先張法預制U梁臺座設(shè)計及施工研究

李子華

（1.中鐵三局集團廣東建設(shè)工程有限公司 廣東 廣州 511400）

先張法預制U梁臺座設(shè)計及施工研究

李子華

（1.中鐵三局集團廣東建設(shè)工程有限公司 廣東 廣州 511400）

臺座是先張法預應(yīng)力張拉力的直接承載構(gòu)件，必須具有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性。U型梁為開口薄壁結(jié)構(gòu)，梁體荷載主要由預應(yīng)力承擔，對梁場預制工藝要求高。結(jié)合工程實例，首先介紹先張法預制 U梁臺座的結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造參數(shù)，然后對臺座強度、穩(wěn)定性及地基承載力等方面進行復核驗算，最后簡要闡述臺座施工過程。分析結(jié)果表明，槽式臺座強度、穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求，施工過程安全可靠，施工質(zhì)量可控。

先張法；張拉臺座；設(shè)計計算；施工過程

1 引言

先張法是澆筑混凝土之前，先將預應(yīng)力筋張拉在臺座或臨時結(jié)構(gòu)上，然后澆筑混凝土，待混凝土強度達到張拉強度后，放松預應(yīng)力筋，通過混凝土與預應(yīng)力筋之間的粘結(jié)對構(gòu)件施以預應(yīng)力的方法[1]。先張法一般需在預定的場地生產(chǎn)，適用于中小型混凝土構(gòu)件。從經(jīng)濟效益上來說，先張法施工可節(jié)約預應(yīng)力錨具、波紋管等材料，對于大量預制生產(chǎn)來說，可大大節(jié)約工程成本。

先張法預制U梁是一種開口薄壁式結(jié)構(gòu)，具有建筑高度低、降噪效果好、外形視覺效果佳等優(yōu)點，普遍應(yīng)用于凈空要求高、噪音控制嚴格的地區(qū)。

另外，臺座在先張法構(gòu)件生產(chǎn)中是主要的承力構(gòu)件，它必須具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，以免因臺座的變形、傾覆和滑移而引起預應(yīng)力的損失，以確保先張法生產(chǎn)構(gòu)件的質(zhì)量。臺座的形式繁多，按照造型形式可分為框架式、槽式、墩式，施工中以槽式和框架式應(yīng)用最為廣泛。

工程概況：新建荔林梁場位于深圳市光明區(qū)荔林，該場地用于預制先張法 U型梁，需預制的U型梁跨徑為25m～35m不等。預制U梁全部采用1860Mpa低松弛預應(yīng)力鋼絞線，單根鋼絞線張拉控制應(yīng)力為1395Mpa，35m跨徑U梁設(shè)計規(guī)格為35m（長）×5.5m（寬）×1.9m（高），配置96根鋼絞線。預制U梁采用先張法施工，選用槽式張拉臺座。

2 張拉臺座設(shè)計

3.1 設(shè)計依據(jù)及技術(shù)指標

本工程所采用的材料：C50混凝土，抗壓強度設(shè)計值22.4Mpa，抗拉強度設(shè)計值1.83Mpa，彈性模量3.45×104Mpa；C40混凝土，抗壓強度設(shè)計值18.4Mpa，抗拉強度設(shè)計值1.65Mpa，彈性模量3.25×104Mpa；普通鋼筋HRB400，抗壓強度設(shè)計值330Mpa，抗拉強度設(shè)計值330Mpa。

3.2 臺座結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于35m跨徑U型梁，本工程預制梁場采用單孔單線（一孔張拉）臺座，臺座設(shè)計長度57.5m，寬度8.0m。臺座需承受96根預應(yīng)力鋼絞線張拉力1900t。先張法槽式臺座平立面圖如圖1。

圖1 先張法槽式臺座平立面圖（上：立面，下：平面）

臺座中間截面?zhèn)髁χ?.6m，寬1.0m，臺身高1.0m；如圖1所示，左端為張拉端，此處橫斷面臺身高2.3m，傳力柱高2.5m，端部封實，封實段縱向1.8m，右端為固定端，不設(shè)封實段，此處傳力柱寬度增大為1.2m；臺身端部區(qū)域設(shè)置0.7m厚配重；底模平臺截面高0.8m，寬0.5m。

