第二章预制梁台座

《桥梁施工临时结构》授课教案第二章预制梁台座ChapterTwoPedestalofPrecastbeam第二章预制梁台座第一节台座的作用和形式1.预应力技术简介预应力技术1928年问世至今，已广泛的运用于各个领域。按力筋张拉先后顺序，分先张法和后张法两种方法。先张法因其施工工序简单，大批量生产时经济，质量稳定，而广泛地运用于公路桥梁工程中。2.台座作用张拉台座是生产先张法预制梁的主要临时构件，主要用于承受张拉预应力钢筋时的反力，在梁体混凝土养护期内，力筋的强大拉力一直持续作用在张拉台座上，所以台座设置必需具有足够的强度和稳定性，安全而且经济合理。3.台座形式按受力形式主要有中心压柱式和偏心压柱式两种：前者结构简单，造价低，但制梁时操作极不方便；后者制梁时操作方便，但材料用量较多。钢筋混凝土梁张拉台座在构造形式上主要有墩式、槽式和构架式等。根据实际现场施工条件的不同，可以选择不同形式的台座。最近几年，大部分预应力混凝土梁以施工现场生产为主，先张梁张拉台座也就采用一次性的设计原则，为现场施工方便、快捷，张拉台座体系主体结构最适合采用可拆装式的钢结构。钢结构先张梁张拉台座主要采用构架式。目前，也有一些桥梁预制场采用钢结构与钢筋混凝土结构组合在一起使用的组合式台座。第二节墩式台座的设计一、墩式张拉台座的主要构造墩式台座由台座、台座外伸部分、台面和横梁等组成，其构造通常采用台座、台座外伸部分、台面共同受力形式，依靠自重平衡张拉力并可减少台墩自重和埋深。预应力墩式台座长度和宽度由预制构件类型和产量等因素确定，一般长度不大于150m，宽度根据实际梁宽确定。张拉力可达1000~4000kN。适于生产中小型构件或多层重叠浇筑的预应力混凝土构件。二、墩式张拉台座的结构计算（一）台座稳定性验算1.抗倾覆验算（安全系数法）抗倾覆力矩2211lGlGMr；倾覆力矩1NhMDV；安全系数K需要满足5.112211NhlGlGMMKDVr（2-1）lhh112l4l3lHN1G2GOHFNN′hE′PP′cp图2-4抗倾覆验算简图图2-5抗滑移计算简图2抗滑移验算（安全系数法）台座的抗滑移力：pEFNN''1（2-2）其中：21GGF（2-3）2))((`'BhHppEcpp（2-4）)245()245(0202HtghtgpCP（2-5）HhpPcp`（2-6）作用于台座上的滑动力为N，则抗滑移安全系数K应满足以下条件：3.1``1NEFNNNKp（2-7）（二）台座强度验算1、台座外伸部分Ne0h2-6台座外伸部分按偏心受压构件计算，如为大偏心，则按下式计算：gygyxcmAfAfbfN``（2-8）或：)`(``)2(00ggycmeahAfxhbxfN（2-9）ahee21（2-10）2、牛腿的配筋设计牛腿的配筋设计包括纵向受拉钢筋、斜截面强度和抗裂度验算。3、钢横梁计算（允许应力法）钢横梁按承受均布荷载的简支梁，其计算式为：281qlM（2-11）在求得M值后，按下式验算或选用钢横梁：fMW（2-12）钢横梁的剪应力按下式验算：qlV21（2-13）vfAV（2-14）钢横梁应有足够的刚度，以减少张拉预应力钢筋时的预应力损失，钢横梁的变形值按下式验算：400][38454maxlEIql（2-15）（三）台面台面一般式在夯实的碎石垫层上浇注一层厚度为6~10cm的混凝土而成。其水平承载力P可按下式计算：21KKAfPc（2-16）式中：φ——轴心受压纵向弯曲系数，取φ=1；A——台面截面面积；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；K1——超载系数，取1.25；K2——考虑台面截面不均匀和其它影响因素的附加安全系数，取1.5。第三节槽式张拉台座的设计一、台座构造槽式台座由传力柱、台面、横梁、定位板、防护网等组成。