規(guī)?；葟埛A(yù)應(yīng)力空心板梁梁場設(shè)計(jì)

2011-03-06 09:10:48杜中合

山西建筑 2011年17期

杜中合

1 概述

先張法因其施工工藝簡單、能大批量生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量穩(wěn)定，而廣泛地運(yùn)用于公路橋梁工程中。臺座是生產(chǎn)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁板的主要構(gòu)件，用于承受張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時的反力，臺座的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到先張法預(yù)制場正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是梁場設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。共青城南湖大橋是一座市政橋梁，全橋上部結(jié)構(gòu)由56跨(每跨27片)20 m先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁組成，其中中梁1 400片、邊梁共112片，全橋共計(jì)1 512片，規(guī)模大、周期長?，F(xiàn)就該梁場設(shè)計(jì)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(qiáng)低松弛鋼絞線，根據(jù)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(yù)應(yīng)力有效長度范圍以外部分采用硬塑料管套住，進(jìn)行失效處理，以減少端部局部承壓力。預(yù)應(yīng)力鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ry= 1 860 MPa，張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa。采用單索頂初調(diào)、自錨式千斤頂整拉整放鋼絞線。鋼絞線張拉順序?yàn)?0→10%σk(錨固)→100%σk。預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為C50。

3 梁場設(shè)計(jì)思路及總體布置

根據(jù)業(yè)主總體工期要求，南湖大橋空心板梁預(yù)制工期為10個月，計(jì)劃每月生產(chǎn)180片，180×10=1 800片，生產(chǎn)能力略有富余。與之配套預(yù)制臺座36個(生產(chǎn)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(shù)量盡可能少，以減小梁場規(guī)模;若無此條件存梁臺座數(shù)量需要計(jì)算);中梁外模(工廠精制鋼模)9套、邊梁外模3套;內(nèi)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(zhuǎn)運(yùn)空心板梁;5 t龍門吊1臺，用于吊裝外模、鋼筋。

梁場分為預(yù)制區(qū)、存梁區(qū)、攪拌站、倉庫、鋼筋制作區(qū)及生活區(qū)。預(yù)制區(qū)又分為6個獨(dú)立的張拉臺座，互不干擾，每個張拉臺座可同時生產(chǎn)空心板梁6片。

4 先張法預(yù)應(yīng)力臺座設(shè)計(jì)

先張法預(yù)應(yīng)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(gòu)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(gòu)件組成。

本梁場采用槽式臺座，同時對其結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，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(jì)算，增加結(jié)構(gòu)可靠性。先張法臺座采用傳力柱、系梁連接的框架式結(jié)構(gòu)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(dú)設(shè)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(shè)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(jì)算

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

傳力柱的計(jì)算長度L0根據(jù)兩端固定及現(xiàn)場實(shí)際情況整體考慮進(jìn)行取值，取L0=20 m，則計(jì)算長細(xì)比λ=L0/b=20/0.6=33.3，通過查表得縱向彎曲系數(shù)φ=0.45。

當(dāng)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(jì)算時取Nj=1 800 kN，軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算式為:

則:

其中，γb為結(jié)構(gòu)工作條件系數(shù)，γb=0.95;γc為混凝土安全系數(shù)，γc=1.25;γs為鋼筋安全系數(shù)，γs=1.25;Ra為混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，Ra=17.5 MPa;R'g為鋼筋的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)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(jì)算

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

規(guī)范要求，鋼橫梁要有足夠的強(qiáng)度和剛度，在受力后產(chǎn)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(jié)構(gòu)，則:Wx=，滿足要求。

鋼橫梁的剪力為:

剪應(yīng)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(yù)應(yīng)力施工方案選擇

先張法空心板預(yù)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?？紤]到本工程空心板梁數(shù)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(yù)應(yīng)力工程的質(zhì)量，且經(jīng)濟(jì)投入不大。