市政桥梁预应力管道摩阻系数测试研究

每端张拉 3 次分别计算张拉端和固定端压力传感器的平均值。
在张拉控制时，千斤顶充油，保持一定数值（ 4MPa） ，然后按照锚
下设计控制力的 10% 、30% 、60% 和 80% 张拉。其测量示意图如
图 1，现场千斤顶、传感器安装如图 2 所示。在测试安装时应尽
量使千斤顶、传感器与锚垫板对中，以保证测量数据的准确性。
2018 年 2 月（ 下）
江西建材
市政桥梁预应力管道摩阻系数测试研究
交通工程
■鲁旭荣，汪 洋 ■凯里学院，贵州 凯里 556011
摘 要： 预应力桥梁中钢束的预应力受到施工、材料性能和环境条件等 因素的影响都发 生 损 失，其 损 失 值 无 论 比 设 计 理 论 计 算 值 大 或 小，都会影响到桥 梁 结 构 的 使 用 性 能 和 整 体 形 体。 在 预 应 力 损 失值中，管道摩阻 损 失 比 重 最 大。 为 了 检 验 某 市 政 桥 梁 的 设 计 参数的正确与否、管道及张拉工艺施工质量的好坏，为后续预应 力张拉、伸长量和预拱度等控制提供必要依据，对该桥进行了管 道摩阻系数试验。
求成孔孔径不小于 2. 5m，垂直度小于 1% 。 9 结论 9． 1 结论
钻孔灌注桩采用 SWDM45 旋挖钻机及 BG40 旋挖钻机联合
南交通大学，2009． ［2］章挺，朱跃昌． 桥梁钻孔桩施工过程中问题处理分析［J］． 中国科技财
富，2010（ 10） ． ［3］王俊伟． 桥梁钻孔桩基础施工质量控制的探讨［J］． 长沙铁道学院学
关键词： 预应力 市政桥梁 管道摩阻系数 测试
在预应力混凝土 桥 梁 中，如 何 使 钢 束 中 的 预 应 力 张 拉 后 的 力值损失小，以至于不影响桥梁后续的使用性能和桥梁的整体 性，预应力张 拉 过 程 是 控 制 减 小 预 应 力 损 失 的 一 个 关 键 环 节。 钢束的预应力，受到施工因素、材料性能与环境条件的影响，都 会发生预应力的损失。实际损失值无论比设计损失值大或小， 都会影响到桥梁结构在荷载着用下的使用性能及整体形体，尤 其是对于大跨度桥梁跨中挠度的影响，而在预应力损失中，预应 力管道摩阻损失所占比重较大，其损失与管道材料性质、力筋束 种类和张拉工艺等有关。在工程中使用管道摩擦系数 μ 与管道 偏差系数 k 来表征预应力管道摩阻损失。管道摩阻导致通长束 的预应力损失比例为 50% ～ 56%［1］。规范虽然给出了管道摩擦 系数 μ 与管道偏差系数 k 取值范围，但是由于管道损失影响因 素较多，不同工程的预应力管道摩阻系数也不尽相同，所以对的 管道摩阻系数进行实测是有必要的，同时也是检验设计参数的 正确与否、管道及张拉工艺施工质量的好坏很好的手段，为后续 预应力张拉、钢绞线伸长量和预拱度等控制提供必要依据。
测试 位置
钢束 编号
束数
规格
每束投影长度 管道总弯
L（ m）
起角 / rad
F2 2#块
T2
1 15S15. 2 1 15S15. 2
28. 0 28. 0
0. 6978 0. 8722
张拉控制 应力（ Mpa）
1395. 0
3 测试数据计算
3． 1 摩阻参数计算理论
根据试验原理计算公式（ 1） ，在公式两边以预应力钢铰线的
径为 100mm。摩阻系数 μ = 0. 25，k = 0. 0015。
2 试验原理及方法
2． 1 试验原理
张拉预应力筋时，因 管 道 摩 阻 造 成 损 失 的 预 应 力 筋 束 内 力
值按下式计算［7］：
σn = σk［1 － ewenku.baidu.com－（ uθ+kx） ］
（ 1）
式中： σk 为张拉端控制应力（ MPa） ； θ 为张拉端至计算截面
ξi li
（ 3）
i =1
i =1
i =1
式中： ξi 为第 i 个管道对应的 ln（ Nz / Nb ） 值，Nz 、Nb 分别为 主动端与被动端传感器压力； li 为第 i 个管道对应力筋的水平投 影长度（ m） ； θi 为第 i 个管道对应力筋的空间曲线包角 （ rad） 。 曲线包角的实用计算以综合法的计算精度较好，其表达式为： θ