传力柱及台面为钢筋混凝土结构，横梁通过自制的工字型钢叠放组合而成，翼缘外设定位钢板；张拉端横梁与传力柱之间设有预埋钢板，保证传力柱端部有足够强度；传力柱端部横梁上定位孔轴线与传力柱轴心相交，张拉时呈轴心受压状态；固定端采用两台千斤顶进行放张。为避免传力柱失稳，两传力柱间设大、小系梁作为约束。为防止钢绞线断裂伤人，在张拉及锚固端均设防护网。上横梁张拉端柱砖墙下横梁传力柱基础板上横梁预应力混凝土梁砖墙传立柱预应力筋图2-11钢筋混凝土梁张拉槽式台座的主要构造槽式台座优点是传力性能好且稳定性好，其形式有利于模板安装及混凝土浇筑施工等。二、锚固端柱和张拉力传力端柱（一）抗倾覆稳定性验算lll653N1G3R=N+N12GGGGNNNNqqqq211112224234CARRBBRCARBBABlll124he1h1a)b)1h槽式台座抗倾覆验算a)锚固端柱;b)张拉端柱G图2-12槽式台座抗倾覆验算（a)锚固端柱；b)张拉端柱）一般当梁底部的部分预应力筋切断掉（如4根切断掉2根）时为最不利状态。此时产生的抗倾覆力矩最小。（1）锚固端柱稳定性验算对G1、G2、G3、G4等应先求出它们作用力的位置，以确定C点的距离。取端柱绕c点的力矩（图a）进行倾覆稳定性验算：倾覆力矩：211hhNMov（2-17）平衡力矩：26216513214321311221212lqqllGlllGlllGehNMMMr（2-18）抗倾覆按下式验算：5.121ovMMMK（2-19）（2）张拉端柱稳定性验算（图b）取C点的力矩进行倾覆稳定性验算，其具体方法与锚固端柱的计算相同。（二）弯矩计算1锚固端柱的弯矩l6eRNG1BC221e12NRB12qq11ARAhh1R0e7lRe0ARA＇＇RBB1NRN21eehCh11q2qa)b)图2-13端柱弯矩计算简图（a)锚固端柱；b）张拉端柱弯矩）图中：621lll、——构件各部分的相对关系；K——抗倾覆安全系数；M1-1、M2-2、M3-3——分别为锚固、张拉端柱传力柱制截面的弯矩：kN·m：M——横梁最大弯矩，kN·m：V——横梁最大剪力，kN；N——作用于横梁中点的集中力，由于横梁由两片组成，N=2N1（或2N2）；l——横梁跨度，等于台座两根传力柱之间的距离。先根据平衡条件取0cM，求出传力柱对端柱的反力R的位置eo，再取0BM或（0AM），求出支座反力RA或（RB）。由计算知，通常在1-1截面处的弯矩较大，可作为控制截面的弯矩，即：262171121lqqRlRMeoA（2-20）2张拉端柱的弯矩（图b）计算方法与锚固端柱相同，以M2-2作为控制截面的弯矩3．配筋计算一般按钢筋混凝土偏心受压构件进行配筋。（三）传力柱传力柱计算分两种情况：（1）在全部预应力钢筋产生的合力R1作用下；（2）下部部分预应力筋切断掉后，在剩余预应力筋产生的合力R2作用下。在全部预应力筋产生的合力R1作用下传力柱的受力情况及符号见图2-14。e1Re0R133DER1SBR0eqq+12R1图2-14传立柱计算简图用于端柱中“弯矩计算”相同的方法，求传力柱反力位置eo，取0EM求出底板反力RD。然后再求出最大弯矩所在截面3—3距RD的距离S，则最大弯矩M3-3为：22113321SqqeRSRMoD（2-21）同理，可以求得切断掉部分的预应力筋后，剩下的预应力筋在传力柱上产生的最大弯矩值。最后分别按上述两种情况，即：（1）N1=R1和Mmax；（2）N2=R2和Mmax的内力组合，按钢筋混凝土偏心受压构件计算进行截面配筋。（四）横梁按两端支承于端柱上的简支梁计算，其最大弯矩值M和剪力V由下式计算：NlM41（2-22）2NV（2-23）根据求出的M、V值，按钢筋混凝土受弯构件进行截面计算配筋，其允许挠度不大于2mm。一般下横梁的截面尺寸较大，实际为1根深梁，因此要适当增设必要的构造配筋。