20_m预制空心板先张法和后张法对比研究_王胜良.pdf

128学 术论坛/A cadem i c Forum1 概述20 世纪 80 年代以后，我国基础设施建设取得了全面的发展，桥梁建设作为交通的“生命线”工程，发展迅猛。据交通运输部2021 年交通运输行业发展统计公报，2020 年末全国公路桥梁 96.11104座、7 380.21104延 米，其 中 特 大 桥 梁 7 417座、1 347.87104延 米，大 桥 13.45104座、3 715.89104延米。特大桥与大桥所占比例分别为0.77%、13.99%，中小跨径桥梁占比为 85.24%。由此可得，中小跨径桥梁在我国公路桥梁中占有很大比重。据统计，在现役公路小跨径桥梁中，板梁所占比为 53.4%。预制空心板桥作为我国最常见的桥型之一，具有体积小、重量轻、构造简单、建筑高度低、造价低、工厂预制施工方便等优点。2 预制空心板的两种施工工艺在工程运用实际中，预制空心板按有无预应力筋分为钢筋混凝土空心板和预应力钢筋混凝土空心板，预应力钢筋混凝土空心板根据施工工艺不同分为先张法和后张法。2.1 先张法空心板先张法预制空心板的施工是在浇筑混凝土前在台座上或钢模上张拉预应力筋，并用夹具将张拉完毕的预应力筋临时固定在台座的横梁上或钢模上，然后进行非预应力筋的绑扎，支设模板，浇筑混凝土，养护混凝土至规定强度（一般不低于混凝土设计强度标准值的 75%），保证预应力筋与混凝土之间有足够的粘结力时，放张或切断预应力筋，使预应力筋弹性回缩，通过混凝土与预应力筋之间的粘结力传递预应力，使之对钢筋混凝土构件受拉区的混凝产生预压应力。由于预应力空心板属于中小型预应力混凝土构件，先张法可采用台座法，台座法施工主要工艺流程是：清理台座、刷隔离剂预应力筋制作、非预应力筋骨架制作穿预应力筋及安放非预应力钢筋骨架安放预埋铁件调整初应力张拉预应力筋一安装模板浇筑混凝土养护混凝土拆除模板放张、切断预应力筋构件起吊堆放继续养护运输到指定工程现场。2.2 后张法空心板后张法预制空心板的施工工艺是先浇筑留有预应力筋孔道的构件，待其混凝土达到规定强度后，在预留孔道内穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把张拉后的预应力筋锚固在构件的端部，依靠构件端部的锚具将预应力筋的预张拉力传递给混凝土，使其产生预加压应力，最后进行孔道压浆并浇注梁端封锚混凝土，使预应力筋与混凝土构件形成整体。3 先张法和后张法空心板对比研究3.1 工程概况根据张家港市综合交通规划及路网规划，规划形成“六横五纵”市域快速干道网及“六横九纵”市域结构性主干路网络。考虑尽可能减少后期建设对铁路的影响，避免二次建设，结合此次南沿江城际铁路建设同步实施沿线主要相关道路。本工程共涉及 9 条道路与南沿江城际铁路相交，分别为：暨阳西路、港华路、张杨公路西段、张皋路、章卿路、西二环匝道、老 204 国道、晨丰公路（交界河路）、新 204 国道。其中张皋路部分工程采用跨度L 为 20 m 的空心板梁，单幅桥，桥宽 13.05 m，汽车荷载采用公路级，行车道数为 3 车道，设计时速80 km/h，标准路面横坡设置为单向横坡 2%，桥面布置为 13.05 m=0.525 m（SS 级防撞护栏）+12.00 m（行车道）+0.525 m（SS 级防撞护栏）。现通过此工程实例来研究分析两种施工工艺对工程量及结构摘要：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；有限元王胜良20 m 预制空心板先张法和后张法对比研究（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）129Ac a d e m ic F o r u m/学 术论坛内力影响。3.2 两种空心板工程量对比分析本工程分别采用先张法与后张法空心板时横桥向布置见表 1。表 1 先张法与后张法横桥向布置施工工艺中板（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 99 cm，梁高 95 cm，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 1 先张法中板横断面（cm）图 2 先张法中板预应力筋布置图（cm）后张法预应力混凝土空心板中板横断面如图 3 所示，板宽 124 cm，梁高 95 cm，跨高比为 21 1；中板预应力筋布置如图 4 所示，每片梁配有 4 孔预应力钢束，其中 1 号预应力束为 6 根 1s5.2 钢绞线，2 号预应力束为 5 根s15.2 钢绞线。图 3 后张法中板横断面（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C50 混凝土（m3）140.9140.4s15.2 钢绞线（kg）4 158.45 232.6HRB400 钢筋（kg）23 087.713 902.0HPB300 钢筋（kg）03 762.0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 1 074.2 kg，HRB400 钢筋多 9 185.7 kg，HPB300钢筋少3 762.0 kg。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本工程采用桥梁博士（V4.3.0）分别对先张法和130学 术论坛/A cadem i c Forum后张法空心板进行建模计算，汽车荷载考虑横向分布，其中支点位置按杠杆法计算，L/4 位置以及跨中位置按铰接板法计算。首先对比其中板最大弯矩包络图，结果如图 5 和图 6 所示。图 5 先张法中板弯矩包络图（kNm）图 6 后张法中板弯矩包络图（kNm）由弯矩包络图可知，先张法空心板正截面强度安全系数 K=2 443.3/2 167.0=1.13，后张法安全系数K=3 378.9/2 447.0=1.38。两种空心板的正截面抗弯强度均满足要求，后张法的安全系数大于先张法。在两种空心板结构外边缘配置相同直径和间距的箍筋，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。图 7 先张法中板剪力包络图（kN）图 8 后张法中板剪力包络图（kN）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线在支点处弯起，使得两种空心板支点附近抗剪能力有所区别。为此，将两种空心板支点位置附近、L/4及跨中位置的抗剪结果列于表 3 和表 4，其中安全系数 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位置（m）抗剪抗力（kN）最大剪力（kN）安全系数 K0.51216.9725.81.681.01536.3948.41.621.51545.9949.81.632.01430.4952.71.505.01320.5409.43.2310.01335.4153.38.71注：位置是指计算点距离梁左端的距离。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 K0.51562.6783.41.99 1.01762.9774.02.28 1.51762.9752.22.34 2.01762.9732.22.41 5.01115.3450.42.48 10.01171.4166.07.06 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 2 m 范围内，后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，仅在支点位置弯起，而这部分弯起的钢绞线会为空心板提供抗力，使得后张法空心板在支点位置附近总抗力大于先张法。在跨中位置，两种空心板的钢绞线均水平布置于板底，箍筋相同，但由于先张法空心板板宽小，配箍率高，导致后张法空心板抗剪总抗力在跨中位置附近小于先张法空心板。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 20 m 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 20 m 跨度的空心板，采用后张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 20 m 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：桥梁。参考文献：1 中华人民共和国交通部.2021 年交通运输行业发展统计公报 EB/OL.2022-05-25.2 李川.简支空心板梁桥受力特征及病害处理技术 D.杭州:浙江大学,2020.3 潘志强,吉禹霏.预制空心板先张与后张工艺的对比分析 J.城市道桥与防洪,2011(03):72-74,162.4 高奋荣,梁建昌,路铁军.庄浪河大桥空心板梁的优化设计与施工要点 J.铁道建筑,2005(02):3-4.