如何在软基上设置先张法张拉台.doc

先张法张拉台设计方法

地址：杭州湾跨海大桥南接线工程第五合同段
【摘要】文章主要介绍如何设计先张法张拉台，以及张拉台的力学验算。
【关键词】 先张法 张拉台 设计 方法
台座是先张法施加预应力的主要设备，它承受着构件制作时的全部张拉力，张拉台座必须受力后不倾覆，不滑动，不变形。常规的重力式台座主要依靠自重来克服张拉力，框架式台座主要是依靠支撑梁来克服张拉力。但在软基础上由于不均匀沉陷过大，被动土压力几乎不能考虑，无论是采用框架式还是重力式台座都很难满足施工要求。本文主要介绍结合重力式和框架式台座优点如何在软基础上设置先张法张拉台。
1,概况
杭州湾跨海大桥南岸接线工程第五合同段预应力空心板预制场设在 K118+009右侧，由于本地段处于软基础上，对张拉台布设增加了新的课题，单纯的采用常规的重力式或框架式都难以满足施工要求，从力学验算上也无法满足。本人通过翻阅大量的资料，反复总结，吸取重力式和框架式常规台座的优点，总结出一套在软基础上设置张拉台的方法。
2,张拉台设计方案
2.1,预制场内布置台座5道，采用钢筋混凝土重力式和框架式台座相结合结构。
2.2,台座宽3米，其中台面宽1.5米，模板槽宽0.35米，张拉支撑梁宽0.45米。台面浇筑厚10cm的25号混凝土，用槽钢包边，顶面铺设8mm钢板，以保证梁板底面平整度。
2.3,张拉台两端设置1.4×1.3的配重台，用25号混凝土进行浇注。
2.4,张拉台力学验算
抗倾覆计算
假设本台座在o点断裂（取1/2米台宽，进行验算，台宽 b取1.55米 ）

G1=0.5×1.4×1.55×2.5×9.8=26.6kN
L1=2.15m L1为G1到o点距离
G2=0.8×2.2×1.55×2.5×9.8=66.84KN
L2=1.9m L2为G2到o点距离
G3=(0.6+0.85)×0.3×0.8×9.8×2.5=8.53KN
L3=1.2m L3为G3到o点距离
G4=(0.55×1.5)/2×1.55×2.5×9.8=15.7KN
L4=0.75m L4为G4到o点距离
G5=0.6×0.9×1.55×2.5×9.8=20.5KN
L5=0.45m L5为G5到o点距离
M1=26.6×2.15+66.84×1.9+8.53×1.2+0.75×15.7+0.45×20.5
=215.4KN.m
M2=Nu×0.11=1755.47×0.11=193.1KN.m
Nu为支撑梁抗力，数值计算见下面支撑梁设计方案
M=M1+M2=215.4+193.1=408.5 KN.m
M1-------自重产生弯距
M2-------支撑梁抗力弯距
Fe=(195.3×21)/2×0.11=225.6 KN.m
195.3为单根钢绞线张拉力 21为钢绞线根数
0.11钢绞线中心距研究点距离
K=M/Fe=408.5/225.6=1.81>1.5
满足施工要求
3,支撑梁设计方案
3.1,为了满足张拉要求，设置理论断面尺寸为35cm×45cm的支撑梁两道，实际断面尺寸为75cm×45cm采用30号混凝土，主筋为6根Ф20的II级钢筋。箍筋为φ8的I级钢筋。
3.2,横隔梁每隔8米设置一道，断面尺寸为20 cm×30cm,主筋为Ф16的II级钢筋，箍筋为Ф8的I级钢筋。
3.3,支撑梁验算
3.3.1,力学计算（仅限于水平力）
①,预应力的合力： F=1395×140=195.3KN
Fy=195.3×21=4101.3KN
F—张拉力
1395MPa——张拉控制应力
140mm2 ——Фj15.24钢绞线公称面积
21 ——钢绞线根数
Fy为110m长张拉台面受力。
②,台面支撑力：
a, 由《简明施工计算手册》可知
当混凝土强度为10~15MPa时，
台面厚d=60mm，N，=150~200KN/m台面宽；
d=80mm，N，=200~250KN/m台面宽；
d=100mm，N，=250~300KN/m台面宽；
　　而我们设计台面厚300mm，混凝土设计强度为30MPa，所以我们选取300KN/m台面宽作为计算台面支撑力。
N=300×3.00=900000N（20m梁张拉台）
N表示110m台面所受的力。
3.00m是110m长的张拉台宽度
b, 由于台座混凝土的弹性模量Ec=2.6×104N/mm4和土的压缩模量Es=20N/mm4相差极大，两者不可能共同工作，且底座摩阻力也较小（约占5%可略去），实际上台座的水平推力几乎全部传给台面。
Fy= N＋N1 N1= Fy- N =3201KN
N1表示2根支撑梁受力（110m）
3.3.2,支撑梁设计
①, 张拉台支撑梁设计：
a, 支撑梁 L0=8m S支=bh=350×450=157500mm2
S支表示支撑梁截面面积，b表示支撑梁宽度，h表示支撑梁高度。
长细比λ= L0/h=8000/350=22.8
由长细比值可查钢筋混凝土构件的纵向弯曲系数Φ，
查得Φ=0.68
Ag，≥(N2-Φ（rb/rc）RaA)/( Φ（rb/rs） Rg，)
=(1600.5-1424.43)/175.712
=1002.037mm2
Ag，—纵向钢筋截面面积；
rs—钢筋安全系数，rs=1.25
rc—混凝土安全系数，rc=1.25；
rb—构件工作条件系数，rb=0.95；
N2—1/2N1；
Ra—混凝土抗压设计强度；
A—构件截面面积；
Rg，—纵向钢筋抗压设计强度。340MPa
b, n= Ag，/ag=1002.037/314.2=3.2根 4Φ20
ag—Φ20的钢筋截面面积。
c, 由结构尺寸与设计可得：n，=6根 6Φ20
现用6Φ20查表面积为1884mm2 Ag，=1884mm2>1002.037mm2
d, 截面配筋率：《公路桥规》规定纵向钢筋的截面积不应小于砼计算面积的0.04.
u,= Ag，/A
=1884/157500
=0.012>0.004
满足要求
e, 纵向钢筋间距:
纵向受力钢筋净距不应小于50mm,并且纵向钢筋与砼截面边缘的净距c≥25mm
Sn=100mm>50mm
C=35mm≥25mm
满足要求
f, 箍筋间距：箍筋的间距不应大于纵向受力钢筋的15倍或构件截面较小尺寸,并不大于400mm.

Sk≤15d=15×20=300mm2
Sk≤b=350mm
Sk≤400mm
Sk=200mm 满足要求
3.3.3,强度复核
N2≤Nu=Ф rb(（1/rc）RaA+（1/rs） Rg，Ag，)
Nu=0.68×0.95×(0.8×17.5×157500+0.8×340×1884)
=1755.47KN
N2=1600.5≤Nu=1755.47KN
满足要求
Nj——纵向力
Nu——支撑梁抗力效应
rc——1.25
rs_____1.25
rb______0.95
Ф____纵向弯曲系数
4,结语
通过上面对张拉台和支撑梁力学计算，可得出此种先张法台座设计完全满足施工要求。结合杭州湾跨海大桥南接线工程5标预制场800多片构件的一年多生产，并无发现台座有异常变化，完全满足施工要求。实践证明在软基础上采用重力式和框架式台座结合的方案，既能满足施工要求，又经济安全，为工程的前期筹备节约了不少成本。

2006年3月8日