曹武賓

摘要：先張法框架式預應力張拉長線臺座可一次對多片梁板的預應力筋進行下料和張拉，具有工效高、預應力筋損耗少、張拉應力均勻、安全可靠的優(yōu)點。雖然前期投入稍大，但對于預制梁板數量多、工期緊張的工程仍有其經濟合理性。

框架式臺座設計的主要內容是傳力柱和固定橫梁截面尺寸的擬定。本文通過工程實例，介紹了先張法框架式張拉臺座的設計思路。

關鍵詞： 先張法框架式臺座設計

中圖分類號： S611文獻標識碼： A

框架式預應力張拉臺座主要利用柱和橫梁組成框架，為預應力張拉設備提供反力，實現對預應力筋的張拉。橫梁和柱的設計就成了框架式張拉臺座設計的主要內容，如下圖所示：

現以實例來說明先張法框架式預應力張拉臺座的設計過程。

1、工程概況

我單位施工的桂林至梧州高速公路鐘山至馬江段第5合同段段內共有橋梁七座，其中大橋1座，中橋3座，小橋3座，上部構造的主要任務為320片20m和84片16m先張法預應力空心板梁的預制和架設。

2、預應力張拉臺座的設計

為了加快施工進度，要求每槽每次可對4片20m梁或5片16m梁的預應力筋進行下料和張拉。根據預應力筋的工藝要求，槽寬取1.6m，槽長取86.46m。由于預應力筋張拉后需等混凝土強度達到設計強度的80%才可放松，若只設一道張拉槽需等待較長時間才能進行下一批次張拉，造成窩工。根據施工進度的要求和場地情況，共設5道張拉槽，以保證在上一槽梁板的預應力筋放松前進行下一槽梁板的預應力張拉和混凝土澆注。

2.1 受力分析

根據設計圖紙說明：中梁的預應力筋為14根，邊梁的預應力筋為15根，張拉控制應力σk=1395Mpa，品質證明書中預應力鋼絞線公稱截面積Ag=140mm2。

1根預應力筋的最大張拉力Pj=σk·Ag=1395×140=195.3KN

14根預應力筋的最大張拉力Pk=nPj=14×195.3=2734.2KN

15根預應力筋的最大張拉力Pk=nPj=15×195.3=2929.5KN

故張拉預應力筋所需的最大反力P=2929.5KN

整體張拉端（千斤頂端）受力分析

一片邊梁的15根預應力筋在設計滿荷狀態(tài)下通過移動橫梁、絲桿和千斤頂將其張力P傳遞給了固定橫梁和傳力柱。由于工字鋼橫梁與傳力柱焊接在一起，且絲桿在橫梁中點兩側對稱布置，故可將固定橫梁的受力簡化為在兩個對稱集中荷載P/2作用下的固端梁。見固定橫梁受力簡圖Ⅰ：

固端剪力QA=QB==2929.5/2=1464.75 KN

設橫梁總長為l，一個集中力與一側固定端距離a，與另一固定端距離為b，則由結構力學知識，固定橫梁和傳力柱連接處的固端彎矩:

MA=MB

=+===

==308.971 KN.m

橫梁在兩絲桿之間的彎矩為

MP=－=（1－）=

==57.217 KN.m

錨固端受力分析

橫梁和傳力柱之間的作用力為P/2，而橫梁由兩根工字鋼組成，故每根工字鋼受到傳立柱的反力為P/4。由于15根預應力筋的分布寬度c=0.9m，則相鄰兩根預應力筋的間距d=。又因為15根預應力筋對稱分布，故可將錨固端橫梁的荷載看做由1個作用于跨中的預應力筋拉力Pj 和兩側7對預應力筋拉力7×2Pj組成。見固定橫梁受力簡圖Ⅱ：