表 2 预应力摩阻现场测试结果
测试位置 钢束编号
FB /FZ 设计比值
钢束实验比值 平均值 FB /FZ
平均值
F2 2 号块
T2
0. 7710 0. 8054
0. 7622 0. 7694 0. 7898 0. 7966
0. 7658 0. 7932
经 计 算 得 到 管 道 壁 摩 阻 系 数 μ = 0. 245，管 道 偏 差 k = 0. 0019。管道壁摩阻系数 μ 与设计值相差不大，而管道偏差比 设计值大 27% 。 4 结语
15#、17#、19#节段设计拉索。该桥主要技术标准： 道路等级为城
市主干道，设计汽车荷载等级为城为 A 级，每车道宽为 3. 5m 的
双向四车道，人行道宽 3. 0m（ 单侧） ，设计时速 60Km / h。
梁体内预 应 力 筋 采 用 高 强 度 低 松 弛 钢 绞 线，强 度 标 准 为
1860MPa，锚 下 张 拉 控 制 应 力 均 为 0. 75 × 1860MPa，弹 性 模 量 1. 95 × 105 MPa。预应力钢束采用金属波纹管程成孔，波纹管直
报，2010（ 06） ． ［4］王稹筠，裴鸿斌． 超大直径扩底钻孔灌注桩施工技术［J］． 天津建设科
技，2012（ 1） ．
·138·
主桥墩身高 87m，上塔柱高 41m，三者刚性连接，墩身与上塔
柱截面通过椭圆实心、椭圆空心、椭圆实心花瓣及椭圆空心花瓣
形式等不断渐变。箱梁 0# ～ 6#块为无索区，在 7#、9#、11#、13#、
有效面积，则得到：
Nb = Nze－ （ uθ + kx）
（ 2）
结合现场测得的 Nb 、Nz 和试验管道的设计数据，对上式进
行推导并结合最小二乘法原理整可得 μ、K 值计算公式为：
n
n
n
Σ Σ Σ μ θ2i + k θi li =
ξi θi
i =1
i =1
i =1
n
n
n
{ Σ Σ Σ μ θili + k l2i =
先采用宝峨 BG40 型钻机进行钻进，孔深钻进至 70m 后再采用 SWDM45 型钻机钻进至设计孔深处； 采用 UDM150 型超声波钻
山河智能 SWDM45 型钻机钻进至设计孔深处。
孔检测仪进 行 成 孔 检 测，能 有 效 检 测 成 孔 垂 直 度，保 证 成 孔 质
8 超声波测孔
量； 利用人工造浆护壁工艺，地质变化时及时调整稳定液的各项
件，检测时可实时显示各项检测数据和曲线，并将这些数据存储
并打印输出，通过串口通讯可将测量数据上传至上位机。可更 参考文献
加方便的编写检测速报及成孔质量检测报告，使资料的储存及 ［1］陈嵘． 高速铁路车辆 － 道岔 － 桥梁耦合振动理论及应用研究［D］． 西
处理更加方便快捷，可较大幅度的提高工作效率和工作质量。 通过对检测数 据 进 行 分 析，确 定 成 孔 后 的 孔 径、垂 直 度，要
通过现场试 验 测 量 数 据，计 算 得 出 管 道 壁 摩 阻 系 数 μ = 0. 245，管道偏差 k = 0. 0019。管道壁摩阻系数 μ 与设计值相差 不大，而管道偏差比设计值大 27% 。通过查看设计文件及向现 场施工员了解，管道的水平曲线弯起角较小，直线连接距离短， 导致波纹管曲 线 段 施 工 困 难。为 了 减 少 预 应 力 损 失，不 影 响 桥 梁成桥后的使用性能，严格按照设计文件进行施工，在规范范围 内适当增加张拉控制应力。
曲线管道部分切线的夹角之和（ rad） ； χ 为为张拉端至计算截面
的管道长度（ m） ； μ，k 分别为孔道摩擦系数和管道偏差系数。
2． 2 试验方法
管道摩阻试验选择在连续梁 2#块上进行，测试时使用与实
际施工相同的张拉设备。传感器使用 2 台穿心式 5000kN 的压
力传感器，智能 读 数 仪 一 台。试 验 时 采 用 一 端 固 定，一 端 张 拉，
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
倒入澎润土及粘土，钻头停止钻进，慢速钻动钻头对孔内泥浆护 进行施工，该机的成孔施工为进行原始土挖掘钻机成孔，钻进施
