先張法預(yù)應(yīng)力臺座的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

孟祥馬

(河北路橋集團(tuán)有限公司)

在先張法預(yù)應(yīng)力空心板施工中,張拉臺座的設(shè)計(jì)對梁板生產(chǎn)的成敗起著決定性作用。由于張拉臺座的設(shè)計(jì)要與生產(chǎn)數(shù)量、要求工期、梁板型式、張拉力等指標(biāo)相適應(yīng),所以目前尚無定型設(shè)計(jì)。2006年 6月,河北路橋集團(tuán)有限公司承接了商漫高速公路 N14合同段工程,該標(biāo)段共有預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)空心板 1838片,梁板預(yù)制工期為 2006年 9月到2007年 12月,施工時間約為 13個月,這樣,按生產(chǎn)數(shù)量和工期要求,需建立一個月生產(chǎn)能力為 150片以上的預(yù)制場。本文結(jié)合張拉臺座設(shè)計(jì)與施工的實(shí)踐,介紹該臺座的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及使用情況。

先張預(yù)應(yīng)力梁主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)周期短,適用于工期緊、數(shù)量多、工廠化生產(chǎn)。因其設(shè)施費(fèi)用一次性投資較多,為提高經(jīng)濟(jì)效益、降低成本,就必須最大限度地提高設(shè)備利用率,用較高的生產(chǎn)效率以發(fā)揮設(shè)施投資的應(yīng)有作用。預(yù)制場的總體設(shè)計(jì)包括臺座型式、張拉與放張、移梁方式、生產(chǎn)數(shù)量,應(yīng)綜合考慮如下因素:生產(chǎn)數(shù)量和設(shè)施期限;安全適用,經(jīng)濟(jì)合理,質(zhì)量有保證;操作簡便,可控性好,周轉(zhuǎn)快,生產(chǎn)周期短;設(shè)施可靠、耐久性強(qiáng),支拆模板方便。

為滿足上述要求,我公司根據(jù)線路走向及地理?xiàng)l件,我公司在互通區(qū)匝道圈內(nèi)設(shè)計(jì)了長度為 104.8m,寬度為30m,存梁區(qū)長度為 200m,預(yù)制廠設(shè)置了 80T龍門吊兩臺,其跨度為 30m。內(nèi)設(shè) 12線框架式制梁臺座,每線預(yù)制 5片空心板,一個循環(huán)可預(yù)制 20m空心板 60片。

臺座由縱梁(傳力柱)、橫梁、活動鋼橫梁、橫系梁、底板組成框架,其中,橫梁、活動鋼橫梁采用裝配式鋼組合梁,縱梁及橫系梁采用混凝土現(xiàn)澆制成,底板采用混凝土現(xiàn)澆制作,頂面平整后在鋪設(shè)水磨石面層。橫梁、活動鋼橫梁的預(yù)應(yīng)力筋定位孔的平面位置、相互間距及標(biāo)高必須準(zhǔn)確,安裝后定位孔中心軸線與底板表面的高差應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。底板標(biāo)高必須嚴(yán)格控制,且表面平整、光滑、排水暢通,直接作為預(yù)制空心板底摸板。制梁臺座必須堅(jiān)固、無沉陷,按施工設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)置梁底墊塊凹槽。在臺座兩端設(shè)置安全防護(hù)墻(板),以保證預(yù)應(yīng)力施工時的安全。

1 張拉方法

(1)張拉臺型式,框架式制梁臺座張拉方法是在張拉端和固定端各設(shè)一固定鋼橫梁(1號和2號),張拉端固定橫梁前設(shè)一活動式鋼橫梁(3號)。

鋼鉸線的一端用工具錨固定在 2號橫梁上,另一端通過連接器與張拉桿相連,并用螺母固定于 3號橫梁上(也可用工具錨將鋼鉸線直接固定在 3號橫梁上,但鋼鉸線浪費(fèi)較多)。安裝在 3號和 1號橫梁 之間的 2個千斤頂推動 3號橫梁向左移動,并通過張拉桿帶動鋼鉸線,從而達(dá)到張拉鋼鉸線的目的。一條生產(chǎn)線張拉完畢時,將套在張拉桿上位于1號橫梁處的錨定、螺母鎖緊,千斤頂回油,再松開套上張拉桿位于 3號橫梁處的螺母,以便 3號橫梁與 2個千斤頂移位到另一條生產(chǎn)線進(jìn)行張拉。

