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1、先张法预应力空心板梁传力柱设计及预制工艺先张法预应力空心板梁传力柱设计及预制工艺1 1、工程简述、工程简述 本工程为一级公路工程，共包括先张法预应力梁桥两座，均为4 孔 20 米空心板梁左右幅分离式桥，预应力梁板共 176 片。其中其中一座中桥为斜交（交角 40 度） ，另一座中桥为正交桥。预应力空心板每跨梁 22 片，其中中梁 18 片，边梁 4 片。中梁设预应力筋 14根，边梁设 15 根，除斜交桥梁设钝角加强筋外，其余梁为钢筋均为I 级（10）钢筋。采用先张法预制梁不仅可以节约模板投资，降低工程成本，而且可以减少占地面积，减少工程循环周期，通过集中预制的方案，缩短工期。其优越性具体如下：
2、（1）先张法预应力预制梁可以最大限度地利用场地和节约模板投入数量。一次预制梁4 片，将斜交梁与正交梁结合，可以减少侧模模板单侧 4 套，即只需 4 套正交空心梁的模板， （中梁 2 套，边梁 2 套） ，减少梁模板 2套；（2）可以最大限度地减少预应力筋的损耗，将 4 片梁集中一次预制（长度方向顺次排列 4 片） ，可以减少 3 片梁预应力筋的工作长度；同时，先张法施工时预应力筋部分工作长度（即千斤顶工作范围内）用精轧螺纹钢代替预应力筋 ，精轧螺纹钢与预应力筋通过特殊锚具联系，又可以减少预应力的损耗，而且精轧螺纹钢周转循环次数可以满足全部梁预制完毕；（3）制作预制力台座两处，预应力砼梁用蒸汽养
3、护 36 小时达到设计强度的 11.2%，可以在 7 天内预制梁两槽（即 8 片）最大限度地缩短了预制周转周期。同时，梁放张后，用简易龙门架（可以走行）起吊直接平移，实现全过程流水线作业，而且，该种施工方法可以不受其它外界环境因素，诸如气温偏低强度达不到强度，雨季交通等影响。 （4）操作简便，安全可靠。预应力筋与钢筋骨架绑扎可以同时进行一次成型，预应力筋张拉锚固后，适当调整各分部骨架筋间距与失效管位置即可以设计及施工规范要求，而且还可以避免预应力筋在张拉过程中发生断索弹飞伤人等事故发生。而且，预应力筋施加预应力，可采取一端固定，另一端统一张拉的施工工艺。2 2、先张法预应力梁预制台座的设计检算
4、、先张法预应力梁预制台座的设计检算根据一槽梁为 4 片统一施工的方案要求，制梁台座的关键部位为传力柱。2.1 设计结构计算简化预应力筋在施工预应力的过程中，千斤顶将力通过传力柱施加反力而作用于预应力筋，因此传力柱可以简化为两端铰支的细长杆在两端施加作用力 P 情况下的稳定与强度检算（其自重忽略不计） 。欢迎访问铁路工程论文网 如下图：即：用球形铰支座支承的细长杆，它的两端作用着轴心压力P。当力 P 的大小达到临界 Plj时， 使杆在水平方向受到微小的扰动，它就会向旁弯曲，应用挠曲轴线的近似微分方程：d2y/dx2=M(x)/EI 即 y”=-M(x)/EI在任意截面 m-n 处的弯矩：M(x)
5、py代入上式得，y”=-py/EI令 k2=P/EI则 y”+ k2y=0其通解为 y=Asinkx+Bcoskx (1)式中的 A 和 B 为积分常数，可由压杆杆端的边界条件即当 x=0 时，y=0当 x=l 时，y=0来确定，代入（1）式得B0Asinkl+Bcoskl=0 求式（2）的非零解，要求由待定积分常数 A 和 B 的系数所组成的行列式等于零，即：0 1 sinkl coskl欢迎访问铁路工程论文网 (3)式即为稳定的特征方程，由它可求得其临界力 Plj即：sinkl=0kl=n 或 k=n/l (n=0,1,2,3)将此式代入 k2=p/EI可得 P=n22EI/l2（2）0（
