20_m预制空心板先张法和后张法对比研究_王胜良

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学术论坛/AcademicForum20m预制空心板先张法和后张法对比研究王胜良（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）摘要：文章介绍了空心板的使用现状，分析了先张法和后张法施工工艺的不同，并以具体工程为依托，对比分析两种空心板的工程量和结构内力，进一步厘清两种空心板的差异，为其他工程提供参考依据。关键词：预制空心板；先张法；后张法；有限元1 概述是：清理台座、刷隔离剂→预应力筋制作、非预应力20世纪80年代以后，我国基础设施建设取得了筋骨架制作→穿预应力筋及安放非预应力钢筋骨架→全面的发展，桥梁建设作为交通的“生命线”工程，安放预埋铁件→调整初应力→张拉预应力筋一安装模发展迅猛。据交通运输部《2021年交通运输行业发板→浇筑混凝土→养护混凝土→拆除模板→放张、切4展统计公报》，2020年末全国公路桥梁96.11×10断预应力筋→构件起吊堆放→继续养护→运输到指定4座、7380.21×10延米，其中特大桥梁7417工程现场。44座、1347.87×10延米，大桥13.45×10座、2.2后张法空心板43715.89×10延米。特大桥与大桥所占比例分别为后张法预制空心板的施工工艺是先浇筑留有预应0.77%、13.99%，中小跨径桥梁占比为85.24%。由力筋孔道的构件，待其混凝土达到规定强度后，在预此可得，中小跨径桥梁在我国公路桥梁中占有很大比留孔道内穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把张拉重。据统计，在现役公路小跨径桥梁中，板梁所占比后的预应力筋锚固在构件的端部，依靠构件端部的锚为53.4%。预制空心板桥作为我国最常见的桥型之一，具将预应力筋的预张拉力传递给混凝土，使其产生预具有体积小、重量轻、构造简单、建筑高度低、造价低、加压应力，最后进行孔道压浆并浇注梁端封锚混凝土，工厂预制施工方便等优点。使预应力筋与混凝土构件形成整体。2 预制空心板的两种施工工艺3 先张法和后张法空心板对比研究在工程运用实际中，预制空心板按有无预应力筋3.1工程概况分为钢筋混凝土空心板和预应力钢筋混凝土空心板，根据张家港市综合交通规划及路网规划，规划形预应力钢筋混凝土空心板根据施工工艺不同分为先张成“六横五纵”市域快速干道网及“六横九纵”市域法和后张法。结构性主干路网络。考虑尽可能减少后期建设对铁路2.1先张法空心板的影响，避免二次建设，结合此次南沿江城际铁路建先张法预制空心板的施工是在浇筑混凝土前在台设同步实施沿线主要相关道路。座上或钢模上张拉预应力筋，并用夹具将张拉完毕的本工程共涉及9条道路与南沿江城际铁路相交，预应力筋临时固定在台座的横梁上或钢模上，然后进分别为：暨阳西路、港华路、张杨公路西段、张皋路、行非预应力筋的绑扎，支设模板，浇筑混凝土，养护章卿路、西二环匝道、老204国道、晨丰公路（交界混凝土至规定强度（一般不低于混凝土设计强度标准河路）、新204国道。其中张皋路部分工程采用跨度值的75%），保证预应力筋与混凝土之间有足够的粘L为20m的空心板梁，单幅桥，桥宽13.05m，汽结力时，放张或切断预应力筋，使预应力筋弹性回缩，车荷载采用公路Ⅰ级，行车道数为3车道，设计时速通过混凝土与预应力筋之间的粘结力传递预应力，使80km/h，标准路面横坡设置为单向横坡2%，桥面之对钢筋混凝土构件受拉区的混凝产生预压应力。布置为13.05m=0.525m（SS级防撞护栏）+12.00由于预应力空心板属于中小型预应力混凝土构m（行车道）+0.525m（SS级防撞护栏）。现通过件，先张法可采用台座法，台座法施工主要工艺流程此工程实例来研究分析两种施工工艺对工程量及结构128

