淺析先張法預應力施工張拉臺座的設計與計算

摘 要

先張法預應力施工中，張拉臺座應進行專門設計，并應具有足夠的強度、剛度和穩定性。

【關鍵詞】先張法預應力；張拉臺座

在預應力施工中，先張法作為一種簡單經濟方便的方法廣為使用，在先張法施工除卻張拉設備、預應力筋、錨夾具需要在施工前嚴格試驗外，對于張拉臺座也要進行嚴格設計與計算，確保張拉臺座具有足夠的強度、剛度和穩定性，抗傾覆安全系數應小于1.5，抗滑移系數應不小于1.3。本文著重討論張拉臺座的設計和計算方法。

1 張拉臺座尺寸擬定

其中：

l1——G1點至O點的水平距離；

l2——G2點至O點的水平距離；

l3——G3點至O點的水平距離；

l4——G4點至O點的水平距離；

N——預應力鋼絞線的張拉力；

h1——N作用點至O點的垂直距離；

N′——臺面的抵抗力；

F——砼臺座與土的摩擦力；

E p′——臺座底部和座面上土壓力的合力；

Pcp——臺座后面的最大土壓力；

γ——土的容重，取γ=18 KN/m3；

φ——土的內摩擦角；

H——臺座的埋設深度；

h——臺座板厚度；

h0——截面的有效高度；

e0——軸向力對截面重心的偏心距；

ea——附加偏心距，當e0≥0.3h0時，取ea =0。

2 基本設定

（1）生產臺座最大張力

為了能使張拉臺座適應各種尺寸的預應力空心板的施工，最多能滿足16根鋼絞線的張拉力（鋼絞線的平均張拉力按鋼絞線試驗的最大值187.46KN計算）

187.46KN/根×16根=2999.36KN≈3000KN。

（2）在制作臺座時，多個臺座是整體澆筑，為計算方便，偏安全計，每個臺座均為單獨受力而不傳遞到相鄰臺座。

（3）考慮到臺座受力后的傾覆趨勢，取傾覆轉點在懸伸臂自由端砼面下5cm處。

（4）臺座配筋計算，假定拉區砼退出工作，拉區鋼筋力達到鋼筋抗拉強度，壓區砼力用等效矩形力圖代替，達到砼彎曲抗壓強度設計值。

3 抗傾覆驗算

G1=25×3.0×1.0×2.0=150KN

G2=25×0.5×（1.4+1.0）×0.4×2.0=24KN

G3=25×0.5×（1.4+1.0）×0.4×0.5×2=12KN

G4=25×2.6×1.0×2.0=130KN

l1=3.5m，l2≈2.8m，l3≈3.5m，l4=1.3m

平衡力矩：Mr=G1l1+G2l2+G3l3+G4l4

=150×3.5+24×2.8+12×3.5+130×1.3

=803.2KN·m

傾覆力矩：

MDV=N·h1=3000×0.10=300KN·m

抗傾覆安全系數：

K=Mr/MDV=803.2/300=2.68>1.5——安全

4 抗滑移驗算

Nˊ=φfcA/（K1·K2）

=（1×10×2.0×0.4×103）/（1.55×1.5）=3441KN

φ——軸心受壓縱向彎曲系數，取φ=1；

fc——砼軸心抗壓設計強度，取fc =10.0Mpa；

A——墊層截面積，取A=2.0×0.4=0.8m2；

K1——砼軸心受壓基本安全系數，取K1=1.55；

K2——考慮墊層截面不均勻等因素的附加安全系數，取K2=1.5；

μ——摩擦系數，砂土取μ=0.4

F=μ·（G1+G2+G3+G4）

=0.4（150+24+12+130）=126.4KN

臺座底部的被動土壓力：γ=18KN/m3，φ=30°

pcp=γH[tg2（45°+φ/2）-tg2（45°-φ/2）]

=18×3×[tg2（45°+15°）-tg2（45°-15°）]

=18×3×（3-1/3） =144KN/m2

pˊ=hpcp/H=（1.0×144）/3.0=48KN/m2

Epˊ=[（pcp+pˊ）·（H-h）·B]/2

=[（144+48）×（3-1）×2]/2

=384KN

抗滑安全系數：

K=（Nˊ+F+Epˊ）/N

=（3441+126.4+384）/3000

=1.32>1.3——安全

5 截面設計

（1）牛腿配筋計算

h0=3000-40=2960mm

Ag=Nh1/0.85h0fg

=（3000×100×103）/（0.85×2960×210）

=568mm2

最小配筋率（Ag/bh0）不小于0.2%

故Ag=0.002×1000×2960=5920mm2

取16根φ22 ：Ag=380.1×16=6082mm2

（2）彎起鋼筋Ag計算

本臺座h1/h0=100/2960=0.03<0.3，按規范要求配筋：

Ag=0.0015bh0

=0.0015×1000×2960

=4440mm2

選用12φ22鋼筋 Ag=12×380.1=4561mm 2

牛腿采用水平箍筋φ10且雙肢箍，間距100 mm，滿足規范要求。

（3）裂縫控制驗算

N≤（βftkbh0）/（0.5+h1/h0）

β——裂縫控制系數，取β=0.80；

ftk——標準抗拉強度。

則有：

N=（0.80×1.1×1000×2960）/（0.5+100/2960）

=4879878N

=4880KN>N=3000KN——安全

（4）臺座板配筋計算

h=1000mm，h0=1000-35=956mm，a=35mm

b=2000mm，fcm=11Mpa，fy=210Mpa

e0=M/N=（3000×1000）/3000=1000㎜>0.3×965=289.5㎜

故附加偏心距ea=0，則

φ=l0/h=3000/1000=3

故不考慮撓度對縱向力偏心距的影響

e=e0+h/2-a=1000+500-35=1465㎜

x=3000000/（2000×11）=136.4㎜

Ag=[3000000×1465-11×2000×（965-136.4/2）]/[210×（965-35）]

=8724mm2

選用24根φ22鋼筋，

Ag=24×380.1=9122.4mm2

上層鋼筋在非牛腿部分彎至底部，底部箍筋用φ10@200mm

6 鋼橫梁計算

鋼梁承受的均布荷載為：q=3000KN/m

Ix=71622cm4，Wx=3979cm3

σ=M/Wx=（ql2/8）/ Wx

=（3000×103×12/8）/（3979×106）

=94.2Mpa<[σ]=145Mpa——安全

鋼梁變形值為：

ωmax=5ql4/384EI

=[5×3000×103×14]/[384×2.1×1011×71622×10-8]

=0.3mm

7 小結

除了在設計中要考慮滿足一切施工中的張拉力，超張拉部分也要考慮進去，確保經濟且安全的進行施工。

參考文獻

[1]周水興，何兆益，鄒毅松等.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001（10）.

作者單位

棗莊市遠達公路工程監理咨詢有限公司 山東省棗莊市 277000

作者簡介

周明（1983-），男，山東省棗莊市人。大學本科學歷?，F為棗莊市遠達公路工程監理咨詢有限公司工程師。主要研究方向為交通工程。