规模化先张法预应力空心板梁梁场设计

杜中合

1 概述

先张法因其施工工艺简单、能大批量生产、经济和质量稳定，而广泛地运用于公路桥梁工程中。台座是生产先张法预应力混凝土梁板的主要构件，用于承受张拉预应力钢筋时的反力，台座的稳定性、安全性、经济性直接影响到先张法预制场正常运转，是梁场设计的重点。共青城南湖大桥是一座市政桥梁，全桥上部结构由56跨(每跨27片)20 m先张法预应力空心板梁组成，其中中梁1 400片、边梁共112片，全桥共计1 512片，规模大、周期长。现就该梁场设计作一简要介绍。

2 空心板梁简介

先张法空心板梁高100 cm、宽99 cm，距底板5 cm处直线分布14根～18根φj15.24的高强低松弛钢绞线，根据位置不同分为中梁及边梁，见图1，图2。梁长19.2 m～20.6 m。

部分预应力有效长度范围以外部分采用硬塑料管套住，进行失效处理，以减少端部局部承压力。预应力钢绞线标准强度Ry= 1 860 MPa，张拉控制应力为1 395 MPa。采用单索顶初调、自锚式千斤顶整拉整放钢绞线。钢绞线张拉顺序为:0→10%σk(锚固)→100%σk。预应力混凝土设计标号为C50。

3 梁场设计思路及总体布置

根据业主总体工期要求，南湖大桥空心板梁预制工期为10个月，计划每月生产180片，180×10=1 800片，生产能力略有富余。与之配套预制台座36个(生产周期为3.5 d～4.5 d)、存梁台座30(桥址处有空地可以用作存梁场，因此存梁台座数量尽可能少，以减小梁场规模;若无此条件存梁台座数量需要计算);中梁外模(工厂精制钢模)9套、边梁外模3套;内模13套(充气胶囊，1套为备用);27.5 m-20 t龙门吊2台，用于抬吊转运空心板梁;5 t龙门吊1台，用于吊装外模、钢筋。

梁场分为预制区、存梁区、搅拌站、仓库、钢筋制作区及生活区。预制区又分为6个独立的张拉台座，互不干扰，每个张拉台座可同时生产空心板梁6片。

4 先张法预应力台座设计

先张法预应力台座一般有两种形式:1)墩式台座，由传力墩、台座板、台面和横梁等组成，其构造通常采用传力墩与台座板、台面共同受力形式，依靠自重平衡张拉力;2)槽式台座，由锚固端、张拉端柱、传力柱台面及上、下横梁等构件组成。

本梁场采用槽式台座，同时对其结构加以改进，台座张拉形心与传力柱轴心重合，不考虑偏心问题，使受力明确、便于计算，增加结构可靠性。先张法台座采用传力柱、系梁连接的框架式结构布置，使整个张拉台座形成一个整体。传力柱尺寸为b×h= 500 mm×700 mm，每槽单独设置;系梁尺寸为b×h=500 mm× 500 mm，顶面嵌入传力柱20 cm，每20 m设置1道;台座的各混凝土部分均采用C30混凝土;一个台座纵向总长度组成为131.4 m，台座的布置及各部位具体尺寸见图3，图4。

4.1 传力柱计算

虽然传力柱在实际的张拉过程中，不完全是处于轴心受力的状态，但在计算时我们可以近似地认为，传力柱基本上是处于轴心受压的状态。

传力柱的计算长度L0根据两端固定及现场实际情况整体考虑进行取值，取L0=20 m，则计算长细比λ=L0/b=20/0.6=33.3，通过查表得纵向弯曲系数φ=0.45。

当同一个台座18根钢绞线全部张拉完成时，即为传力柱的最不利受力情况，每条传力柱的最不利荷载为(1 395×139.98× 18)/2=1 758 kN，计算时取Nj=1 800 kN，轴心受压构件正截面承载力计算式为:

则:

其中，γb为结构工作条件系数，γb=0.95;γc为混凝土安全系数，γc=1.25;γs为钢筋安全系数，γs=1.25;Ra为混凝土轴心抗压设计强度，Ra=17.5 MPa;R'g为钢筋的抗压设计强度，R'g= 340 MPa。

则可得:A'g=0。

主筋配置满足钢筋混凝土最小配筋率即可，选用8根φ16的Ⅱ级钢筋，A'g=0.785×16×16×8=1 608 mm2≥500×700× 0.21%=735 mm2。

箍筋选用φ8的Ⅰ级钢筋，纵向间距25 cm。传力柱的配筋图见图5。

4.2 钢横梁计算

张拉端及锚固端均设有钢横梁，取最不利受力情况，即边梁张拉端活动钢横梁进行分析，建立钢横梁的受力模型，见图6(偏于安全)。

规范要求，钢横梁要有足够的强度和刚度，在受力后产生的挠度要小于2 mm。

均布荷载:

最大弯矩:

则:

选用Q345c钢板焊接成400 mm×800 mm箱形结构，则:Wx=，满足要求。

钢横梁的剪力为:

剪应力为:

钢横梁的变形:

其中，Wx为钢横梁截面抗惯性矩;A为钢横梁截面面积。

4.3 预应力施工方案选择

先张法空心板预制施工中，钢绞线的张拉与放张方法常见的均有两种:张拉时可采用单索顶单根张拉到位，单索顶单根张拉到10%然后千斤顶整体张拉到位;放张时可采用砂箱或者千斤顶整体放张。考虑到本工程空心板梁数量大、工期紧，采用千斤顶整拉整放，既提高了效率，又保证了预应力工程的质量，且经济投入不大。

5 结语

南湖大桥工程实践证明，框架式先张法空心板梁台座受力明确、结构简单、可靠性高，适合规模较大的梁场建设。

［1］ 周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］ 《实用建筑结构设计手册》编写组.实用建筑结构设计手册［M］.第2版.北京:机械工业出版社，2003.

［3］ JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范［S］.

［4］ 汪 浩.箱梁预制场的位置及规模确定［J］.山西建筑，2010，36(14):297-298.

Design of prestressed hollow board girder field with scale pretensioning