摘 要：先张法张拉台座是先张法预制场的重要组成部分，张拉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。结合七里河大桥先张法预制场成功运营生产经验，详细介绍本预制场总体布局、张拉台座设计与施工等。
关键词：桥梁工程；先张法；台座；传力墙；设计；施工
0 前 言
预应力混凝土结构自1928年被法国人欧仁•弗莱西奈第一次应用至今，已广泛地运用于各个领域，特别是在桥梁工程的施工中得到了广泛运用。预应力混凝土结构采用高强材料，节省了大量钢材和混凝土，减少了混凝土的自重，减小了施工中的不利荷载，再加上刚度大，耐久性好等优点，现在已经被世界各国所采用。根据预应力筋张拉先后顺序，桥梁工程中分先张法和后张法两种方法。先张法因其施工工艺简单、能大批量生产、经济和质量稳定，而广泛地运用于公路桥梁工程中。但先张法施工前必须先建立张拉台座。而台座是生产先张法预应力混凝土梁板的主要组成部分，用于承受张拉预应力钢绞线时的反力。台座的稳定性、可靠性、安全性、经济性直接影响到先张法预制场的正常运转及经济效益。七里河大桥0#～19#孔均为20m先张法预应力空心板梁，中板及边板共计532片，现就该先张法预制空心板梁场的设计与施工，做一介绍。
1 预制场的总体布局
由于需要生产的空心板梁数量较大，同时工期也较紧，为确保在合同规定的工期内保质保量地完成施工任务，考虑到空心板梁安装及当地实际地形的情况，项目部决定在离桥梁施工现场较近的地方征地15亩设置空心板梁预制场，该块场地处于当地的农田内，表层为种植土，下层为粘土。
预制场分为预制区、存梁区、仓库、钢筋制作区及生活区。预制区又分为2块独立的张拉台座，每块张拉台座设5条张拉底板，每条张拉梁槽可同时生产空心板梁4片。整个预制场理论上满负荷可同时生产空心板梁40片。
2 先张法预应力台座的设计
2.1空心板梁的断面型式
先张法空心板梁预应力筋为φj15.24（7φ5）的高强低松驰钢铰线，每片先张法板梁中板设计有18根钢铰线，边板设计有20根钢铰线，布置在底板呈直线分布，断面型式见图1。
收稿日期：2011-10-10
部分预应力有效长度范围以外采用硬塑料管套住，进行失效处理，以减少端部局部承压力。预应力钢铰线标准强度Ry=1860MPa，
张拉控制应力为0.7Ry=1302MPa。
采用前卡式千斤顶配合顶推式
千斤顶张拉钢铰线。钢铰线张拉
顺序为：0→初始应力→103%σk
单位：cm
图1中板钢铰线布置示意图
单位：cm
图1中板钢铰线布置示意图
（锚固）。
预应力混凝土设计标号为C50。
2.2台座的设计
先张法台座采用传力墙、底系梁连接的框架箱式结构布置，使整个张拉台座形成一个整体。台座张拉端与固定端端头均采用加大加深的基础型式，以防止张拉台座在5条底板均完成钢铰线张拉时（即台座的最不利受力时）倾覆与滑移，传力墙尺寸为b×h=600mm×600mm，台座的各混凝土部分均采用C40混凝土。
一块台座纵向总长度组成为86m，台座的布置及各部位具体尺寸见图2。
图2 一块张拉台座横向布置图 单位：m
台座的设计计算主要包括：台座的抗倾覆验算，抗滑移验算，传力墙的配筋计算，钢横梁的选取验算等。
2.2.1台座的抗倾覆验算 首先建立台座的受力计算模型，当同一个台座中5条底板全部张拉完成时，即为台座抗倾覆的最不利受力情况，受力模型见图3。
图3 台座抗倾覆计算简图 单位：m
