预应力简支大箱梁孔道摩阻系数测试与分析

预应力简支大箱梁孔道摩阻系数测试与分析
发表时间：2015-05-15T13:50:51.603Z 来源：《工程管理前沿》2015年第5期供稿作者：曹勇[导读] 深圳市城市轨道交通11号线工程为深圳市轨道交通三期线网中第一条实施的快线，并兼顾机场线功能。

曹勇
（广东华路交通科技有限公司；广东广州；510550）
摘要:本文介绍了深圳市城市轨道交通11号线工程28m标准双线简支箱梁进行孔道摩阻测试，并加以数据分析，得出合理的孔道摩阻系数，所得结果较设计值略大，能较好的反映工程实际情况；并总结了现场孔道摩阻损失试验的经验和体会, 为同行提供借鉴和参考。

0 引言
后张法预应力混凝土结构中孔道摩阻损失估算的准确程度会直接影响结构的使用安全，而施工中混凝土的质量、张拉工艺的优劣往往会影响孔道摩阻损失的大小，孔道摩阻试验,是确保施工质量的有效措施。

1、工程概况
深圳市城市轨道交通11号线工程为深圳市轨道交通三期线网中第一条实施的快线，并兼顾机场线功能。

是连接福田中心区、前海湾中心区、深圳空港、西部组团的快线，并可从深圳机场和前海湾枢纽通过港深西部快线连接到香港，是穗莞深港西部客运交通走廊。

28m标准双线简支箱梁为标准单线简支梁采用单箱单室结构，顶面宽10.2m，底宽4.9m，箱梁梁高2.0m。

本次试验选取碧海站-机场站高架区间A44#-A45#箱梁N1（右）预应力束进行孔道摩阻测试。

桥梁预应力体系采用符合GB/T5224-2003技术标准的高强度低松弛φ15.2钢铰线，＝1860MPa，预应力张拉控制应力为0.7=1302 MPa。

N1~N3为腹板束，腹板钢束采用16φ15.2钢铰线，锚具采用M15-16锚具锚固；N4、N5为底板束，底板钢束采用11φ15.2钢铰线，锚具采用M15-11锚具锚固。

孔道采用预埋塑料波纹管成型。

2、试验基本原理
试验采用单端张拉（主动端）一端固定（被动端）的方式进行，在主动端施加张拉力，在被动端不施加。

根据力的平衡原理，两端的拉力之差即为孔道的预应力摩阻损失。

试验装置如图1所示。

采用该试验装置，由于力传感器直接作用在张拉千斤顶与梁体之间，因此各种压缩变形等影响因素在张拉中能够得到消除，同时测试的时间历程比较短，避免了砼收缩与徐变等问题，因而两端的力的差值即为管道摩阻损失。

由管道摩阻的计算原理，管道摩阻损失用管道摩阻系数来表征。

其计算公式如下：
由P和P0的线性方程式中的斜率可以确定钢束的 ln(P/P0)值，代入其他已知参数，可求得值。

3、试验步骤
预应力损失测试采用《铁路桥涵施工技术规范》（TB10203—2002）中附录L提供的测试方法，即千斤顶法进行测试，试验装置安装示意图如图1所示。

本次试验分以下步骤进行。

(1)在梁体两端安装好千斤顶及测力传感器，并使千斤顶与油泵连接好。

(2)锚固端千斤顶进油空顶10cm关闭，两端预应力钢束均匀楔紧于张拉千斤顶上，两端装置对中。

(3)主动端千斤顶进油张拉，按5级分级增压，直至设计控制张拉力,记录各级主被动端读数；大致分级为20％、50％、80％、90％、100％设计张拉控制应力。

(4)当千斤顶张拉到设计控制张拉力吨位时渐回油到0,再重复逐级张拉2次,记录各级读数；
(5)主被动端互换, 按照上述方法重复一遍；
(6)根据主被动端千斤顶的油表读数换算成张拉力。

根据主动端千斤顶油压表读数和被动端压力传感器测量数据，可求出各次张拉下的管道摩阻损失，计算出每组数据对应的摩阻系数值，再取其平均数值，得出孔道摩阻系数值。

图1 试验装置图
4、试验的基本参数
4.1 预应力束参数
测试预应力束为N1(右)束，采用16φ15.2钢铰线，锚具采用M15-16锚具锚固，＝1860MPa，弹性模量＝1.95×105MPa，张拉控制应力为1302MPa。

预应力管道采用塑料波纹管成孔，真空灌浆。

管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k采用设计值0.0015，计算管道长度采用管道曲线长度27.668m，钢束弯起角之和采用空间包角计算值0.2325rad。

28m标准双线简支箱梁（A梁）钢束横截面布置图及N1束弯大样图如图2、3所示。

图3 跨中截面预应力束图（单位/mm）
4.2 液压千斤顶的标定公式
试验采用4台YCW400B型液压千斤顶,各千斤顶标定信息汇总如表1所示。

表1 各千斤顶标定信息汇总表
（2）主动端为45#墩端时，主动端共安装两个千斤顶，千斤顶编号从里到外分别为13156、13157，被动端千斤顶13158。

实测数据结果如表3所示，各次张拉被动端实测张拉力与主动端张拉力的比值（P0/P1）的线性回归分析结果如图7～9所示。

表3 预应力孔道摩阻计算结果表
图8 N1孔道回归分析（45#墩第二次）图9 N1孔道回归分析（45#墩第三次）根据上述主、被动端的线性回归分析可知，各次张拉各分级张拉力下主动端测值与被动端测值均较好的拟合成一条直线，说明测试结果真实可靠。

另根据（3-4）式，结合设计的摩擦影响系数、管道夹角及管道长度等参数值，可得出实测值为0.371。

详细结果见表4所示。

表4 预应力孔道摩擦系数计算结果表
6、结论及建议
6.1 结论
（1）在整个试验中，每次张拉过程中各级张拉应力损失率均比较接近，试验结果比较可靠。

应用线性回归原理分析数据的方法合理可靠、简单易行。

（2）本次试验中管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k值，由于只进行了一孔测试，故根据设计规范，采用本桥设计值0.0015。

计算结果中根据以往试验及相关规范已考虑锚圈口摩阻应力损失对试验结果的影响。

（3）试验得出预应力束与管道壁的摩擦系数=0.371，设计=0.15。

通过现场实测得出的值偏大于理论计算摩阻损失值，从而施加于梁体的实际张拉力小于设计值。

经分析造成实测值偏大的主要原因可能是由于波纹管的孔道成型不够良好, 孔道定位不够准确或者受到外界因素的影响发生偏移而造成孔道不顺直所致。

6.2 建议
建议针对实测预应力束与管道的摩擦系数偏大的情况可采取以下措施：
（1）建议进行补充测试，选取多孔进行值及值的系统测试，当实际环境条件与本次试验条件有变化，如采用不同管道材料，或预应力筋存在锈迹等情况时，建议及时进行补充测试，确保有效张拉力。

（2）在施工过程中，应严格控制预应力孔道的安装精度以保证孔道成型良好，严格按照设计要求进行两端对称张拉从而减少预应力摩阻损失。

（3）为了避免上述一些情况的发生，在施工过程中可以采取相应措施并及时将信息反馈到设计单位，从而可将设计取值或施工工艺进行适当调整。

参考文献:
1、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1—2005）
2、《铁路桥涵混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3—2005）
3、《铁路桥涵施工规范》（TB10203—2002）
4、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)。