预应力混凝土桥梁孔道摩阻试验要点

预应力混凝土桥梁施工现场的孔道摩阻试验要点

滕晓艳

摘要：根据沪昆高铁杭州至长沙铁路客运专线HCHN Ⅰ标段绿豆坡特大桥施工现场的孔道摩阻试验，详细阐述施工现场孔道摩阻试验的必要性、测试方法、数据处理以及试验过程中的注意事项。掌握这些试验关键细节，有助于试验前的工作准备、试验过程的顺利进行,确保试验结果可靠。

关键词：混凝土桥梁；预应力孔道；施工；摩阻试验

本文在进行沪昆高铁杭州至长沙铁路客运专线HCHN Ⅰ标段绿豆坡特大桥施工现场的孔道摩阻试验的基础上，详细阐述施工现场孔道摩阻试验的必要性、测试方法、数据处理以及试验过程中的注意事项。

1 施工现场孔道摩阻试验的必要性

采用挂篮悬臂浇筑是国内建造大跨预应力混凝土桥梁的主要施工方法之一。为保证施工过程中结构安全、成桥以后的线形和受力状态合理，需要考虑多方面因素的影响，其中，精确计算预应力束的有效应力是一个重要因素。为此，有必要进行施工现场孔道摩阻试验，具体有以下三个具体原因：

（1）虽然规范提供了孔道摩阻系数μ和偏差系数k 的使用范围，但是范围太大，取不同的值，会得到完全不同的孔道摩阻损失率。

（2）虽然可以根据施工采用的结构材料，在试验室进行模型试验，但是试验室和施工现场环境相差较大。

（3）如果施工现场得到的孔道摩阻系数μ和偏差系数k ，与设计值不同，并在规范规定的范围之内，应以实测的孔道摩阻系数μ

2 2.1 试验布置

2.2 试验过程

张拉控制力可以分5级(2O%，40%，60%，80%，100%)张拉至设计张拉力。对于每一级加载稳定后，需要同时记录读数仪和电动油泵的读数以及预应力束伸长量。

2.3 补充试验的说明

图1测得的总摩阻损失为孔道+锚头+喇叭口摩阻损失之和，因此，需要补充锚头摩阻试验及喇叭口摩阻试验。锚头摩阻试验及喇叭口摩阻试验可在试件上进行。由于本文重点阐述孔道摩阻试验，对于锚头摩阻试验及喇叭口摩阻试验，不再多述。

3孔道摩阻系数μ和偏差系数k 的确定

在预施应力过程中，离张拉端x 处，因管道摩阻而损失的预应力束内力值x F 为：

A kx A x F e F F βμθ=-=+-]1[)( （1）

式中，A F 为张拉力，β为损失率，已经扣除了两端锚头+喇叭口摩阻损失率。

式（1）可写为

)1ln(βμθ--=+kl （2）

式中，l 和θ分别为张拉端至固定端预应力束长和空间包角。若该预应力束为直线布置，即0=θ，则可由式（2）直接得到l k /)1ln(β--=；若该预应力束为曲线布置，理论上可借助于两束以上预应力束的测试结果，利用最小二乘法计算得到μ、k 。

试验存在误差是不可避免的。假定式（2）的误差为∆，则有

∆=-++)1ln(βμθkl （3）

如果有n 束预应力束，则式（3）变为

i i i i C kl ∆=-+μθ ),,2,1(n i = （4）

式中，i θ、i l 分别为第i 束预应力束的θ、l ，)1ln(i i C β--=，从而得到全部预应力束测试误差的平方和为

()2

2

∑∑-+=∆=i i i i C kl q μθ （5） 欲使得试验误差最小，应有

0=∂∂k

q ，0=∂∂μq （6） 由式（5）和式（6）可得

⎪⎩⎪⎨⎧=+=+∑∑∑∑∑∑i

i i i i i i i i i l C l k l C l k 22θμθθθμ （7） 根据式（7），可求得μ、k 。

4试验中的关键注意事项

4.1 预应力束的工作长度

在做孔道摩阻试验时，对于预应力束的工作长度，需要同时考虑传感器、千斤顶、工具锚长度的影响。有时，为了使传感器能与梁体均匀接触，需要在传感器和梁体中间放置工作锚，此时，预应力筋的工作长度的预留还需要考虑工作锚长度的影响。

为了不浪费预应力筋，桥梁施工前，需要提前确定试验预应力束，在施工时，预留好足够的预应力束工作长度，并使同一预应力束的各根钢筋尽量对齐。对于不需要做试验的预应力束的工作长度，可按照正常情况设计。

4.2 测试预应力束的最小数

施工现场做孔道摩阻试验时，为了保证试验成果的精度，需要待混凝土养护完成后进行，时间上与施工张拉预应力束相冲突。为了不影响施工进度，不宜测试过多的预应力束。

从式（2）可以看出，为了得到孔道摩阻系数μ和偏差系数k ，需要两个不相关的方程联立求解。所以，最少需要测试一束直线预应力束和一束曲线预应力束，或者两束线形不同的曲线预应力束，这样可以得到孔道摩阻系数μ和偏差系数k 的唯一解。

由于试验存在误差，在条件允许的情况下，可以测试更多的预应力束，从而根据最小二乘法，得到孔道摩阻系数μ和偏差系数k 的最优解。

4.3 数据记录

施工现场做孔道摩阻试验时，为了精确地得到预应力束的摩阻损失，每一级加载稳定后，需要同时读取张拉端和锚固端的读数仪数据，并做好记录，同时记录好相应的电动油泵的读数以及力筋伸长量，以确保试验结果的可靠性。

4.4 退锚

与施工过程中的张拉预应力束相比，施工现场做孔道摩阻试验，过程相对繁琐，其中，多出的一个重要环节就是退锚。每一次孔道摩阻试验完成后，都需要将工具锚、千斤顶和传感器退出。此时，随着千斤顶卸载，预应力筋不断回缩，夹片仍旧嵌紧于工具锚中，给退锚带来了麻烦。可以采用以下两种方式来方便退锚：

（1）除工具锚外，所有工作锚都不允许放置夹片，张拉端和锚固端的千斤顶做适当空走。孔道摩阻试验完

成后，张拉端千斤顶首先卸载，取出工具锚夹片；然后，锚固端的千斤顶卸载，如果此时取工具锚夹片仍旧困难，可以使锚固端的千斤顶适当加载后，再卸载。

（2）除工具锚外，如果工作锚已经放置了夹片，且取出困难，张拉端工作锚夹片可以不用取出（锚固端工作锚夹片必须取出，否则试验错误）。加载前，锚固端千斤顶空走行程必须超过预应力束的设计总伸长量。孔道摩阻试验完成后，张拉端和锚固端的千斤顶分别先后卸载，并取出工具锚夹片。

可以看出，在预应力束工作长度不足的情况下，应该优先选择方法（1）进行退锚。

5结语

为了合理控制预应力混凝土桥梁的施工过程，并保证施工质量，必须进行预应力孔道摩阻试验。由于施工现场一般为高空作业，场地有限，且工期紧，所以在做施工现场的孔道摩阻试验前，必须确定试验过程中可能遇到的各种问题及解决措施。本文根据沪昆高铁杭州至长沙铁路客运专线HCHNⅠ标段绿豆坡特大桥施工现场的孔道摩阻试验，确定了试验要点，以供其它类似工程参考。由于在绿豆坡特大桥施工现场孔道摩阻试验前，考虑了以上试验要点，试验得以顺利进行，试验结果比较可靠。