6、3）显然必须采用使杆丧失稳定的最小压力，即 n=1,便得出两端铰支压杆的临界荷载为：Plj2EI/l2 (欧拉公式) （4）I：杆截面的 形心惯性矩在检算其稳定性时，Plj则应为预应力筋在达到控制应力时，千斤顶作用于传力柱上的反作用力。2.2 作用于传力柱上的反作用力的计算计算简图如下：即作用于每个传力柱上的力均为 1/2P(控制应力)2.2.1 先张法预应力空心板梁张拉控制力的计算：已知条件有：设计控制力 k=1339Mpa;预应力筋的弹性模量 Eg=2.0105Mpa;预应力筋的截面面积 Ag=140mm2；预应力筋的工作长度 l86.46m；则按照公式，作用于传力柱上的最大应力为PkAg
7、nb10-3(KN)式中 n：为预应力筋根数；b：为超张拉系数，设计无超张拉，故 b1.0；在设计中预应力空心板梁中梁设计有预应力筋 14 根，边梁设计有预应力筋 15 根，为偏于安全考虑，取边梁作为控制力，即 n15，则 p=1339140151.010-3=2811.9KN代入式（4）Plj1/2P2EhIh/I2 可以近似拟定混凝土的截面形式。2.3 为便于施工，保证其安全，提高传力柱的作用效果，传力柱设计为钢筋混凝土结构，即为双截面传力柱，在混凝土受压区中亦布置有受压钢筋的截面。故此按照容许应力法的基本假定：（1）截面假定，即所有与杆轴垂直的截面在杆件变形后仍保持为平面；（2）弹性体假
8、定，因钢筋基本上是弹性体，而混凝土为弹塑性体，钢筋混凝土在受压弯曲阶段，近似地把 压区砼的应力与应变成正比，gEgg hEhh；（3）受拉区砼不参加工作：根据临界状态钢筋混凝土在此阶段，受拉区砼仍有一部分参加受拉工作，但其影响非小，假定拉筋全部由钢筋承受。欢迎访问铁路工程论文网 受压钢筋中的应力可根据它至中性轴的距离推求如下：g=Egg=Egg(x-a)/x= Egh/Eh(x-a)/x=nh(x-a)/x受压钢筋的换算截面为 nAg ，换算截面的总面积为 Ao为Ao=bx+nAg+nAg中性轴通过换算截面的重心，故 Sa=Sl1/2bx2+nAg(x-a)=nAg(ho-x)整理后得：x2+
9、2n(Ag+Ag)/bx-2n(Agho+Aga)/b=0而内力偶臂 z=ho-x+y故 y=Ia/Sa=1/3bx3+nAhg(x-a)/1/3bx2+nAg(x-a)式中Ia-受压区换算截面时中性轴的惯性矩；Sa受压区换算截面对中性轴的面积矩；故受拉钢筋中的应力：g=M/Agzg混凝土中最大压应力：h=h /nx/no-xg受压钢筋中的应力：g=g (x-a)/ho-xg因传力柱在受到轴向压力的情况下，其在跨中容易受这发生挠曲变形，而此时的破坏内力程度较此传力柱在其长度方向上垂直作用于传力柱上的外力破坏力小得很多，故只需适当配筋即可满足要求，传力柱只检算内在受压状态下的强度和稳定性。2.4
10、 传力柱在轴向受压准确无误下强度和稳定性检算传力柱在破坏7 阶段的应力状态是其检算的依据如下图：2.4.1 强度检算：由平衡条件知传力柱的破坏轴向力为：Np=AhRa+AgRg式中：Ah混凝土的截面积；Ra混凝土传力柱的强度；Ag受压纵筋的面积；Rg受压纵筋的计算强度；为保证构件在使用阶段不进入破坏状态，应对上式加一安全系数 K再换算为容许应力的表达式如下：NNp/k=AhKa+AgRg/k=Ah(Ra/k)+Ag(Rg/Ra)(Ro/k)= a(Ah+mAg)式中aRa/km=Rg/Ka即 h=N/Ah+mAg a式中： h混凝土计算压应力；N计算轴向压力；Ah传力柱横截面的混凝土面积；Ag
