1、先張法預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁臺(tái) 座 設(shè) 計(jì) 施 工 技 術(shù)一、 方案選擇某高速公路某合同段，共有20米先張法空心板梁384片，其中中梁324片，邊梁60片，計(jì)劃施工工期為 年6月1日至 年9月30日，計(jì)劃工期為122天，計(jì)劃每月按25個(gè)工作日計(jì)劃，一個(gè)臺(tái)座的生產(chǎn)梁的生產(chǎn)周期按4天計(jì)算，所以臺(tái)座需設(shè)計(jì)為：每槽生產(chǎn)4片梁的臺(tái)座4道，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙具體尺寸，臺(tái)座布置如下圖1。某高速公路某合同段位于內(nèi)蒙古東北教來(lái)河沖積平原內(nèi)，地表土由沖積粉細(xì)沙和薄層亞沙土組成。土的物理、力學(xué)性質(zhì)較差，強(qiáng)度低，其土的承載力0為30300Kpa之間。預(yù)制梁臺(tái)座初步方案選擇較為經(jīng)濟(jì)的樁柱式臺(tái)座，但其地質(zhì)條件很難滿足力學(xué)要求，最終

2、通過(guò)質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)評(píng)估、以及力學(xué)驗(yàn)算確定為框架式臺(tái)座。3 臺(tái)座的設(shè)計(jì)3.1 臺(tái)座尺寸設(shè)計(jì)臺(tái)座長(zhǎng)度計(jì)算：L=l·n+(n-1)×0.5+2·K=20×4（4-1）×0.52×3.7=88.9 m式中 L臺(tái)座長(zhǎng)度(m），l構(gòu)件長(zhǎng)度(m）；n一條生產(chǎn)線內(nèi)生產(chǎn)的預(yù)制梁數(shù)（片）；1兩構(gòu)件相鄰端頭間的距離(m）；K臺(tái)座橫梁到第一根構(gòu)件端頭的距離，這里取3.7米。根據(jù)場(chǎng)地條件、生產(chǎn)規(guī)模及預(yù)制梁尺寸，臺(tái)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2。3.2穩(wěn)定性驗(yàn)算20米空心板梁鋼絞線張拉力：?jiǎn)胃摻g線張拉力為KN，共有根鋼絞線，按超張拉力%計(jì)算。N=KN×根

3、5;.KN3.2.1 抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算按下式計(jì)算（圖2）： K= Mr/ MOV= G1L1+ G2L2+ G3L3+ G4L4N h1>1.5式中 K抗傾覆安全系數(shù)，一般不小于1.5；MOV傾覆力矩，由預(yù)應(yīng)力筋的張拉力產(chǎn)生；Mr抗傾覆力矩，由自重力和土壓力等產(chǎn)生；G1臺(tái)座外伸部分的重力；G2 、G3 、G4臺(tái)座部分的重力；Li各部分重心至O點(diǎn)的水平距離；N預(yù)應(yīng)力筋的張拉力；h1張拉力合力作用點(diǎn)至傾覆轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)O的垂直距離。 平衡力矩：Mr=G1L1+ G2L2+ G3L3+ G4L4=2×1×2×24.5×9.7+1.7×1×

4、3×24.5×8.35+(3×1+0.5×2)/2×1×24.5×7(2×0.50.5×1)/2×6.5×24.5×3.25=2725.1 KN·m傾覆力矩：MOV=N h1=3087×0.3=926.1 KN·m抗傾覆安全系數(shù)：K= Mr/ MOV=2725.1 /926.1=2.9>1.5 (安全)3.2.2 抗滑移驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算按下式計(jì)算：K= N1/N1.3即 N11.3 N=1.3×=4013.1 KN此處忽略混凝土臺(tái)座

5、與土的摩阻力和土對(duì)臺(tái)座的被動(dòng)土壓力作用。設(shè)作用于臺(tái)座上的滑動(dòng)力N全部作用于傳力柱上，即 N11.3 N=1.3×=4013.1 KN3.3 牛腿設(shè)計(jì)3.3.1 牛腿受拉鋼筋配筋設(shè)計(jì)已知：N=3087 KN h0=2700-50=2650 mm fg=300 MPa h1=300 mm<0.3 h0 =0.3×2650=795 mm （設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：當(dāng)h1<0.3 h0時(shí)，取h1=0.3 h0），故取h1=0.3 h0=795 mm Ag=(N h1) /(0.85 h0 fg)=(3087×795×103)/(0.85×2650&#

6、215;300) =3631.7 mm2設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：承受豎向所需的水平縱向受拉鋼筋的配筋率（按全斷面計(jì)算）不應(yīng)小于0.2%。現(xiàn)Ag小于規(guī)范規(guī)定，故取Ag=0.002×A =0.002×2.75×106=5500 mm2=55.0 cm2選用鋼筋1225mm鋼筋（配筋構(gòu)造圖如圖3所示），Ag=12×4.909=58.908 cm2>55.0 cm2 滿足要求3.3.2 牛腿彎起鋼筋設(shè)計(jì)本臺(tái)座 h1/ h0=300/2650=0.11<0.3，故應(yīng)按構(gòu)造要求配筋：Ag=0.0015×(2+0.75)×106=4125 mm2

7、=41.25 cm2選用鋼筋1225mm鋼筋（配筋構(gòu)造圖如圖3所示），Ag=12×4.909=58.908 cm2>41.25 cm2 滿足要求3.3.3 牛腿采用水平箍筋鋼筋10且雙支箍，間距100 mm（配筋構(gòu)造圖如圖3所示），滿足規(guī)范要求（規(guī)范要求：在牛腿上部2/3 h0的范圍內(nèi)水平箍筋總截面積不少于承受豎向力的受拉鋼筋截面積的1/2）。3.3.4 裂縫控制驗(yàn)算N(fTKbh0) / (0.5+ h1/ h0)式中：裂縫控制系數(shù)。取=0.65，則有： N=(0.65×1.8×2.75×103)/(0.5+300/2650) =5247 KN