固端剪力QA=QB==2929.5/2=1464.75 KN

參照整體張拉端的固端彎矩

MA=MB=

對7對對稱的集中力Pj，上式中的

FP=Pj，a=an=-nd，b=bn=+nd（n=1,2,3……7）

則7對對稱的預應力筋拉力Pj引起的固端彎矩

M14A=M14B====-

1根作用在跨中的預應力筋拉力Pj引起的固端彎矩M1A=M1B=

15根預應力筋引起的固端彎矩

MA=MB=M1A+M14A=M1B+M14B

=-+=-=515.278 KN.m

固定橫梁的跨中彎矩為

MP=-MA=326.953 KN.m

移動橫梁受力分析

移動橫梁的荷載分布與錨固端固定橫梁的荷載分布相同，不同的是兩種橫梁的長度。其固端剪力和彎矩可仿照錨固端橫梁的算法：

固端剪力QA=QB==2929.5/2=1464.75 KN

15根預應力筋引起的固端彎矩

MA=MB=-=300.084 KN.m

移動橫梁的跨中彎矩為

MP=-MA=175.96 KN.m

由以上計算看出，在不同的荷載分布情況下，固定橫梁和移動橫梁的固端彎矩和剪力均大于跨中彎矩和剪力。故在選擇橫梁的截面尺寸時，以各自的固端彎矩和固端剪力作為強度驗算的極限值。

2.2 橫梁的選材和截面尺寸擬定

工字鋼具有承載能力強、剛度大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，而公路鋼橋常用的16Mn鋼具有強度高（彎曲應力容許值[σw]=210MPa，剪應力容許值[τ]=120MPa），塑性、韌性（E=210GPa）比較適宜和可焊性良好等優(yōu)點，故選取16Mn低合金工字鋼作為橫梁。

整體張拉端固定橫梁截面尺寸的擬定和強度、剛度驗算

由截面彎曲應力控制條件σw=≤[σw]，得

每根工字鋼的截面系數W≥===736cm3

為使絲桿能在固定橫梁中自由伸縮移動，且對工字鋼的偏心距較小，應使用翼板寬度略大于絲桿直徑（10cm）的兩根工字鋼組合而成。查型鋼表，選取32c型熱軋普通工字鋼：

截面最大剪應力

τmax====202.65 MPa

＞1.25[τ]=150MPa

說明固端剪力作用下，32c型工字鋼截面剪應力不滿足16Mn鋼強度要求。

由截面剪應力控制條件τmax==≤1.25[τ]，得

d≥==18.2mm

查型鋼表，最大型號的63c型工字鋼的腹板厚度也只有17mm。要使剪應力滿足強度條件，需增加32c型工字鋼腹板厚度。

工字鋼截面慣性矩I=-

工字鋼半截面靜矩S=-

取d=20mm，及32c工字鋼的其余已知尺寸代入I、S計算式，得

I=13421.38cm4，S=516.775cm3，I/S=25.97cm

將d=20mm和I/S=25.93cm代入強度條件，得

τmax===141.0 MPa＜1.25[τ]=150MPa，

剪應力滿足強度要求。

剛度驗算：

固定橫梁的最大撓度fmax=-=-=-0.04mm＜2mm

剛度滿足要求。

移動橫梁截面尺寸的擬定和強度、剛度驗算

根據受力分析，移動橫梁的固端剪力和整體張拉端固定橫梁固端剪力相等，而固端彎矩稍小于整體張拉端固定橫梁，故采用和整體張拉端固定橫梁相同的32c型工字鋼（腹板加厚6.5mm），不再進行強度驗算，只驗算其剛度。

移動橫梁的最大撓度fmax==-0.6mm＜l/600=1.8mm

剛度滿足要求。

以上計算表明，為使32c工字鋼滿足強度和剛度條件，需將其腹板加厚為20mm，選取厚度為6.5mm，寬度為290mm的16Mn鋼板緊貼在腹板一側焊接即可。

錨固端固定橫梁截面尺寸的擬定和強度、剛度驗算