掛籃施工連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力孔道摩阻測(cè)試

1、掛籃施工連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力孔道摩阻測(cè)試摘要：在湘桂鐵路柳江雙線(xiàn)特大橋連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，采用穿心式筒體粘貼電阻應(yīng)變片作為單向測(cè)力敏感元件，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋主動(dòng)端及被動(dòng)端的拉力進(jìn)行精確量測(cè)，通過(guò)量測(cè)結(jié)果計(jì)算出預(yù)應(yīng)力管道的實(shí)際摩阻損失系數(shù)k、，以指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力的張拉控制。本文詳細(xì)闡述了摩阻系數(shù)的測(cè)定及采用二元線(xiàn)性回歸法計(jì)算系數(shù)k、的方法，為以后相類(lèi)似預(yù)應(yīng)力管道摩阻力的測(cè)試提供一定的參考。關(guān)鍵詞：鐵路連續(xù)箱梁 預(yù)應(yīng)力 摩阻損失 測(cè)試0 前言 在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁掛籃施工中，預(yù)應(yīng)力的施拉無(wú)疑是一項(xiàng)非常重要的工序，能否準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力施加予梁體，將直接影響箱梁的耐久性、安全性、剛度及外觀線(xiàn)形。對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力

2、，孔道摩阻是引起預(yù)應(yīng)力損失的五個(gè)主要因素（砼收縮徐變、鋼束松弛、錨頭變形及鋼束回縮、孔道摩阻、砼彈性壓縮）之一，施工中由于施工質(zhì)量水平和工藝的不同等諸多不確定因素的影響下，不同施工項(xiàng)目中管道摩阻系數(shù)有著較大的差別，預(yù)應(yīng)力張拉前針對(duì)特定施工條件下的孔道摩阻進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，從而為張拉力、伸長(zhǎng)量以及線(xiàn)形的施工控制及調(diào)整提供真實(shí)依據(jù)，按設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力值準(zhǔn)確有效地施加給結(jié)構(gòu)物。 柳江雙線(xiàn)特大橋?yàn)橄婀痂F路跨越柳江、黔桂鐵路、柳太公路而設(shè)，主跨采取（60m+5104m+60m）雙線(xiàn)單箱室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁跨越柳江，27#32#墩為連續(xù)梁柱墩。連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂施工。縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)度、低松弛1

3、5-75鋼絞線(xiàn)，鋼絞線(xiàn)公稱(chēng)直徑15.2，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f=1860MPa，縱向預(yù)應(yīng)力錨具采用M15-15型，張拉千斤頂采用YCW350B型，全部采用兩端張拉，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束管道采用金屬波紋管成孔，波紋管內(nèi)徑90mm，外徑97mm。 在預(yù)應(yīng)力施工前進(jìn)行實(shí)際施工狀況下預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)的測(cè)定，從而為確定預(yù)應(yīng)力的初始張拉力提供科學(xué)依據(jù)，為預(yù)應(yīng)力的施工提供參考。 1 預(yù)應(yīng)力管道摩阻力測(cè)試的方法、步驟及計(jì)算方法 1.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算及分析方法 管道摩阻的損失由兩部分構(gòu)成，一部分為管道位置偏差引起的摩阻損失（偏差系數(shù)k），另一部分為管道彎曲產(chǎn)生的摩阻損失（摩擦系數(shù)）。如果預(yù)應(yīng)力管道是理想的直線(xiàn)與光滑狀態(tài)，

4、從理論上而言是不會(huì)產(chǎn)生管道摩阻損失，但實(shí)際施工中不可避免地存在管道位置偏差，預(yù)應(yīng)力筋與管壁之間產(chǎn)生摩擦，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力摩阻損失的出現(xiàn)。對(duì)于彎曲的管道，預(yù)應(yīng)力筋對(duì)管壁產(chǎn)生徑向壓力而使得摩阻力增大。 根據(jù)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10002.3-2005）規(guī)定，預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失值可按下式進(jìn)行計(jì)算。 （1） 式中：為張拉端鋼絞線(xiàn)錨下控制應(yīng)力； x為從張拉端至計(jì)算截面曲線(xiàn)孔道長(zhǎng)度，可近似取該段孔道在縱軸上的投影長(zhǎng)度（m）； 從張拉端至計(jì)算截面曲線(xiàn)孔道各部分切線(xiàn)的夾角之和（rad）； k孔道每米長(zhǎng)度局部偏差的摩擦系數(shù)； 預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)。

