先张法台座设计及预应力施工
扬州华建监理公司谢小锋
一、概述：
预应力先张法空心板简支梁具有结构轻巧、工艺简单、适合计划生产、成本较低等优点，在桥梁结构设计中被广泛采用，而张拉工艺则是保证先张法预应力空心板质量的关键环节。在宁杭高速公路宜兴段，YX1标全长8.7km，全线共有六座大中桥，桥梁上部构造均采用先张法混凝土空心板，三座大桥为20m，三座中桥为16m，板梁总为990片，预应力空心板梁16m采用40#混凝土，20m采用50#砼，预应力筋фj15.24高强、低松驰钢绞线，标准强度1860Mpa，16m长梁16根钢绞线，20m长梁每片14根钢绞线，单排布置，每根钢绞线控制张拉力为187.5KN。预应力台座采用先张法槽式台座进行设计，预应力施工中采用“整体张拉、整体放张”的方法。
二、工艺原理
先张法利用预应力台座的固定作用，将预应力筋张拉设计应力后浇筑砼，待砼达到设计要求的强度后对预应力筋进行放松，靠预应力筋与混凝土间粘结作用，由端部通过一定长度挤压砼建立预应力。
三、施工工艺
四、张拉台座的设计
制作先张法预应力空心板梁，必须先在固定在台座上进行预应力张拉，台座要承受预应力筋巨大回缩力设计时必须保证台座具有足够的强度和稳定性，台座按其构造型式主要有墩式和槽式两种形式。施工时可根据生产构件的类型，张拉及设备条件选用设计。宁杭一标根据空心板梁张拉力大的特点，从安全、经济、实用“的角度出发，采用槽式台座槽式台座长度为构件长度之和再加上一定的施工操作长度，宽度主要决定构件外形尺寸及生产操作需要，见下图。根据台座传力柱轴向受力位置的不同，台座设计分别按偏心构件和轴心受压构件进行设计。
设计步骤：A、确定截面型式及经设计强度。
B、截面配筋计算，并进行强复核。
20000 20000
Ι–ⅠⅡ–Ⅱ
b）
a）张拉台座侧面图 b）Ι–Ⅰ、Ⅱ–Ⅱ剖面图
（一）偏r b心受压传力杆设计
当台座传力柱受压时，传力柱按矩形截面偏心受压构件进行设计，由于传力柱受车偏心矩一般较小e<0.3h0，可直接小偏小构件设计。
（1）截面配筋计算
截面配筋采用下式：
N J≤r b R a bx/r c+r b（R a A g-Q g A g）/ r s
N J e≤r b R a bx（h0-x/2）/r c+r b R g A g（h0-a g）/ r S 式中: N J－－实际受力, N J=187.5KN×16/2=1500KN
r b－－工作条件系数0.95
r c、r S－－材料强度安全系数1.25
R a、R g－－混凝土和钢筋的设计强度（mp a）
b－－传力柱短边尺寸
x—截面受压区高度
A g——截面受力主筋面积
Q g—钢筋实际受力大小
h0—截面有效高度
（2）进行垂直于弯矩作用平面的强度复核。
N J≤φr b[R a/r c+R g（A g-A g）/ r s]
式中: φ—纵向弯曲系数，由l0/b查表可知，（l0为传力柱计算长度，这里取传力柱两端铰支，故l0=1.01, b为截成短边长度）
(二)轴心受压传力柱设计
传力柱轴心受时,承载力降低系数可用下式表示:
φ=N p c/N p d
式中: N p c/N p d---长柱与其他条件相同的短柱的承载力。φ值含意与上式相同。
①轴心受压柱按下式进行设计
N J≤φr b[R a A/r c+R g A g/ r s]
②宁杭高速公路YX1标传力柱采用C30砼，9根φ12钢筋，截
面60×50㎝。由l0/b查表可知φ=0.6。
依上式可知：0.6×0.95×(17.5×103×0.3/1.25+10.2×104×340×103/1.25)=1581.4 KN＞187.5×16/2=1500KN
符合强度要求
（三）验算稳定性
保持传杆受力特点，将传力杆视为两端铰支压杆进行稳定性验算。
N J≤P cr=π2E h I/l02
式中: P cr----临时荷载;
E h----砼弹性模量;
I----传力柱惯性矩;
l0----传力柱计算长度;
代入数据知: P cr=3.142×(3.0×107) ×9.0×10-3/222=5505.8 KN＞N J=1500 KN;故符合稳定性要求.
五、预应力施工
（1）本标段采用“整体张拉、整体放松”的施工方法，张拉台座的张拉端和固定端各设一固定式钢横梁，固定钢横梁与
台座焊接形成一体，张拉端前方设一活动横梁，钢绞线穿
过横梁上的钢绞线定位板的定位孔（每个横梁均有实板），
事先按钢绞线位置加工配面），采用工具锚固定，三个横梁
成一直线，活动横梁下安装一活动轨道，避免了以前张拉
过程中通过活动梁在左右移动调整钢绞线位置，张拉完成
后均采用工具锚锚固。如图：
①活动横梁②千斤顶③固定横梁④固定横梁
⑤钢绞线⑥锚具夹片⑦砼基础⑧传力柱
张拉：张拉端活动横梁，两只大千顶对称就位，且与固定横梁紧靠后，用20T穿心千斤顶进行单根应力10%бk调整使其具有相同的初应力以避免钢绞线受差异过大，出现现象，然后在活动梁端工具锚锚固，再在张拉端用大千顶逐次顶推活动横梁沿轨道伸长进行整体张拉，分五级张拉20%бk、40%бk、60%бk、80%бk、100%бk，每次张拉结束其伸长值（应力、应变双控），保持左右两顶同步伸长，致张100%бk预应力，后在张拉端固定横梁前加放“凹“形钢片锚固（便于退锚）。
张拉程序：0 初应力（10%бk）бk（锚固）
在《规范》中所给的张拉程序有一个超张拉过程：
0 15%бk105%бk бk（锚固）
采用超张拉的目的在减小松驰损失，但是现在采用的都是经过稳定化处理的低松驰钢绞线，钢绞线的“稳定化处理”工艺其原理是使钢绞线在消除应力回火的同时承受一定程度的张力，使其在热张拉状态下产生微小应变，从而使钢筋在恒力作用下抵抗错位转移的能力得到提高，它在宏观上表现为弹性极限显著提高，应力松弛大大降低，所以对其不必用超张拉。整体张拉的最大优点是张拉速度快，但它所需的设备较多。
整体放张：当砼强度达到设计强度的80%时可以进行预应力放松，它是整体张拉的一个逆过程。放张采用千斤顶整体逐级放张，即在张拉端先用千斤顶顶推固定横梁致设计拉应力后停上止送油，“凹”形钢片自然松开后脱锚，千斤顶缓缓回油达到放松，同样分五级放松每级保持15分钟。
预应力施工采用应力，应变双控，以应力为主，应变复核，应变伸长值测量与计算：在单根张拉到10%бk时，以固定横梁位置的钢绞线上做记号，全张致20%бk时做记号，测量与10%бk时的记号距离作为0~10%бk的推算伸长值△L1，后全张到100%бk时，做记号量到10%бk记号的距离作为△L2，则伸长量为△L=△L1+△L2。
