預應力摩阻損失測試試驗方案

文件管理序列號：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]預應力摩阻損失測試試驗方案山東鐵正工程試驗檢測中心有限公司二o一0年H■一月八日目錄1．概述預應力摩阻測試包括錨口摩阻、管道摩阻、喇叭口摩阻三部分。預應力摩阻損失是后張預應力混凝土梁的預應力損失的主要部分之一，對它的準確估計將關系到有效預應力是否能滿足梁使用要求，影響著梁體的預拱變形，在某些情況下將影響著橋梁的整體外觀等。過高的估計會使得預應力張拉過度，導致梁端混凝土局部破壞或梁體預拉區(qū)開裂，且梁體延性會降低；過低的估計則不能施加足夠的預應力，進而影響橋梁的承載能力、變形和抗裂度等。預應力管道摩阻損失與管道材料性質(zhì)、力筋束種類以及張拉工藝等有關，相差較大，最大可達45%。工程中對預應力管道摩阻損失采用摩阻系數(shù)口和管道偏差系數(shù)k來表征，雖然設計規(guī)范給出了一些建議的取值范圍，但基于對實際工程質(zhì)量保證和施工控制的需要，以及在不同工程中其管道摩阻系數(shù)差別較大的事實，在預應力張拉前，需要對同一工地同一施工條件下的管道摩阻系數(shù)進行實際測定，從而為張拉時張拉力、伸長量以及預拱度等的控制提供依據(jù)。摩阻測試的主要目的一是可以檢驗設計所取計算參數(shù)是否正確，防止計算預應力損失偏小，給結(jié)構(gòu)帶來安全隱患；二是為施工提供可靠依據(jù)，以便更準確地確定張拉控制應力和力筋伸長量；三是可檢驗管道及張拉工藝的施工質(zhì)量；四是通過大量現(xiàn)場測試，在統(tǒng)計的基礎上，為規(guī)范的修改提供科學依據(jù)。檢測依據(jù)（1）《公路橋涵鋼筋混凝土及預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（TB10002.3—2005）（2）《公路橋涵施工規(guī)范》（TB10203-2002）（3）擬測試梁的設計圖紙檢測使用的儀器及設備（1）2臺千斤頂、2臺高壓油泵，2塊0.4級精密壓力表。（2）2臺傳感器，1臺讀數(shù)儀，2根配套連接線纜。（3）對中專用工裝。根據(jù)現(xiàn)場條件確定。（4）工具錨2套，工作錨1套，配套限位板1塊。（5）0.5mm精度鋼板尺2把，記錄用夾板2個，鋼筆2,計算器1,記錄紙若干。4．孔道摩阻損失的測試4.1測試方法管道摩阻常規(guī)測試方法以主被動千斤頂法為主,該方法主要存在測試不夠準確和測試工藝等問題。其一：由于千斤頂內(nèi)部存在摩擦阻力,雖然主被動端交替測試可消除大部分影響,但仍存在一定的影響；其二：千斤頂主動和被動張拉的油表讀數(shù)是不同的,需要在測試前進行現(xiàn)場標定被動張拉曲線；其三：在測試工藝上,力筋從喇叭口到千斤頂張拉端的長度不足,使得力筋和喇叭口有接觸,產(chǎn)生一定的摩擦阻力,也使得測試數(shù)據(jù)包含了該部分的影響。為解決上述問題,保證測試數(shù)據(jù)的準確,使用壓力傳感器測取張拉端和被張拉端的壓力,不再使用千斤頂油表讀取數(shù)據(jù)的方法。為保證所測數(shù)據(jù)準確反映管道部分的摩阻影響,在傳感器外采用約束墊板的測試工藝,其測試原理如圖1所示。采用該試驗裝置,由于力傳感器直接作用在工具錨或千斤頂與梁體之間,因此各種壓縮變形等影響因素在張拉中予以及時補償,同時測試的時間歷程比較短,避免了收縮與徐變等問題,因而兩端力的差值即為管道的摩阻損失。另外,為減少測試誤差,采用固定端和張拉端交替張拉的方式進行,即測試過程中完成一端張拉后進行另一端的張拉測試,重復進行3次,每束力筋共進行6次張拉測試,取其平均結(jié)果。測試試驗過程中應均勻連續(xù)地張拉預應力筋,中途不宜停止,防止預應力筋回縮引起的誤差。傳感器以及千斤頂安裝時應確保其中軸線與預應力筋的中軸線重合。喇叭體約束墊板工具錨 壓力傳感器管道力筋圖1管道摩阻測試原理壓力傳感器 工具錨鋼環(huán)板喇叭體約束墊板工具錨 壓力傳感器管道力筋圖1管道摩阻測試原理壓力傳感器 工具錨鋼環(huán)板張拉千斤頂約束墊板 I梁體局部T/該測試方法與常規(guī)測試方法比較主要特點如下：測試原理正確：圖1中約束墊板的圓孔直徑與管道直徑基本相等，如此可使力筋以直線形式穿過喇叭口和壓力傳感器，力筋與二者沒有接觸，所測數(shù)據(jù)僅包括管道摩阻力，保證了管道摩阻損失測試的正確性。