5、設(shè)主動(dòng)端壓力傳感器測(cè)試值為F1，被動(dòng)端為F2，管道全長(zhǎng)為，管道全長(zhǎng)的曲線(xiàn)包角為，（1）式經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得到方程組（2）。 （2） 式中：第i條管道對(duì)應(yīng)的（-ln（F2/F1）值； 第i條管道對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線(xiàn)長(zhǎng)度（m）； 第i條管道所對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線(xiàn)包角（rad）； n實(shí)測(cè)的管道數(shù)量。 解方程組（2）即可得k及值。需要注意的是，因參數(shù)k及值的耦聯(lián)，須測(cè)試大于2束以上的預(yù)應(yīng)力筋才能計(jì)算得k、值。 1.2 試驗(yàn)管道的選擇 按照代表性原則選擇試驗(yàn)管道，根據(jù)本工程的情況，預(yù)應(yīng)力管道摩阻測(cè)試選擇在29#墩掛籃施工的4號(hào)段及31#墩掛籃施工的6號(hào)段進(jìn)行，測(cè)試管道為箱梁縱向預(yù)應(yīng)力筋的腹板N5左右側(cè)、腹板

6、N8左右側(cè)共四個(gè)管道。測(cè)試的縱向預(yù)應(yīng)力管道布置及編號(hào)見(jiàn)圖1，管道長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)角等參數(shù)見(jiàn)表1。 圖1試驗(yàn)縱向預(yù)應(yīng)力管道布置圖 表1測(cè)試的縱向預(yù)應(yīng)力管道參數(shù)表 管道 編號(hào) 束數(shù) 鋼束規(guī)格 管道長(zhǎng)度 （m） 管道起彎角 （） （rad） N5 12 15-75 25.68 58 1.0118 N8 12 15-75 36.74 46 0.8024 1.3 試驗(yàn)原理及儀器安裝 預(yù)應(yīng)力管道摩阻力測(cè)試的方法是通過(guò)測(cè)定出孔道預(yù)應(yīng)力損失來(lái)反推管道摩阻k、值。試驗(yàn)采用一端為張拉端，另一端為錨固端，張拉端從初讀數(shù)開(kāi)始，以5級(jí)（%20F，%40F，%60F，%80F，%100F）逐級(jí)增壓張拉至設(shè)計(jì)噸位，每級(jí)張拉均記錄傳

7、感器讀數(shù)、電動(dòng)油泵讀數(shù)及預(yù)應(yīng)力束伸長(zhǎng)量。在施加各級(jí)預(yù)應(yīng)力時(shí)測(cè)得上述管道的主動(dòng)端和與被動(dòng)端實(shí)測(cè)拉力值，采用線(xiàn)性回歸確定管道固定端和張拉端的荷載比值（F2/F1），最后根據(jù)方程組（2）計(jì)算出管道的實(shí)際偏差系數(shù)（k）和（摩擦系數(shù)）。以及由于管道摩阻而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。 為了減少測(cè)試誤差，采用固定端和張拉端交替進(jìn)行的方法，即完成一次千斤頂張拉至設(shè)計(jì)噸位后，逐漸回油至0，交換張拉端和錨固端，重復(fù)逐級(jí)張拉一次，并記錄數(shù)據(jù)。 最后千斤頂回油，卸下兩端張拉裝置，完成一個(gè)孔道的測(cè)試，進(jìn)行下一個(gè)孔道的測(cè)試。 傳感器采用穿心式筒體粘貼電阻應(yīng)變片作為單向測(cè)力敏感元件，讀數(shù)不受千斤頂?shù)挠绊懀岣吡藴y(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確

