先张法预制U梁台座设计及施工研究

李子华

（1.中铁三局集团广东建设工程有限公司 广东 广州 511400）

先张法预制U梁台座设计及施工研究

李子华

（1.中铁三局集团广东建设工程有限公司 广东 广州 511400）

台座是先张法预应力张拉力的直接承载构件，必须具有足够的强度、刚度及稳定性。U型梁为开口薄壁结构，梁体荷载主要由预应力承担，对梁场预制工艺要求高。结合工程实例，首先介绍先张法预制 U梁台座的结构形式、构造参数，然后对台座强度、稳定性及地基承载力等方面进行复核验算，最后简要阐述台座施工过程。分析结果表明，槽式台座强度、稳定性满足设计要求，施工过程安全可靠，施工质量可控。

先张法；张拉台座；设计计算；施工过程

1 引言

先张法是浇筑混凝土之前，先将预应力筋张拉在台座或临时结构上，然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到张拉强度后，放松预应力筋，通过混凝土与预应力筋之间的粘结对构件施以预应力的方法[1]。先张法一般需在预定的场地生产，适用于中小型混凝土构件。从经济效益上来说，先张法施工可节约预应力锚具、波纹管等材料，对于大量预制生产来说，可大大节约工程成本。

先张法预制U梁是一种开口薄壁式结构，具有建筑高度低、降噪效果好、外形视觉效果佳等优点，普遍应用于净空要求高、噪音控制严格的地区。

另外，台座在先张法构件生产中是主要的承力构件，它必须具有足够的承载能力、刚度和稳定性，以免因台座的变形、倾覆和滑移而引起预应力的损失，以确保先张法生产构件的质量。台座的形式繁多，按照造型形式可分为框架式、槽式、墩式，施工中以槽式和框架式应用最为广泛。

工程概况：新建荔林梁场位于深圳市光明区荔林，该场地用于预制先张法 U型梁，需预制的U型梁跨径为25m～35m不等。预制U梁全部采用1860Mpa低松弛预应力钢绞线，单根钢绞线张拉控制应力为1395Mpa，35m跨径U梁设计规格为35m（长）×5.5m（宽）×1.9m（高），配置96根钢绞线。预制U梁采用先张法施工，选用槽式张拉台座。

2 张拉台座设计

3.1 设计依据及技术指标

本工程所采用的材料：C50混凝土，抗压强度设计值22.4Mpa，抗拉强度设计值1.83Mpa，弹性模量3.45×104Mpa；C40混凝土，抗压强度设计值18.4Mpa，抗拉强度设计值1.65Mpa，弹性模量3.25×104Mpa；普通钢筋HRB400，抗压强度设计值330Mpa，抗拉强度设计值330Mpa。

3.2 台座结构设计

对于35m跨径U型梁，本工程预制梁场采用单孔单线（一孔张拉）台座，台座设计长度57.5m，宽度8.0m。台座需承受96根预应力钢绞线张拉力1900t。先张法槽式台座平立面图如图1。

图1 先张法槽式台座平立面图（上：立面，下：平面）

台座中间截面传力柱高1.6m，宽1.0m，台身高1.0m；如图1所示，左端为张拉端，此处横断面台身高2.3m，传力柱高2.5m，端部封实，封实段纵向1.8m，右端为固定端，不设封实段，此处传力柱宽度增大为1.2m；台身端部区域设置0.7m厚配重；底模平台截面高0.8m，宽0.5m。

台身和传力柱采用C50混凝土，底模平台采用C40混凝土，配重采用C25混凝土。

3.3 台座结构验算

（1）计算工况

根据施工的先后顺序，张拉台座需按照张拉前和张拉后进行结构受力分析。

① 张拉前：自重+二期+临时荷载

② 张拉后：自重+二期+临时荷载+张拉力

（2）计算模型

采用MIDAS CIVIL有限元计算软件[2]进行建模，分析模型采用空间梁单元。二期和临时荷载换算为均布荷载加载，张拉力以集中力的形式作用在台座两端节点，换算土层支撑刚度作为边界条件，通过施加节点只受压弹性支撑来考虑土层对台座的支撑作用。。Midas Civil模型示意图如图2所示。最后对模型进行了静力分析和屈曲分析。

图2 先张法台座Midas civil模型示意图

（3）验算结果

① 台座强度

根据上述计算模型，得到台座在张拉前后的正应力、剪应力结果，如下表 1所示，结果表明，台座在预应力张拉后各项强度指标均满足规范要求。

表1 台座强度验算结果

② 台座稳定性

过大的张拉力可能带来结构的压杆屈曲失稳[3]，对于整体稳定性验算，通过Midas有限元模型，进行了张拉后荷载作用下，台座的弹性屈曲失稳分析。图3为张拉台座一阶失稳模态，结果表明，自重+二期+临时荷载+张拉力作用下，失稳临界荷载系数64.9，即相当于64.9倍既有张拉力作用下使台座产生屈曲失稳，说明结构整体稳定性满足要求。

图3 张拉台座一阶失稳模态

③ 地基承载力

台座张拉后，各支承节点的支反力如图 4所示，结果表明，节点最大支反力出现在台座高度变化段底缘，最大支反力为 611KN，对应土体的承载应力为。为安全起见，建议路基填筑完成后地基承载力不得小于180Kpa。

图4 台座张拉后支反力分布

3 台座施工槽式台座通过钢箱梁、千斤顶传于牛腿，再通过牛腿传于传力柱受力。台座制作过程大致如下[4]：

第一步：平整场地，场地需平整到设计要求的压实度；

第二步：开挖基坑，台身顶面与地面同高，台座的配重、牛腿下部、台身均埋置于地基中，增加槽式台座的结构受力特性。

第三步：钢筋绑扎，特别注意牛腿钢筋需摆放准确到位，牛腿受力面需预埋钢板，钢板平面平整。

第四步：浇筑牛腿、台身、传立柱C50混凝土，需注意牛腿处混凝土振捣密实。

第五步：底模平台和可移动平台施工，此平台采用C40混凝土。

第六步：钢横梁安装。钢绞线限位钢板穿线定位孔位要与台座面高差准确（以控制好钢绞线保护层）。钢横梁、千斤顶要安装水平，且轴心在同一平面。

第七步：张拉加载及调试。

5 结 语

本文对先张法预制U梁台座的结构设计、计算复核及施工过程等方面进行探析，大致形成如下结论及建议：

（1）槽式先张法台座强度、刚度均满足设计要求，抗倾覆稳定性好。

（2）需规范槽式台座的施工过程，严格控制台座施工质量，做到施工安全、质量可控。

[1]郑新伟，曹敏.先张法台座设计及施工[J].浙江水利科技，2004(1).

[2]葛俊颖.桥梁工程软件Midas Civil使用指 南[M].北京:人民交通出版社,2013.

[3]罗尧治,年有增,符刚.基于压杆失稳的张拉整体结构极限承载力[J].空间结构.2004(10).

[4]王洪全.预应力先张法生产预制梁台座设计施工技术[J].科学技术与工程,2006(22).

TU7

B

1007-6344（2017）02-0114-02