而常規(guī)測試中所測摩阻力包括了喇叭口的摩阻力，測試原理上存在缺陷。數(shù)據(jù)準確可靠：采用穿心式壓力傳感器提高了測試數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，不受張拉千斤頂?shù)挠绊憽０惭b簡單，拆卸方便：實測中僅使用一個千斤頂，被動端不再安裝千斤頂，使得測試安裝工作量大為減小。實測時預先將千斤頂油缸略加頂出，以便拆卸張拉端夾片；被動端夾片的拆卸待張拉千斤頂回油后，搖晃力筋即可拆卸夾片。力筋可正常使用：從喇叭口到壓力傳感器外端，力筋與二者沒有接觸，不會對這部分力筋造成損傷，即兩個工作錨之間的力筋沒有損傷，可以正常使用。對于較長的預應力鋼束，如果千斤頂?shù)男谐滩蛔銜r，為避免重復倒頂引起預應力鋼筋回縮造成的誤差，可以采取在張拉端用2臺千斤頂串聯(lián)后同時張拉。試驗前的準備工作（1）原始數(shù)據(jù)收集。包括孔道鋼束參數(shù)（鋼束工作長度、起彎角、錨固時的控制力、鋼束組成、設計鋼束伸長值）、成孔方式、錨具情況（生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號、廠家提供的錨口摩阻損失率）、鋼絞線參數(shù)（生產(chǎn)廠家、型號規(guī)格、實測彈性模量）。（2）傳感器、讀數(shù)儀、千斤頂、高壓油泵、精密壓力表（0.4級）檢查。（3）傳感器和讀數(shù)儀的系統(tǒng)標定（用壓力機），千斤頂和精密壓力表的標定（用標定好的傳感器、讀數(shù)儀）。千斤頂應標定進油、回油曲線。（4）根據(jù)標定結(jié)果，按每級5MPa確定張拉分級。（5）現(xiàn)場確定傳感器、千斤頂對中方法，檢查位置是否有干涉。（6）按照代表性原則選擇試驗孔道，每種線形的孔道基本包括在內(nèi)，至少選擇6個孔道，所選孔道基本均勻分布在截面的兩側(cè)，計算所選試驗孔道鋼絞線的下料長度并下料、穿束。（7）孔道、梁端面清理干凈。（8）準備足夠的記錄表格。記錄表格的格式見附件1。（9）試驗前應對有關人員進行技術交底。試驗測試步驟（1）根據(jù)試驗布置圖安裝傳感器、錨具、錨墊板、千斤頂。(2)錨固端千斤頂主缸進油空頂100mm(根據(jù)鋼束理論伸長值確定)關閉，兩端預應力鋼束均勻楔緊于千斤頂上，兩端裝置對中。(3)千斤頂充油，保持一定數(shù)值(約4MPa)。(4)甲端封閉，乙端張拉。根據(jù)張拉分級表，張拉端千斤頂進油進行張拉，每級均讀取兩端傳感器讀數(shù)，并測量鋼絞線伸長量，每個管道張拉二次；(5)仍按上述方法，但乙端封閉，甲端張拉，用同樣方法再做一遍；(6)張拉完后卸載至初始位置，退錨進行下一孔道鋼絞線的測試。每級荷載下均需記錄的測試數(shù)據(jù)有：主動端與被動端壓力傳感器讀數(shù)、張拉端的油缸伸長量、油表讀數(shù)、張拉端夾片外露量，所測數(shù)據(jù)均在記錄本上即時記錄。數(shù)據(jù)處理方法(1)二元線性回歸法計算口、K值分級測試預應力束張拉過程中主動端與被動端的荷載，并通過線性回歸確定管道被動端和主動端荷載的比值，然后利用二元線性回歸的方法確定預應力管道的k、口值。計算公式為：式中占一一第i個管道對應的值m=-ln(P/P),P、P分別為主動端與被動端i i 21 1 2傳感器壓力；l——第i個管道對應力筋的水平投影長度(m);0——第i個管道對應力筋的空間曲線包角(rad),曲線包角的實用計算以i綜合法的計算精度較好，其表達式為：式中：0為空間曲線在水平面內(nèi)投影的切線角之和；H0為空間曲線在圓柱面內(nèi)展開的豎向切線角之和。Vn——實際測試的管道數(shù)目，且不同線形的力筋數(shù)目不小于2；口一一鋼筋與管道壁間的摩擦系數(shù)；k——管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)。二元線性回歸法是建立在數(shù)理統(tǒng)計基礎上的計算方法，如果原始數(shù)據(jù)離散性大，則計算結(jié)果不穩(wěn)定，任意增加或減少幾組數(shù)據(jù)會造成結(jié)果的較大變動，反之則可證明原始數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。只有原始數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的情況下方可采用此法。