8、性。采用與施工相同的YCW250B型千斤頂和ZB4500型油泵，油表精度不低于1.0級(jí)，最大讀數(shù)為60MPa。 張拉千斤頂?shù)脑O(shè)置數(shù)量根據(jù)張拉伸長(zhǎng)量和每臺(tái)千斤頂?shù)男谐虂?lái)確定，N8鋼絞線(xiàn)計(jì)算的伸長(zhǎng)量約為250mm，但YCW250B型千斤頂最大張拉行程為200mm，為避免重復(fù)倒頂引起預(yù)應(yīng)力筋收縮造成測(cè)試誤差，進(jìn)行N8號(hào)預(yù)應(yīng)力測(cè)試時(shí)采取兩臺(tái)千斤頂串聯(lián)在一起，以達(dá)到要求的行程，并使得張拉更為簡(jiǎn)單。兩臺(tái)串聯(lián)的千斤頂及預(yù)應(yīng)力筋的中心線(xiàn)要在同一條直線(xiàn)上。為了避免錨頭預(yù)應(yīng)力的損失，測(cè)定時(shí)張拉端不安裝工程錨板。測(cè)試設(shè)備安裝示意見(jiàn)圖2。 圖2管道摩阻損失測(cè)試安裝示意圖 千斤頂、傳感器及測(cè)量?jī)x在試驗(yàn)前采用大噸位和高精

9、度的壓力機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)千斤頂、傳感器及測(cè)量?jī)x器的布置情況要與標(biāo)定時(shí)相同。 2 數(shù)據(jù)處理及分析 2.1 數(shù)據(jù)處理 對(duì)N5、N8左右側(cè)預(yù)應(yīng)力筋各進(jìn)行了兩次換端張拉測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)為每級(jí)荷載下主動(dòng)端拉力F1，被動(dòng)端拉力F2，四個(gè)管道的測(cè)試共獲得了8組數(shù)據(jù)。利用線(xiàn)性回歸確定管道固定端和張拉端的荷載比值（F2/F1）。數(shù)據(jù)記錄表及被動(dòng)端和主動(dòng)端（F2/F1）比值的線(xiàn)性回歸分析的結(jié)果見(jiàn)表2。 表2管道摩阻測(cè)試記錄及（F2/F1）值線(xiàn)性回歸值計(jì)算表 主動(dòng)端拉力F1 20%P 40%P 50%P 80%P 100%P F2/F1回歸值 計(jì)算結(jié)果 644.0 1289.0 1933.0 2578.0 32

10、22.0 固定端 拉力F2 N5左側(cè) 1 503.7 940.0 1548.9 1944.9 2488.9 0.7823 2 535.8 983.6 1415.9 1904.3 2428.2 0.7301 N5右側(cè) 1 541.8 988.8 1408.0 1887.4 2421.3 0.7227 2 463.3 1003.1 1490.9 1996.8 2443.6 0.7687 N8左側(cè) 1 528.7 986.3 1479.6 2032.5 2513.6 0.7783 2 517.0 960.1 1511.7 1984.5 2434.9 0.7541 N8右側(cè) 1 527.7 990.2

11、 1483.0 1928.8 2414.4 0.7311 2 515.8 1011.3 1567.9 2003.5 2463.6 0.7584 根據(jù)表2所計(jì)算得的（F2/F1）性線(xiàn)回歸分析結(jié)果，進(jìn)行管道摩阻力算式中各系數(shù)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。 表3管道摩阻力系數(shù)計(jì)算表 鋼束編號(hào) li(m) i(rad) 次序 F2/F1 yi i2 lii yii l2i yili N5 25.68 1.0118 1 0.7823 0.3235 1.0237 25.9830 0.3273 659.4624 8.3075 25.68 1.0118 2 0.7301 0.2834 1.0237 25.9830

12、0.2867 659.4624 7.2777 25.68 1.0118 1 0.7227 0.3408 1.0237 25.9830 0.3448 659.4624 8.7517 25.68 1.0118 2 0.7687 0.3360 1.0237 25.9830 0.3400 659.4624 8.6285 N8 36.74 0.8024 1 0.7783 0.2566 0.6438 29.4802 0.2059 1349.8276 9.4275 36.74 0.8024 2 0.7541 0.3018 0.6438 29.4802 0.2422 1349.8276 11.0881 36.

