規模化先張法預應力空心板梁梁場設計

杜中合

1 概述

先張法因其施工工藝簡單、能大批量生產、經濟和質量穩定，而廣泛地運用于公路橋梁工程中。臺座是生產先張法預應力混凝土梁板的主要構件，用于承受張拉預應力鋼筋時的反力，臺座的穩定性、安全性、經濟性直接影響到先張法預制場正常運轉，是梁場設計的重點。共青城南湖大橋是一座市政橋梁，全橋上部結構由56跨(每跨27片)20 m先張法預應力空心板梁組成，其中中梁1 400片、邊梁共112片，全橋共計1 512片，規模大、周期長。現就該梁場設計作一簡要介紹。

2 空心板梁簡介

先張法空心板梁高100 cm、寬99 cm，距底板5 cm處直線分布14根～18根φj15.24的高強低松弛鋼絞線，根據位置不同分為中梁及邊梁，見圖1，圖2。梁長19.2 m～20.6 m。

部分預應力有效長度范圍以外部分采用硬塑料管套住，進行失效處理，以減少端部局部承壓力。預應力鋼絞線標準強度Ry= 1 860 MPa，張拉控制應力為1 395 MPa。采用單索頂初調、自錨式千斤頂整拉整放鋼絞線。鋼絞線張拉順序為:0→10%σk(錨固)→100%σk。預應力混凝土設計標號為C50。

3 梁場設計思路及總體布置

根據業主總體工期要求，南湖大橋空心板梁預制工期為10個月，計劃每月生產180片，180×10=1 800片，生產能力略有富余。與之配套預制臺座36個(生產周期為3.5 d～4.5 d)、存梁臺座30(橋址處有空地可以用作存梁場，因此存梁臺座數量盡可能少，以減小梁場規模;若無此條件存梁臺座數量需要計算);中梁外模(工廠精制鋼模)9套、邊梁外模3套;內模13套(充氣膠囊，1套為備用);27.5 m-20 t龍門吊2臺，用于抬吊轉運空心板梁;5 t龍門吊1臺，用于吊裝外模、鋼筋。

梁場分為預制區、存梁區、攪拌站、倉庫、鋼筋制作區及生活區。預制區又分為6個獨立的張拉臺座，互不干擾，每個張拉臺座可同時生產空心板梁6片。

4 先張法預應力臺座設計

先張法預應力臺座一般有兩種形式:1)墩式臺座，由傳力墩、臺座板、臺面和橫梁等組成，其構造通常采用傳力墩與臺座板、臺面共同受力形式，依靠自重平衡張拉力;2)槽式臺座，由錨固端、張拉端柱、傳力柱臺面及上、下橫梁等構件組成。

本梁場采用槽式臺座，同時對其結構加以改進，臺座張拉形心與傳力柱軸心重合，不考慮偏心問題，使受力明確、便于計算，增加結構可靠性。先張法臺座采用傳力柱、系梁連接的框架式結構布置，使整個張拉臺座形成一個整體。傳力柱尺寸為b×h= 500 mm×700 mm，每槽單獨設置;系梁尺寸為b×h=500 mm× 500 mm，頂面嵌入傳力柱20 cm，每20 m設置1道;臺座的各混凝土部分均采用C30混凝土;一個臺座縱向總長度組成為131.4 m，臺座的布置及各部位具體尺寸見圖3，圖4。

4.1 傳力柱計算

雖然傳力柱在實際的張拉過程中，不完全是處于軸心受力的狀態，但在計算時我們可以近似地認為，傳力柱基本上是處于軸心受壓的狀態。

傳力柱的計算長度L0根據兩端固定及現場實際情況整體考慮進行取值，取L0=20 m，則計算長細比λ=L0/b=20/0.6=33.3，通過查表得縱向彎曲系數φ=0.45。

當同一個臺座18根鋼絞線全部張拉完成時，即為傳力柱的最不利受力情況，每條傳力柱的最不利荷載為(1 395×139.98× 18)/2=1 758 kN，計算時取Nj=1 800 kN，軸心受壓構件正截面承載力計算式為:

則:

其中，γb為結構工作條件系數，γb=0.95;γc為混凝土安全系數，γc=1.25;γs為鋼筋安全系數，γs=1.25;Ra為混凝土軸心抗壓設計強度，Ra=17.5 MPa;R'g為鋼筋的抗壓設計強度，R'g= 340 MPa。

則可得:A'g=0。

主筋配置滿足鋼筋混凝土最小配筋率即可，選用8根φ16的Ⅱ級鋼筋，A'g=0.785×16×16×8=1 608 mm2≥500×700× 0.21%=735 mm2。

箍筋選用φ8的Ⅰ級鋼筋，縱向間距25 cm。傳力柱的配筋圖見圖5。

4.2 鋼橫梁計算

張拉端及錨固端均設有鋼橫梁，取最不利受力情況，即邊梁張拉端活動鋼橫梁進行分析，建立鋼橫梁的受力模型，見圖6(偏于安全)。

規范要求，鋼橫梁要有足夠的強度和剛度，在受力后產生的撓度要小于2 mm。

均布荷載:

最大彎矩:

則:

選用Q345c鋼板焊接成400 mm×800 mm箱形結構，則:Wx=，滿足要求。

鋼橫梁的剪力為:

剪應力為:

鋼橫梁的變形:

其中，Wx為鋼橫梁截面抗慣性矩;A為鋼橫梁截面面積。

4.3 預應力施工方案選擇

先張法空心板預制施工中，鋼絞線的張拉與放張方法常見的均有兩種:張拉時可采用單索頂單根張拉到位，單索頂單根張拉到10%然后千斤頂整體張拉到位;放張時可采用砂箱或者千斤頂整體放張。考慮到本工程空心板梁數量大、工期緊，采用千斤頂整拉整放，既提高了效率，又保證了預應力工程的質量，且經濟投入不大。

5 結語

南湖大橋工程實踐證明，框架式先張法空心板梁臺座受力明確、結構簡單、可靠性高，適合規模較大的梁場建設。

［1］ 周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］ 《實用建筑結構設計手冊》編寫組.實用建筑結構設計手冊［M］.第2版.北京:機械工業出版社，2003.

［3］ JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范［S］.

［4］ 汪 浩.箱梁預制場的位置及規模確定［J］.山西建筑，2010，36(14):297-298.

Design of prestressed hollow board girder field with scale pretensioning