11、受压纵筋的截面积；m受压纵筋计算强度与混凝土传力柱强度之比；h-混凝土中心受压时的容许应力；已知：NPly=1/2P=1/22811.9KN=1405.95KN；2.4.2 稳定性检算传力柱在轴向压力作用下，可能在强度未发生破坏之前，由于纵向弯曲使构件丧失稳定而导致破坏。因此对稳定性检重点工作公式如下：hN/（Ah+mAg ） a式中：纵向弯曲系数；2.4.3 传力柱横截面尺寸拟定：设传力柱为 C30砼 400mm600mm 方柱，其中布设 A3钢筋如下图：受压 Ag=482=804mm2=0.000804m2Ah=400600-Ag=23919.6 mm2=0.24 m2轴向受压力 N=Pl
12、j=1/2P=1/22811.9KN=1405.95KN2.4.4 强度与稳定性检算：强度：hN/Ah+mAg=1405.95103/0.24+12.40.000804=5.6Mpaa=10.5Mpa稳定性：hN/（Ah+mAg ）1405.95103/0.56（0.24+12.40.000804）10.0MPa0.5Mpaa=10.5Mpa式a-C30砼受压构件容许应力a=10.5Mpa；纵向弯曲系数，取值 0.56；结论：该截面传力柱满足预应力筋在施加预应力各项要求。为安全起见，在传力柱施工时，传力柱两端与工作坑内钢筋混凝土进行刚性连接，保证施工过程中传力柱受扰动时仍不发生破坏。3 3、先
13、张法预应力台座平面布置图及纵断面图、先张法预应力台座平面布置图及纵断面图欢迎访问铁路工程论文网 传力柱现场施工时，传力柱砼与操作台砼浇筑成一体，并且施工现场设制梁台座两处，保证其施工循环同期。4 4、模板与预应力筋制作、模板与预应力筋制作4.1 先张法预应力板梁施工，关键在于其底部模板能够满足周转使用，因此，将先张台座的砼底板作为预制构件的底模，底模制作时平整光滑，排水畅通，参应力筋放松时，梁体中段拱起，两端压力增大，故梁位梁端部范围内的底部采用高标号钢筋混凝土制作，整个台座的棱角角钢进行顺直而且台座表面铺设 3mm厚钢板，来保证预制构件底部平滑光洁，有亮光。4.2 预应力下料时，将 4 片梁
14、长度统一进行下料，其长度为 86.46米，固定端与张拉端的剩余部分用精轧螺纹钢替代预应力筋，精轧螺纹钢与预应力筋以及精轧螺纹钢与精轧螺纹钢之间用连接器进行连接。欢迎访问铁路工程论文网 5 5、预应力筋张拉程序与操作、预应力筋张拉程序与操作5.1 张拉前的准备工作先张法梁的预应力筋在底模整理合格后，在台座上进行张拉已加工预应力筋，张拉时采用一端张拉，另一端在张拉前设置好固定装置，统一张拉的方法。并且张拉前，先安装好定位板，并检查定位板的力筋孔位置和孔径大小是否符合设计要求，然后将定位板固定于横梁上。在检查预应力筋数量位置，张拉设备和锚具后，方可进行张拉。5.2 张拉工艺数根预应力筋张拉时，必须使
15、它们的初始长度一致，张拉后的每根力筋的应力均匀，通过设置的螺丝杆锚具调整各根力筋的初始强度，保证各力筋在张拉过程中受力均匀。张拉程序如下：0 0.1k 0.2k k 锚固5.3 一般操作（1）调整预应力筋长度 采用螺丝杆锚具，拧动端头螺帽，调整预应力筋长度，使每根预应力筋受力均匀。为保证安全，张拉前钢筋骨架绑扎成型，待张拉完毕后，再进行调整和绑扎剩余部分钢筋。（2）初始张拉 在张拉至 0.1k时，预应力筋拉直，锚固端和连接器处拉紧，在千斤顶选定适当的位置刻划标记，作为测量延伸基点。（3）正式张拉 千斤顶起动及张拉过程中，必须保持两千斤顶同步，保持横梁平等移动，预应力筋均匀受力，分级加载至拉应力。（4）在预应力筋张拉至设计控制应力时，进行持荷，使预应力筋完成部分徐舒，以减少钢丝锚固后的应力损失。此时应测量、记录预应力筋的延伸量，并核对实测值等理论计算值，其误差控制6%范围内，如不符合规定则应找出原因及时处理。张拉满足下，锚固预应力筋，千斤顶回油至零。6 6、预应力砼浇筑、预应力砼浇筑预应力混凝土的浇筑除按正常操作规程办理外，还应注