取整块张拉台座作为受力分析对象，所需各基础数据为：台座各部分混凝土部分均采用C40混凝土现浇，单位重为24kN/m3，钢铰线张拉控制应力为1302MPa，其公称截面积为140mm2。
取台座绕O点的力矩，不考虑20cm厚传力墙间混凝土调平层及5cm水磨石底板的作用，并忽略土压力的作用。
最不利荷载：N=1302×140×20×5=18228KN，G1=12.3×2.4×2.5×2400×10=1771.2KN，G2=0.60×1×6×5×2400×10=432KN，h1=1.0-0.60=0.40m，L1=6.25m，L2=2.5m，则：
平衡力矩：Mr=G1×L1+G2×L2=1771.2×6.25+432×2.5=12150KN·m
倾覆力矩：MDV=N×h1=18228×0.4=7291.2 KN·m
抗倾覆安全系数：
（安全）
2.2.2 台座的抗滑移验算 混凝土的弹性模量C40混凝土的弹性模量EC=3.25×104N/mm2，与土的弹性模量EC=20N/mm2相差甚大，两者难以共同工作，而底部摩阻力也较小，可略去不计，实际上作用于传力墙上的水平力，几乎全部传给传力墙，因此当钢横梁与传力墙连接良好，能保证共同工作时，可不做抗滑移验算。
2.2.3传力墙的设计 张拉台座张拉端使用固定长钢横梁横向通长布置，焊接于预埋在传力墙的钢板上；固定端也使用固定长钢横梁横向通长布置，焊接于预埋在传力墙的钢板上；张拉端采用顶推式千斤顶作为活动钢横梁的支撑。张拉端钢横梁受力后及固定端固定钢横梁的轴心在传力墙的横断面位置均应与传力墙的中心轴位置重合，使传力墙基本上处于轴心受压的受力状态。在实际操作中，应特别注意，要准确固定张拉端钢横梁及固定端固定钢横梁与传力墙的接触面的位置，这将直接影响到传力墙的受力。这样，我们就可以建立传力墙的近似的受力计算模型，虽然传力墙在实际的张拉过程中，不完全是处于轴心受力的状态，但在计算时我们可以近似地认为，传力墙基本上是处于轴心受压的状态。
传力墙的计算长度L0根据两端固定及现场实际约束情况整体考虑进行取值，取计算长度按三等跨两端固定计算，0.5×0.333=0.167，取按安全状态，按大于0.167取值，L0=0.263×（86-5）=35.5，则计算长细比λ=L0/b=21.3/0.60=35.5，通过查表得纵向弯曲系数 =0.41。
当同一个台座5条底板钢绞线全部张拉完成时，即为传力墙的最不利受力情况，每条传力墙的最不利荷载=（1302×140×20×5）/6=3038KN，计算时取 =3100KN，轴心受压构件正截面承载力计算式为：
则：
式中： —结构工作条件系数， =0.95；
—混凝土安全系数， =1.25；
—钢筋安全系数， =1.25
—混凝土轴心抗压设计强度， =26.8MPa；
—钢筋的抗压设计强度， =340 MPa；
则可得：
主筋选用6根Ф16的Ⅱ级钢
筋，箍筋选用ф8的Ⅰ级钢筋，
图4 传力墙配筋图 单位：m
纵向间距30cm。
传力墙的配筋图见图4。
2.2.4钢横梁的选取 图4 传力柱配筋示意图 单位：cm
张拉端及固定端均设有钢横梁，所不同的是，在张拉端设有移动钢横梁，固定端的钢横梁是整体通常焊接在传力梁上固定的，它们均可以近似地认为是承受钢铰线作用的均布荷载，取最不利受力情况，即张拉端活动钢横梁进行分析，这样就可以建立钢横梁的受力模型，见图5。
公路桥涵施工技术规范要求，钢横梁要有足够的强度和刚度，在受力后产生的挠度要小于2mm。