(2)放張方法。

框架式制梁臺座長大張拉臺座的放張方法,采用千斤頂整體放張法,放張時,將 3號活動橫梁重新歸位、鎖緊其螺母,千斤頂適度超張拉,松開 1號橫梁上的錨定螺母,千斤頂緩慢回油,達(dá)到整體放張。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、迅速,放張較平緩,雖產(chǎn)生超張拉應(yīng)力,但實(shí)踐證明,對構(gòu)件未造成不良影響。

2 長大張拉臺座的設(shè)計(jì)要求

2.1 臺座抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

本場采用的框架式制梁臺座,由于張拉力與傳力柱軸線不重合,故需對臺座進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。其驗(yàn)算公式為

式中:K為抗傾覆穩(wěn)定系數(shù);Mk為抗傾覆力矩;Mc為傾覆力矩。

驗(yàn)算式應(yīng)按 6條生產(chǎn)線同時受載的最不利情況考慮,并根據(jù)臺座實(shí)際幾何尺寸有關(guān)數(shù)據(jù)確定驗(yàn)算截面和傾覆點(diǎn)(力矩中心),分別計(jì)算 Mk和 Mc,代入公式驗(yàn)算。

2.2 傳力柱正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算

本場采用的框架式制梁臺座,2個臺座間設(shè)縱向傳力柱,傳力柱之間每隔 15m設(shè)一大橫系梁,每隔 7.5m設(shè)一小橫系梁。鋼橫梁的支座反力分別作用于對應(yīng)的傳力柱上。計(jì)算時按臺座、臺面(底模)、傳力柱共同受力考慮,則臺座的抗滑移穩(wěn)定性取決于傳力柱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。傳力柱可視為偏心受壓的混凝土構(gòu)件,其縱向穩(wěn)定性的計(jì)算長度可取相鄰大橫系梁之間的長度 15m,代入下列公式(式中符號意義及取值方法見JTJ022-85)可進(jìn)行強(qiáng)度和縱向穩(wěn)定性驗(yàn)算

2.3 鋼橫梁的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算

為了設(shè)計(jì)與加工方便,3個鋼橫梁可采用相同的材料和相同的截面,由上面確定的受力狀態(tài)按計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的一般方法算出橫梁的 Mmax、Qmax、Fmax代入下列公式進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算。

彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件:σmax=≤[σw]

彎曲剪應(yīng)力強(qiáng)度條件:τmax=≤[τ]

彎曲剛度條件:fmax≤[f]

式中符號均為《公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》通用符號,其意義不再贅述。其中鋼橫梁的最大撓度 fmax,由結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的常用方法可導(dǎo)出其計(jì)算式為

式中:E為鋼橫梁所用材料的彈性模量;I為鋼橫梁橫截面對其中性能的慣性矩。

2.4 張拉桿與連接器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)張拉桿。

張拉桿的設(shè)計(jì)荷載為軸向拉力 P=σconAp,張拉桿采用精軋螺紋鋼梯形螺桿配梯形螺母,張拉桿與連接器相連的一端,是以螺母的外螺紋與連接器相連。

(2)拉伸強(qiáng)度條件。

式中:σe和[σe]分別為螺桿的計(jì)算拉應(yīng)力和容許拉應(yīng)力。

根據(jù) d1的計(jì)算值由 GB784-65選擇相應(yīng)的梯形螺紋,同時也就確定了螺母的螺紋大徑D和螺距P。

(3)強(qiáng)度條件。

(4)把螺紋牙看作懸臂梁,由螺紋牙的彎曲強(qiáng)度條件

式中:h為螺紋牙的工作高度,h=0.5p;Z為螺紋的工作圈數(shù),Z=H/p;b為螺紋牙的根部寬度,b=0.65p;[σb]為螺母材料的容許彎曲應(yīng)力。

(5)連接器。

連接器的設(shè)計(jì)荷載亦為軸向拉力 P=σconAp,其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

①連接器的內(nèi)徑和內(nèi)螺紋與張拉桿螺母的外螺紋配套;

②連接器的最小外徑(或壁厚),由拉伸強(qiáng)度條件確定;

③連接器右端壁厚δ由剪切強(qiáng)度條件確定。

張拉臺座的型式有多種,本文介紹的“框架式制梁臺座”只是其中的一種,由于具體的設(shè)計(jì)與計(jì)算牽涉諸多因素,且計(jì)算過程繁冗,不再贅述。文中著重論述了總體設(shè)計(jì)構(gòu)思和主要驗(yàn)算項(xiàng)目的計(jì)算方法,為類似工程的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供參考。