(2)固定口值算k值由于梁兩端孔道位置均被端模板固定，故認為彎起的角度一般不會出現(xiàn)較大的波動，整個孔道摩阻系數(shù)的變化主要取決于孔道位置偏差；口值是材料固有性質(zhì)，和施工工藝沒有關系，故可確定一固定的口值，計算k。同值的確定有兩種方法，一是直接取規(guī)范規(guī)定值，二是測出口值。同值的測試可委托有關機構(gòu)進行。(3)張拉時鋼絞線非彈性伸長值計算①從張拉第一級起，逐級記錄千斤頂油缸伸長值1;i②根據(jù)每級千斤頂油缸伸長值，計算每一級的鋼絞線伸長值：A1=1-1iii-；1③取Ali相差最小的若干值求其平均值，一般是從第二級算起，并扣除傳力錨固前的一級(該級往往不是級差的整倍數(shù))，計算方法為：④鋼絞線非彈性伸長值二Z(M-M)，此處A1一般取第一、二級即可。ii(4)鋼絞線伸長值精確計算①被動端錨外鋼束伸長值計算②孔道長度范圍內(nèi)鋼束伸長值計算其中：AL2——鋼絞線伸長值；P——持荷5min后主動端錨下力；A2L2——鋼絞線工作長度；E——鋼絞線彈性模量；Ay——鋼絞線束截面積。③主動端錨外伸長值計算④鋼絞線伸長值：（5）試驗中鋼絞線伸長值的估算4.5注意事項（1）張拉千斤頂與壓力傳感器的安裝順序如圖1所示，被動端（錨固端）的鋼環(huán)板換成千斤頂，約束墊板換成對中套（和壓力傳感器配套的）或限位板。（2）千斤頂、壓力傳感器和喇叭口要嚴格對中（中心線重合），不要使壓力傳感器發(fā)生偏載，要使壓力傳感器均勻受壓。（3）被動端錨固用的千斤頂，在張拉前主缸空頂10cm關閉，以便于退錨。（4）千斤頂安裝時，要注意油缸的方向，應使油缸向外便于測伸長值。（5）試驗前檢查壓力表指針是否在零讀數(shù)位置。（6）由于實際張拉為兩端張拉，而試驗為一端張拉，因此千斤頂行程可能不夠?？刹捎脧埨舜?lián)兩臺頂。（7）試驗中應及時處理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)反常，應查找原因，看傳感器是否對中或千斤頂是否已經(jīng)穩(wěn)住，并應增加試驗次數(shù)。每做完一束均要計算實測伸長值、理論伸長值并校核誤差。（8）鋼束彎起角指其圓心角，等于弧長除以半徑。5．錨口及喇叭口摩阻損失測試測試方法由于張拉過程中力筋不可避免的與喇叭口和錨圈口接觸并發(fā)生相對滑動，必然產(chǎn)生摩擦阻力，而這些摩擦阻力包括在張拉控制應力中。而規(guī)范中有的給出了參考值，如錨圈口摩阻給出的參考值為5%，但要求有條件者要測試；而喇叭口摩阻則沒有對應的參考數(shù)值，設計采用的喇叭口和錨圈口摩阻損失之和為張拉控制應力的6%，故此需要進行現(xiàn)場實測?？紤]到測試方便和準確測試所確定的內(nèi)容，在地面上制作了一混凝土長方體，其尺寸大約為4.0mX0.8mX0.8m,留有與力筋管道相同的直線孔道，兩端安埋了喇叭口。以此為試驗平臺，采用多組錨頭和鋼絞線反復測試此項損失。錨圈口摩阻損失測試采用工作狀態(tài)的錨頭(必須安裝夾片)，然后通過其前后的壓力傳感器測得其數(shù)值，測試原理如圖2所示。用兩端傳感器測出錨具和錨墊板前后拉力差值即為錨具的錨口摩阻和錨墊板摩阻損失之和，以張拉力的百分率計。每種規(guī)格錨具選取三套進行試驗，每套錨具共計張拉2次。圖2喇叭口和錨圈口損失測試原理測試步驟錨口和錨墊板摩阻損失試驗具體測試步驟如下：(1)兩端同時充油，油表讀數(shù)值均保持4MPa，然后將甲端封閉作為被動端，乙端作為主動端，張拉至控制噸位。設乙端壓力傳感器讀數(shù)為P時，甲端1壓力傳感器的相應讀數(shù)為P，則錨口和錨墊板摩阻損失為：2以張拉力的百分率表示的錨口和錨墊板摩阻損失為：（2）乙端封閉，甲端張拉，同樣按上述方法進行三次，取平均值；（3）兩次的ap和「平均值，再予以平均，即為測定值。記錄表格的格式見附件1。鋼絲回縮量測試方法在后張預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工中，鋼絲回縮是個普遍性問題，也是影響預應力值精度的主要因素之一。采用OVM錨具和YCW系列張拉千斤頂，其特點是不需要頂壓器，而使用了限位板。在張拉力筋作業(yè)中，安裝順序一般是穿束、安裝錨頭和夾片、安裝限位板、安裝千斤頂、安裝工具錨和夾片，此順序是由里向外進行的。鋼絲回縮量是指當千斤頂頂錨的小油缸行程到位之后，大油缸回油卸荷的