图5 钢横梁计算简图 单位：cm
均布荷载：
最大弯矩：
则
选用16Mn钢，2根Ⅰ50a，则
钢横梁的剪力为：
剪应力为：
钢横梁的变形：
式中： —工字钢截面抗惯性矩；
—工字钢截面面积。
3 先张法预制梁场台座的施工
3.1预制梁场基础的处理
预制梁场在台座施工前，先用推土机将农田的表土清除30cm，在台座范围内用砾石回填40cm，使台座的基础比四周的原地面稍高，用压路机碾压密实，并在横向与纵向距台座5m的地方挖好排水沟，这样就能使在雨天及养生用水可以顺利地排出台座，不至于积聚于台座周围，影响施工作业。
3.2台座的施工
3.2.1台座两端的施工 台座的张拉端及固定端的混凝土因其体积较大，可采用片石混凝土或采用低标号混凝土。需要注意的是，在张拉端台座与钢横梁接触的位置，应预埋厚2cm的钢板，钢板上应焊接锚固钢筋伸入张拉端台座内部，使钢横梁所受的张拉力能均匀地传到台座上，使该部位不会因局部压力过大而产生混凝土破坏。固定端则应在台座上预埋焊接固定钢横梁的钢板，所有预埋钢板的位置均应预埋准确。
3.2.2传力墙的施工 因混凝土传力墙为细长受力构件，施工顺直度的好坏，将会影响到台座的受力性能。因此，在混凝土传力墙施工时，应使用经纬仪或者全站仪观测传力墙模板的顺直度。传力墙内的钢筋可分节段制作，再运至开挖好的基础内进行焊接连接，以保证钢筋顺直。
3.2.3底系梁的施工 传力墙间横向设置4道混凝土底系梁，尺寸为b×h=400×400mm，系梁底面标高应比传力墙底面低30cm，钢筋配置与传力墙相同。在与传力墙相交处，系梁钢筋应伸入传力墙的钢筋，以使台座连成一个整体。
3.2.4 底板的施工 传力墙间设置20cm厚混凝土调平层及5cm水磨石底板，考虑施工过程中的实际情况，按照所生产的预制空心板的宽度减去5mm进行水磨石底板施工，并采用槽钢内埋设橡胶管做为底板，防止预应力空心板生产过程中漏浆。考虑到预应力张拉后，预应力空心板起拱量大，因此拟按规范要求在底板上预留反拱。
3.2.5钢绞线在两端的限位装置 钢铰线在张拉完成后，钢铰线的轴心应与传力墙的轴心基本在一条直线上。因此，钢铰线在张拉端及锚固端的限位装置(定位钢板）应定位精确。
3.2.6 钢横梁的加固 为增加钢横梁的抗扭刚度,在每根工字钢梁内侧加焊1cm的钢板做加劲肋;同时在工字钢两侧加焊2cm的钢板以增加钢横梁的强度。
4 存梁台、龙门吊轨道基础的施工
存梁区采用600mm×600mmC15混凝土存梁台，长度11m，可存放3层。
龙门吊轨道基础按照2块台座的最大距离设置。
5 预制梁场使用情况的监控
预应力空心板梁场台座在所有的混凝土强度达到100%后，才能进行空心板梁的生产。在生产阶段，当一个台座满负荷生产时，对传力墙的起拱度、轴线变形及位移量进行观测，并对张拉端及锚固端的纵向滑移进行观测。实际结果表明，从预制场进行空心板梁生产到完工结束，传力墙、张拉端及固定端的起拱度、轴线变形及位移量均在3mm以内，所有的传力墙均没有发现产生裂缝，满足正常生产的使用安全。
6 结 语
预应力空心板梁场台座进行设计时，由于传力墙是细长的受力杆件，对传力墙的计算长度的取值，要充分考虑到实际的约束条件。否则当计算长度取值较大时，将会影响到传力墙的混凝土截面面积和钢筋的用量，造成不必要的浪费。
虽然在实际生产中，由于操作的误差，传力墙可能是处于偏心受压状态，但从实际的使用效果来看，对传力墙看成近似轴心受压构件，还是完全可以的。