=b*h=50×60=3000cm，C40砼轴心抗压设计强度为
Ra=20Mpa,压柱内纵向采用8φ22Ⅱ级钢筋，箍筋φ8，箍筋间距
200mm以满足规范要求。
配筋如图所示。
Ag=3040mm2,A=300000mm2,其配
筋率为μ＝3040/300000＝1％＞%（满足设计规范要求）。
二级钢筋抗
压设计强度Rg=300Mpa（配筋计算见下页偏心受压既配筋验算）
长细比λ＝L0/b=8000/500=16，查表得纵向钢筋弯曲系数⎫=,
由公式Nu=γb⎫（ARa/γc+RgAg/γs）
γb为工作条件系数取，γc为砼安全系数取，γs为钢筋安全
系数取.
Nu'=××（20×300000/+300×3040/=5096KN
Nu=4Nu'=4×5096=20384KN（按4个传力柱计算，实际应为5个。
）
≥N=×3500×4=18200KN（安全，满足抗滑动要求）
五、钢横梁设计
根据台座布置图以及预应力钢绞线的布置，横梁拟选用56a型工字钢
焊接而成，横梁长米，两端与传力柱端头钢板焊接成固结状态，其受
力（N考虑安全系数取4200KN）如图所示。
钢横梁横断面
钢
板
3
钢板1
Ⅰ45
钢板2
钢板2'
b工字钢
钢
板
3'
43
钢板1'
（1）、求A、B处的支反力：
根据静力平衡方程得
RA=RB=QC=QD=ql/2=4200×1/2=2100KN
（2）、跨中截面最大弯矩
Mmax=2800××/8=
作弯矩、剪力图（见附件）：
（3）
钢横梁组合截面的惯性矩计算
1
由材料型钢表查得：
I56a工字钢惯性矩Ia=
2
钢板1和钢板1’的惯性矩I1=b×h3/12=2×563/12=
其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和：
=2×I1=2×=cm4
（4）
钢板2和钢板2’的惯性矩I2=b×h3/12=2×523/12=
4
其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和：
=2×I2=2×=cm
（5）
钢板3和钢板3’的惯性矩
I3=b×h3/12=43×23/12=
其对钢横梁组合截面重心轴的惯性矩之和：
=2×（Ⅰ3+b×h×y2）=2×+43×2×292）=
（6）
钢横梁组合截面的惯性矩Iz=（2×Ia
）+I1.
+
+I3.
=381288cm4
（7）钢横梁正应力强度验算:
钢横梁下边缘截面抵抗矩
Wz=Iz/Y=381288/（28+2）=
最大正应力（下边缘截面处）为：
3
6
σmax
=
Mmax
/Wz
=
×10/（×10）=
σmax
＜［σ］=210
MPa
满足正应力要求.
2、钢横梁剪应力强度验算:
由材料型钢表查得：
I56a工字钢对重心轴静矩Sz=
钢横梁组合截面重心轴静矩
Szmax=×2+2×（28×2）×11+2×（26×2）×13+2×（43×2）×
29=
钢横梁组合截面最大剪力：
Qmax=2100×=2730KN
最大剪应力τ
=（Q
×S
）/（Iz×b）
max
max
zmax
3
6
-8
=
2730××10×10/（381288×10×）
3、
=<［τ］=100MPa
钢横梁刚度验算
4
满足剪应力强度要求
按公式f=5ql/384EI
4
5
4
fMax
=5×2800×/（384×2×10×381288×10）
=<［f］=l/400=400=
满足刚度要求
2
3-6
故横梁采用2根I56a型工字钢（16Mn钢）焊接而成，其各项指标符合
要求，结构安全。
为了防止工字钢偏心受压扭动，在工字钢内侧加肋，间
隔30cm焊接厚20㎜的加劲肋钢板。
4、端锚钢板尺寸选择
端锚钢板采用普通A3钢板制成，普通A3钢板的力学性能:
[τ]=85Mpa
根据先张梁钢绞线位置，端锚板选择：
长×宽×厚＝200×40×4cm的钢板作承压端锚钢板，传力杆采用直径
为25mm的精轧螺纹钢，端锚板上孔的间距同预应力钢绞线的间距（以5cm
计），孔径为30mm。
剪应力校核：
端锚板采用厚度为δ＝40mm钢板制成，或由2片厚钢板焊成。
剪切面积A=L*δ=2500*40-30*21*40＝58000mm，剪力Q＝4200KNZ则
τ=Q/A＝4200×10/（58000*10）＝≤[τ]＝85Mpa（剪切强度安
全）
六、先张法预应力台座的施工
1、预制场基础的处理
预制场在台座开始施工前，在台座范围内用砾石回填40cm，使台座的
基础比四周的原地面稍高，用压路机碾压密实，并在纵向距台座的地
方挖好排水沟，这样就能使在雨天及养生用水可以顺利地排出台座，不至
于积聚于台座周围，影响施工作业。
2、台座的施工
台座两端的施工台座的张拉端及锚固端的混凝土因其体积较大，可
采用片石混凝土。
需要注意的是，在张拉端台座与滑动钢梁的位置，应预
埋厚2cm的钢板，钢板上应焊接钢筋伸入张拉端台座内部，使砂箱所受的
张拉力能均匀地传到台座上，使该部位不会因局部压力过大而产生混凝土
破坏。
锚固端则应在台座上预埋焊接固定钢横梁的钢板，所有预埋钢板的
位置均应预埋准确。
传力柱的施工因混凝土传力柱为细长受力构件，施工顺直度的好坏，
将会影响到台座的受力性能。
因此，在混凝土传力柱施工时，应使用经纬
仪观测传力柱模板的顺直度。
传力柱内的钢筋可分节段制作，再运至开挖
好的基础内进行焊接连接，以保证钢筋顺直。
系梁的施工传力柱间横向设置10道混凝土系梁，尺寸为b×h=200
×500mm，系梁底面标高应比传力柱底面相同，在与传力柱相交处，系梁钢
筋应伸入传力柱的钢筋，以使台座连成一个整体。
钢绞线在两端的限位装置，钢铰线在张拉完成后，钢铰线的轴心应与
传力柱的轴心基本在一条直线上。
因此，钢铰线在张拉端及锚固端的限位
装置应定位精确。
附梁场布置详图（平面图、剖面图、配筋图）
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