13、74 0.8024 1 0.7311 0.2924 0.6438 29.4802 0.2346 1349.8276 10.7428 36.74 0.8024 2 0.7584 0.3250 0.6438 29.4802 0.2608 1349.8276 11.9405 6.6703 221.8528 2.2423 8037.16 76.1643 根據(jù)表3所計(jì)算得各系數(shù)結(jié)果，代入方程組（2）中計(jì)算k、值，結(jié)果見(jiàn)表4。 表4管道摩阻系數(shù)計(jì)算結(jié)果 實(shí)測(cè)值 設(shè)計(jì)值 規(guī)范值 k k k 0.0024 0.256 0.0020 0.25 0.00200.0030 0.200.26 分別按實(shí)測(cè)值與規(guī)范取值計(jì)

14、算各預(yù)應(yīng)力筋的摩阻損失值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。 表5摩阻系數(shù)實(shí)測(cè)值和規(guī)范取值計(jì)算摩阻損失對(duì)比表 鋼束編號(hào) 摩阻損失 （實(shí)測(cè)值-設(shè)計(jì)值）/設(shè)計(jì)值 （%） 實(shí)測(cè)值 設(shè)計(jì)值 N5 0.2743 0.2624 4.5% N8 0.2544 0.2397 6.1% 2.2 測(cè)試結(jié)果分析 從表4計(jì)算結(jié)果可得，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的管道局部偏差影響系數(shù)k=0.0024，管道摩擦系數(shù)=0.256，都比設(shè)計(jì)取值略高一些，但在規(guī)范取值范圍內(nèi)。表明孔道摩阻損失試驗(yàn)是比較成功的，能夠比較真實(shí)的反映了預(yù)應(yīng)力摩阻損失。 k值略偏大，說(shuō)明施工中孔道定位不夠準(zhǔn)確或受外部其它干擾因素的影響使管道位置產(chǎn)生偏差而造成孔道不夠平順，但偏差對(duì)總摩

15、阻損失的影響在允許范圍內(nèi)，施工時(shí)需加強(qiáng)波紋管的定位測(cè)量并加密定位鋼筋網(wǎng)。值略偏大，說(shuō)明孔道的整體線(xiàn)型流暢，基本符合要求，但尚未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，還可進(jìn)一步提高施工質(zhì)量。 表5中按實(shí)測(cè)值計(jì)算的摩阻損失比按設(shè)計(jì)取值的計(jì)算結(jié)果高4.5%、6.1%，說(shuō)明設(shè)計(jì)的取值較實(shí)際偏低。 在施工時(shí)根據(jù)k、實(shí)測(cè)值進(jìn)行張拉力、伸長(zhǎng)量以及預(yù)拱度調(diào)整和控制，將設(shè)計(jì)張拉力準(zhǔn)確有效施加給結(jié)構(gòu)物。 3 結(jié)束語(yǔ) 1）預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，由于施工工藝的差別及質(zhì)量水平的不同，按照規(guī)范及設(shè)計(jì)確定的k、值往往與實(shí)際數(shù)值有一定的差別，為了更好確保結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性。在施工中需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定實(shí)際數(shù)值，作為施工控制的依據(jù)。 2）管道摩阻系數(shù)取值要大于設(shè)計(jì)值，在因?yàn)樵诖罂缍鹊念A(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力管道及鋼筋密布，對(duì)于管道的成孔質(zhì)量控制難度大，且受施工工藝水平的影響，使得實(shí)際管道偏差值要大于設(shè)計(jì)值。建議改進(jìn)施工工藝，提高成孔質(zhì)量。 3）摩阻測(cè)試需在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，由于條件有限，受各種干擾因素的影響大，使得測(cè)試難度較大，且對(duì)工程進(jìn)度也造成一定的影響，所以大部分項(xiàng)目都不愿進(jìn)行摩阻損失的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。但因施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況是千差萬(wàn)別的，摩阻系數(shù)采用設(shè)計(jì)和按規(guī)范取值，往往與實(shí)際值相差較大，因此建議項(xiàng)目施工時(shí)盡可