臺身和傳力柱采用C50混凝土，底模平臺采用C40混凝土，配重采用C25混凝土。

3.3 臺座結(jié)構(gòu)驗算

（1）計算工況

根據(jù)施工的先后順序，張拉臺座需按照張拉前和張拉后進行結(jié)構(gòu)受力分析。

① 張拉前：自重+二期+臨時荷載

② 張拉后：自重+二期+臨時荷載+張拉力

（2）計算模型

采用MIDAS CIVIL有限元計算軟件[2]進行建模，分析模型采用空間梁單元。二期和臨時荷載換算為均布荷載加載，張拉力以集中力的形式作用在臺座兩端節(jié)點，換算土層支撐剛度作為邊界條件，通過施加節(jié)點只受壓彈性支撐來考慮土層對臺座的支撐作用。。Midas Civil模型示意圖如圖2所示。最后對模型進行了靜力分析和屈曲分析。

圖2 先張法臺座Midas civil模型示意圖

（3）驗算結(jié)果

① 臺座強度

根據(jù)上述計算模型，得到臺座在張拉前后的正應(yīng)力、剪應(yīng)力結(jié)果，如下表 1所示，結(jié)果表明，臺座在預應(yīng)力張拉后各項強度指標均滿足規(guī)范要求。

表1 臺座強度驗算結(jié)果

② 臺座穩(wěn)定性

過大的張拉力可能帶來結(jié)構(gòu)的壓桿屈曲失穩(wěn)[3]，對于整體穩(wěn)定性驗算，通過Midas有限元模型，進行了張拉后荷載作用下，臺座的彈性屈曲失穩(wěn)分析。圖3為張拉臺座一階失穩(wěn)模態(tài)，結(jié)果表明，自重+二期+臨時荷載+張拉力作用下，失穩(wěn)臨界荷載系數(shù)64.9，即相當于64.9倍既有張拉力作用下使臺座產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)，說明結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性滿足要求。

圖3 張拉臺座一階失穩(wěn)模態(tài)

③ 地基承載力

臺座張拉后，各支承節(jié)點的支反力如圖 4所示，結(jié)果表明，節(jié)點最大支反力出現(xiàn)在臺座高度變化段底緣，最大支反力為 611KN，對應(yīng)土體的承載應(yīng)力為。為安全起見，建議路基填筑完成后地基承載力不得小于180Kpa。

圖4 臺座張拉后支反力分布

3 臺座施工槽式臺座通過鋼箱梁、千斤頂傳于牛腿，再通過牛腿傳于傳力柱受力。臺座制作過程大致如下[4]：

第一步：平整場地，場地需平整到設(shè)計要求的壓實度；

第二步：開挖基坑，臺身頂面與地面同高，臺座的配重、牛腿下部、臺身均埋置于地基中，增加槽式臺座的結(jié)構(gòu)受力特性。

第三步：鋼筋綁扎，特別注意牛腿鋼筋需擺放準確到位，牛腿受力面需預埋鋼板，鋼板平面平整。

第四步：澆筑牛腿、臺身、傳立柱C50混凝土，需注意牛腿處混凝土振搗密實。

第五步：底模平臺和可移動平臺施工，此平臺采用C40混凝土。

第六步：鋼橫梁安裝。鋼絞線限位鋼板穿線定位孔位要與臺座面高差準確（以控制好鋼絞線保護層）。鋼橫梁、千斤頂要安裝水平，且軸心在同一平面。

第七步：張拉加載及調(diào)試。

5 結(jié) 語

本文對先張法預制U梁臺座的結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算復核及施工過程等方面進行探析，大致形成如下結(jié)論及建議：

（1）槽式先張法臺座強度、剛度均滿足設(shè)計要求，抗傾覆穩(wěn)定性好。

（2）需規(guī)范槽式臺座的施工過程，嚴格控制臺座施工質(zhì)量，做到施工安全、質(zhì)量可控。

[1]鄭新偉，曹敏.先張法臺座設(shè)計及施工[J].浙江水利科技，2004(1).

[2]葛俊穎.橋梁工程軟件Midas Civil使用指 南[M].北京:人民交通出版社,2013.

[3]羅堯治,年有增,符剛.基于壓桿失穩(wěn)的張拉整體結(jié)構(gòu)極限承載力[J].空間結(jié)構(gòu).2004(10).

[4]王洪全.預應(yīng)力先張法生產(chǎn)預制梁臺座設(shè)計施工技術(shù)[J].科學技術(shù)與工程,2006(22).

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1007-6344（2017）02-0114-02