8、> N=3087 KN （安全）3.3.5 牛腿支承面混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算N/A=3087/(0.5×1)=1.543 Mpa <0.75fc=0.75×19.5=14.625Mpa （安全）3.4 傳力柱配筋設(shè)計(jì)已知：h=1000 mm h0=1000-50=950mm a=50mm b=50mmfcm=21.5 Mpa fy=300 Mpa 由抗滑移驗(yàn)算可知,傳力柱上抵抗力應(yīng)N14013.1 KN，取N=4013.1 KNe0=M/N=4013.1×300/4013.1=300 mm>0.3×950=285 mm故ea=0 e1= e0+

9、ea= e0=l0/h=5000/100=5<8 故不考慮撓度對(duì)縱向偏心距的影響，=1 e=e0+h/2-a=300+1000/2-50=750 mmx=N / (b/c·fcmb)= 4013.1×103/(0.95/1.25×21.5×500) =491 mmb構(gòu)件工作安全系數(shù)，取b=0.95c混凝土安全系數(shù)，取c=1.25=x/ h0=491/950=0.51<jg=0.55 x>2ag=2×50=100 mm（符合大偏心受壓矩形截面對(duì)稱配筋要求） Ag = Ag=N· eb/c fcmbx(h0-x/2)/b

10、/c fy(h0a)=4013.1×7500.95/1.25×21.5×500×491×(950-491/2)/1000 /0.95/1.25×300×(95050) ×1000×10000=8.95 cm2每側(cè)各選用選用鋼筋225mm鋼筋（配筋構(gòu)造圖如圖3所示），即Ag= Ag =2×4.909=9.818cm2>8.95 cm2 (滿足要求) 3. 5 鋼橫梁設(shè)計(jì) 鋼橫梁承受的均部荷載為： q=3087/1=3087 KN/m M=1/8 q L2=1/8×3087×

11、;12=385.875 KN·m 鋼梁需要的截面抵抗距為： W=M/f=385.875×106/315=1225×103mm3用16Mn鋼，2I40b，Wx=1140×103×2=2280×103 mm3>1225×103mm3 (可滿足條件)鋼梁的剪力為： V=1/2 q L=1/2×385.875×1=192.94 KN鋼梁的剪應(yīng)力為： = V/F=192.94×103/(9410×2)=10.252 Mpa<fV=185 Mpa鋼梁變形值為： max=(5 q L4)

12、/(384EI)=(5×3087×10004)/(384×2×105×22780×104×2) =0.441mm<L/400=1000/400= 2.5mm (可滿足要求)3.6 預(yù)應(yīng)力砂箱設(shè)計(jì)砂箱是預(yù)先放在臺(tái)座與橫梁之間。由鋼制箱套及活塞（套筒內(nèi)徑比活塞外徑大2mm）等組成。內(nèi)裝石英砂。當(dāng)放張預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，將出砂口打開，使砂慢慢流出，從而可慢慢放張張預(yù)應(yīng)力筋。具有能控制放張速度，工作可靠，施工方便等優(yōu)點(diǎn)。砂箱的承載力主要取決于筒壁厚度，按下式計(jì)算：t(pr)/f 其中 p=N/A·tg2(45°-/

13、2)t砂箱筒壁厚(mm)；p筒壁所受壓力(N/mm2)； N砂箱所受正壓力(N)；A砂箱活塞面積 (mm2); 砂的內(nèi)摩擦角(°)；r砂箱的內(nèi)徑(mm)。這里選用砂箱內(nèi)徑D=300mm，砂的內(nèi)摩擦角=35°，筒鋼板用Q235，允許應(yīng)力f=215N/mm2，張拉力N=3087KN。筒壁所受側(cè)壓力：p=N/A·tg2(45°-/2)=3087/（/4×3002）tg2(45°-35°/2)=11.8 N/mm2筒壁鋼板厚度：t=(pr)/f=(11.8×150)/215=8.2 mm選用t=10mm（考慮加工

14、損耗減薄等）。4臺(tái)座施工工序框架式臺(tái)座工作原理是張拉力通過(guò)鋼橫梁、砂箱傳于牛腿、再通過(guò)牛腿傳于傳力柱整體受力，傳力柱埋于地面以下，傳力柱間由系梁聯(lián)系成整體。施工要控制好以下環(huán)節(jié)：第一步：平整壓實(shí)場(chǎng)地，；為防止地基沉降帶來(lái)的質(zhì)量事故，場(chǎng)地要求壓實(shí)度達(dá)到93%以上。第二步：開挖基坑，要求傳力柱頂面與地面同高；使臺(tái)座中的配重、傳力柱，牛腿下部均埋置于地基中，增加筐架式臺(tái)座的結(jié)構(gòu)受力特性。某步：鋼筋綁扎，牛腿是關(guān)鍵部位，鋼筋要求布置準(zhǔn)確，牛腿受力面處預(yù)埋鋼板要求位置準(zhǔn)確，鋼板面平整。第四步：澆注牛腿、配重、傳力柱混凝土，采用 C40混凝土；尤其注意牛腿預(yù)埋件處混凝土振搗密實(shí)。第五步：臺(tái)座板及臺(tái)面施工，臺(tái)座板置于壓實(shí)的地基上，厚30厘米，臺(tái)座面精確水整，四周邊緣角鋼用10錨固于混凝土中，再在其上鋪設(shè)5mm厚鋼板，鋼板和邊