壁进行修复； 护筒周围及底部接缝用土回填密实，对孔内水头做 工过程中根据不同的地理地质条件在有效范围内进行合理的调
参考文献
［1］李学斌，侯建军，马林． 铁 路桥梁预应力管道摩阻试验方法 及 控 制 ［J］． 铁道标准设计，2011（ 11） ： 42 － 48．
［2］王鹏，楼普增，范厚彬． 悬臂浇筑施工中连续箱梁预应力管道摩阻测 试研究［J］． 铁道建筑，2006（ 11） ： 58 － 61．
钻孔过程中测量孔深防止超钻，待钻孔深度达到设计孔深 指标。
后，立即对孔位、孔径及竖直度进行核查。
9． 2 注意事项
采用 UDM150 型超声波钻孔检测仪进行成孔检测，全套设
遇到地层变化时，应减慢钻机钻进速度，及时调整泥浆浓度
备包括垂直度的超声波探头及绞车、电缆、井口滑轮等主要部 及钻压，保证钻孔桩的垂直度。
在铁路桥梁、公路 桥 梁 中 均 有 对 对 管 道 摩 阻 系 数 测 试 实 验
的报道。在高速铁路中，国内专家学者对不同截面形式、不同跨 径下管道摩阻系数进行 了 测 试 研 究，王 李 学 斌［1］ 等 统 计 分 析 了 不同跨径和时速下简支 T 梁桥简支 T 梁进行了预应力管道摩阻 测试结果。而对于公路桥梁管道摩阻系数的测试研究，王鹏［2］ 等杭州湾跨海大桥北引桥悬臂浇筑施工连续箱梁预应力管道摩 阻的现场测试，计算出实际预应力管道摩阻系数，并与设计值和 规范值比较。王水龙［3］ 结 合 工 程 实 例，测 试 了 塑 料 波 纹 管 道 摩 阻损失。黄颖［4］等研究了后张法混凝土简支梁连续型布筋和分 段型布筋两种型式下预应力的摩擦损失，并进行了测试数据与 有限元分析做了数 据 对 比。赵 康［5］ 等 结 合 某 三 跨 连 续 梁 桥，通 过现场试验得出实际孔道摩阻系数，对实测得到的短、长预应力 束的摩阻系数和管道偏差系数对比分析，得到实际施工过程中 的摩阻系数大于规范上限值 1. 6% ～ 33. 3% 。周文举［6］研究了 钢筋与管道的摩擦系数 μ 与管道每米局部偏差对摩擦的影响系 数 k 对下挠值的影响。 1 工程概况
图 1 管道摩阻测试原理
2． 3 测试对象 在选择钢束时应尽量把
不同 钢 束 弯 起 角 都 进 行 测 试。在本段梁号上只有顶板 钢束和腹板 `钢 束，且 各 顶 板 束和腹板束的弯起角 相 同， 为了保证测量数据的 精 确，
图 2 传感器、张拉千斤顶安装图
选择顶板钢束和腹板钢束各
2 束。其设计参数见表 1。 表 1 选择钢束设计参数
某市政桥梁全长 285m，其中主桥为 97. 5 + 97. 5m 单塔双索 面全固结矮塔斜拉桥，引桥长 90m。该桥为 C50 混凝土的单箱 三室斜腹板截面，箱梁梁高由 9m 采用圆曲线（ Ｒ = 485. 6） 渐变 至 3m，两侧 翼 缘 板 悬 臂 长 3. 5m，悬 臂 根 部 厚 0. 55m，顶 板 厚 0. 3m，底板厚度由合拢段的 0. 3m 渐变到支点处的 0. 85m，宽度 由 10m 渐变至 15. 772m，腹板厚 0. 65m，顶板宽 25m。0#块整体 呈环向大悬臂形式，采用悬臂挂篮分段浇筑施工方法，主桥最大 悬臂长度 92m，全桥共计 1 个 0#段、2 × 22 = 44 个挂篮悬浇段、2 个现浇段和 2 个合龙段。
= 槡θ2H + θ2V ； θH 为空间曲线在水平面内投影的切线角之和； θV
为空间曲线在圆柱面内展开的竖向切线角之和； n 为实际测试
的管道数目，且不同线形的力筋数目不小于 2。
3． 2 测试数据分析
根据现场试验，由读数仪的测出每级加载荷载的读数，现场 测试结果如表 2 所示。根据公式（ 3） 计算出管道壁摩擦系数 μ 和管道偏差系数。
好监控，控制孔内水头高度，不要使压力过大。
整，最快钻孔速度不超过 10m / h，松散地层控制在 3m / h； 因宝峨
7 钻机切换
BG40 钻桅倾角幅度小、性能比较稳定，钻孔施工时先采用宝峨
因宝峨 BG40 钻桅倾角幅度小、性能比较稳定，钻孔施工时 BG40 型 钻 机 进 行 钻 进，孔 深 钻 进 至 70m 后 再 采 用 山 河 智 能