1AcademicForum/学术论坛内力影响。后张法预应力混凝土空心板中板横断面如图3所3.2两种空心板工程量对比分析示，板宽124cm，梁高95cm，跨高比为21∶1；本工程分别采用先张法与后张法空心板时横桥向中板预应力筋布置如图4所示，每片梁配有4孔预应s布置见表1。力钢束，其中1号预应力束为6根1φ5.2钢绞线，s表1 先张法与后张法横桥向布置2号预应力束为5根φ15.2钢绞线。施工工艺中板（个）边板（个）边板悬臂（m）铰缝（个）先张法1020.5311后张法820.289由表1可知，对于本工程需要先张法预应力空心板10个中板、2个边板、11个铰缝；而后张法预应力空心板需要8个中板、2个边板、9个铰缝。现以中板为例，对两种空心板进行分析研究。先张法预应力混凝土空心板中板横断面如图1所示，板宽99cm，梁高95cm，跨高比为21∶1；中板预应力筋布置如图2所示，每片空心板板底配有14根15.2钢绞线。图3 后张法中板横断面（cm）图1 先张法中板横断面（cm）图4 后张法中板预应力筋布置图（cm）现将两种空心板一跨的主要工程量统计见表2。表2 先张法和后张法空心板工程量对比施工工艺先张法后张法3C50混凝土（m）140.9140.4sφ15.2钢绞线（kg）4158.45232.6HRB400钢筋（kg）23087.713902.0HPB300钢筋（kg）03762.0由表2数据可知，两种空心板一跨所需C50混凝土的工程量基本相等，先张法空心板钢绞线比后张法少1074.2kg，HRB400钢筋多9185.7kg，HPB300钢筋少3762.0kg。因此，对于整个工程来说，后张法空心板的工程造价低于先张法空心板。3.3两种空心板结构内力对比分析图2 先张法中板预应力筋布置图（cm）本工程采用桥梁博士（V4.3.0）分别对先张法和129

2学术论坛/AcademicForum后张法空心板进行建模计算，汽车荷载考虑横向分布，表4 后张法空心板支点位置抗剪计算结果位置（m）抗剪抗力（kN）最大剪力（kN）安全系数K其中支点位置按杠杆法计算，L/4位置以及跨中位置0.51562.6783.41.99按铰接板法计算。首先对比其中板最大弯矩包络图，1.01762.9774.02.28结果如图5和图6所示。1.51762.9752.22.342.01762.9732.22.415.01115.3450.42.4810.01171.4166.07.06注意：位置指计算点距离梁左端的距离。通过对比表3和表4，可以明显得出两种空心板抗剪强度均满足要求，且在距离梁端2m范围内，后图5 先张法中板弯矩包络图（kN·m）张法空心板的最大抗剪安全系数大于先张法空心板抗剪安全系数；在L/4到跨中范围内，后张法空心板的最大抗剪安全系数小于先张法空心板抗剪安全系数。原因在于先张法空心板钢绞线在板底水平布置，而后张法空心板钢绞线在大部分位置水平布置于板底，仅图6 后张法中板弯矩包络图（kN·m）在支点位置弯起，而这部分弯起的钢绞线会为空心板由弯矩包络图可知，先张法空心板正截面强度安提供抗力，使得后张法空心板在支点位置附近总抗力全系数K=2443.3/2167.0=1.13，后张法安全系数大于先张法。在跨中位置，两种空心板的钢绞线均水K=3378.9/2447.0=1.38。两种空心板的正截面抗弯平布置于板底，箍筋相同，但由于先张法空心板板宽强度均满足要求，后张法的安全系数大于先张法。小，配箍率高，导致后张法空心板抗剪总抗力在跨中在两种空心板结构外边缘配置相同直径和间距的位置附近小于先张法空心板。箍筋，根据计算结果，对两种空心板的抗剪能力进行对比分析，其最大剪力包络图如图7、图8所示。4 结论文章以一个工程实例为依据，统计分析了两种空心板一跨的主要工程量，利用有限元软件对20m跨度的先张法和后张法空心板进行建模计算，并对其正截面抗弯能力、斜截面抗剪能力进行对比分析，得出以下结论：（1）对于20m跨度的空心板，采用后张图7 先张法中板剪力包络图（kN）法施工工艺比先张法更经济。（2）后张法空心板正截面抗弯强度安全系数大于先张法，斜截面抗剪能力优于先张法空心板。（3）对于20m装配式预应力空心板建议采用后张法施工。作者简介：王胜良（1996-），男，籍贯：河南驻马店，学历：硕士研究生，职称：助理工程师，研究方向：图8 后张法中板剪力包络图（kN）桥梁。由最大剪力包络图可知，两种空心板抗剪强度均满足要求。由于两种空心板最大区别在于后张法钢绞参考文献：线在支点处弯起，使得两种空心板支点附近抗剪能力[1]中华人民共和国交通部.2021年交通运输行业有所区别。为此，将两种空心板支点位置附近、L/4发展统计公报[EB/OL].[2022-05-25].及跨中位置的抗剪结果列于表3和表4，其中安全系[2]李川.简支空心板梁桥受力特征及病害处理技数K为抗剪抗力与最大剪力的比值。表3 先张法空心板抗剪计算结果术[D].杭州:浙江大学,2020.位置（m）抗剪抗力（kN）最大剪力（kN）安全系数K[3]潘志强,吉禹霏.预制空心板先张与后张工艺0.51216.9725.81.68的对比分析[J].城市道桥与防洪,2011(03):72-74,162.1.01536.3948.41.621.51545.9949.81.63[4]高奋荣,梁建昌,路铁军.庄浪河大桥空心板梁2.01430.4952.71.50的优化设计与施工要点[J].铁道建筑,2005(02):3-4.5.01320.5409.43.2310.01335.4153.38.71注：位置是指计算点距离梁左端的距离。130