预应力孔道摩阻试验在河南省淅川县小三峡大桥

　　摘要：本文以南水北调丹江口库区淅川县小三峡大桥为工程背景,阐述了进行预应力孔道摩阻损失试验的目的、方法、实验过程及结果，并以试验结果作出参数识别与修正。

　　关键词：摩阻试验,摩阻系数,偏差系数,预应力损失

　　南水北调丹江口库区淅川县小三峡大桥，距离丹江口大坝直线距离约50Km，主桥为85m+150m+85m的变截面预应力连续箱梁，总长332m。桥梁基础为群桩;下部结构为矩形双薄壁墩;上部设计为三向全预应力混凝土连续刚构，箱梁设计单箱单室断面，箱梁顶宽11m，翼缘板悬臂长2.5m，箱梁底宽6m，箱梁顶横坡为2%。

　　1 目的

　　确定预应力索与孔道壁的摩阻系数μ与孔道对设计位置的偏差系数k，并与规范作对比。

　　2 原理

　　如图1，钢束两端安装压力传感器测试张拉吨位，首先张拉至0.1倍的控制拉力，以此作为初始状态，然后分级张拉至控制拉力。一端主动，一端被动，主被动端荷载传感器的差值即为孔道摩阻损失，然后可用最小二乘法计算孔道的摩阻系数及孔道偏差系数。预应力张拉过程中，同时测试钢丝的伸长量，并与计算伸长量对比。用于孔道摩阻试验的钢绞线下料长度应加长二个传感器的长度。

　　3 方法

　　(1)直接测量法;

　　(2)根据桥面标高测量反分析预应力损失值。

　　这里采用直接测量法。

　　4直接测量法

　　4.1试验步骤

　　1)根据试验布置图安装传感器、锚具、锚垫板、千斤顶。

　　2)锚固端千斤顶主缸进油空顶200mm(根据钢束理论伸长值确定)关闭，两端预应力钢束均匀楔紧于千斤顶上;两端装置对中。

　　3)根据张拉分级表，张拉端千斤顶进油分级张拉，两端同时记录有关数据。

　　4)锚固端千斤顶回油后，张拉端千斤顶退回油、退锚。

　　5)将钢丝束串动数次，做第二次。

　　4.2数据处理方法

　　1)二元线性回归法计算μ、K值

　　计算公式为：

　　其中：xi——第i束孔道长度，单位为m;

　　θi——第i束曲线孔道切线夹角之和，单位rad;

　　ri——第i束主动端与被动端传感器压力之比;

　　μ______钢筋与管道壁间的摩擦系数;

　　K______管道每米局部偏差对摩擦的影响系数。

　　二元线性回归法是建立在数理统计基础上的计算方法，如果原始数据离散性大，则计算结果不稳定，任意增加或减少几组数据会造成结果的较大变动，反之则可证明原始数据的稳定性。只有原始数据稳定可靠的情况下方可采用此法。

　　2)固定μ值算K值

　　由于梁两端孔道位置均被端模板固定，故认为弯起的角度一般不会出现较大的波动，整个孔道摩阻系数的变化主要取决于孔道位置偏差;μ值是材料固有性质，和施工工艺没有关系，故可确定一固定的μ值，计算K。

　　μ值的确定有两种方法，一是直接取规范规定值，二是测出μ值。μ值的测试可委托有关机构进行。

　　3)张拉时钢绞线非弹性伸长值计算

　　①从张拉第一级起，逐级记录千斤顶油缸伸长值li;

　　②根据每级千斤顶油缸伸长值，计算每一级的钢绞线伸长值：Δli=li-li-1;

　　③取Δli相差最小的若干值求其平均值，一般是从第二级算起，并扣除传力锚固前的一级(该级往往不是级差的整倍数)，计算方法为：

　　④钢绞线非弹性伸长值= ，此处Δli一般取第一、二级即可。

　　4)钢绞线伸长值精确计算

　　①被动端锚外钢束伸长值计算

　　②孔道长度范围内钢束伸长值计算

　　其中：

　　ΔL2——钢绞线伸长值;

　　PA2——持荷5min后主动端锚下力;

　　L2——钢绞线工作长度;

　　Ey——钢绞线弹性模量;

　　Ay——钢绞线束截面积。

　　③主动端锚外伸长值计算

　　④钢绞线伸长值：

　　5)试验中钢绞线伸长值的估算

　　4.3 有关事项

　　1)被动端不能安装工作锚。

　　2)千斤顶安装时，要注意油缸的方向，应使油缸向外便于侧伸长值。

　　3)千斤顶和传感器标定时应采用同一压力机标定，以消除千斤顶和传感器的标定系统误差。标定时要有初读数、标到额定荷载后要缓慢回零，并记下回零读数。当三次的读数差别较大或有两次差别不大而与另一次差别较大、或逐次增大时，应标第四次。

　　4)试验前检查压力表指针是否在零读数位置。

　　5)千斤顶行程要留20mm，这一段一般不成线性。两端千斤顶预先伸长一部分以便退锚。

　　6)读数根据加载表每级都读，注意应记录初始、σK、持荷、锚固、回零几个状态的读数。有关数据应由技术人员负责读取。由于加压时压力表有振动，节流阀密实性的影响，操作人员的控制误差，实际读数与计算值有误差，此时压力表数据必须读实际达到的压力值，并且不得靠回油来调整压力值。

　　7)张拉工艺：OVM锚具不能超张拉，张拉中应观察钢绞线是否有滑丝。

　　8)由于实际张拉为两端张拉，而试验为一端张拉，因此千斤顶行程可能不够。可采用两种方法，一是倒顶，二是张拉端串联两台顶。

　　9)试验中应及时处理数据，发现数据反常则增加试验次数。每做完一束均要计算实测伸长值、理论伸长值并校核误差。

　　10)锚具回缩值的测定：在锚固体系下，原定通过测工具锚夹片回缩值的方法不正确，原因是传力锚固时，钢绞线与夹片有相对滑移，夹片回缩值不等于钢绞线回缩值。

　　11)钢束弯起角指其圆心角，等于弧长除以半径。

　　12)钢束回缩值和锚固前后的应力损失值不存在对应关系。因为锚固后由于千斤顶内摩阻的影响，锚外钢束实际还有荷载;传力锚固时钢束停止滑移时的长度和对应张拉力无法测出;孔道内钢束回缩受反向摩阻的影响，存在一个应力不动点，实际参与回缩的钢束实际长度小于其工作长度。

　　13)一定要将千斤顶和传感器系统标定，以消除系统误差。

　　14)试验时要及时松倒，确保各部位受力顺畅。

　　5 试验钢束的选取

　　试验钢束假定为设计施工图中的腹板束T19、T20，如图2。T19、T20钢束明细表及钢束要素表分别如表1和表2。

　　6 试验结果与结论

　　6.1 试验结果

　　腹板束T19摩阻损失特征表3，腹板束T20摩阻损失特征表4，K、μ值识别、摩阻损失理论实测比较表5。

　　6.2试验结论

　　1)预应力钢筋与管道壁之间的摩擦系数μ=0.155，考虑每米管道对其设计位置的偏差系数k=(0.00328+0.00306)/2=0.00317;

　　2)被动端摩阻损失比设计值大约5%;若按两端对称张拉，实际摩阻损失比理论值约大3%;

　　3)说明实际施工时，应加强工序管理，防止塑料波纹管内留有杂物或砂浆，避免造成预应力的额外损失。

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文章名称： 预应力孔道摩阻试验在河南省淅川县小三峡大桥

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