预应力混凝土管道摩阻实验

预应力混凝土管道摩阻实验

预应力混凝土箱梁

管道摩阻与锚圈口摩阻试验方案

1．试验概况

预应力混凝土箱梁为后张法预应力混凝土结构，预应力钢绞线采用φj15.24mm(单根截面积1.419cm2)高强度低松弛钢绞线，标准强度1860MPa。纵向预应力束19-φj15.24管道采用内径100mm 高密度聚乙烯波纹管成孔，纵向预应力束12-φj15.24管道采用内径90mm高密度聚乙烯波纹管成孔。纵向预应力束19-φj15.24、12-φj15.24采用群锚锚具，均为两端张拉。

箱梁纵向预应力束布置及管道相关参数见表1.1。

表1.1 预应力束布置及管道相关参数表

钢束编号钢束规格束数管道长度L(cm) 管道曲线角θ（度）管道曲线角θ

（rad）位置

BF1 19-φj15.24 2 4748.2 14

0.2443 腹板

BF2 19-φj15.24 2 4936.2 14

0.2443 腹板

BF3 19-φj15.24 2 4921.5 14

0.2443 腹板

BF4 19-φj15.24 2 4928.9 14

0.2443 腹板

BB1 12-φj15.24 2 2596.1 29.7

0.5183 底板

BB2a 12-φj15.24 2 3393.3 29.7

0.5183 底板

BB2b 12-φj15.24 2 3394.7 29.7

0.5183 底板

BB3 12-φj15.24 4 4866.0 10 0.1745 底板

BT1 5-φj15.248 900 0 0 顶板

2．试验内容

本次试验包括两部分，管道摩阻试验和锚口摩阻试验。其中，管道摩阻试验的试验管道为低端侧BF1、高端侧BF4、底板BB3。主要通过测定三个管道张拉束主动端与被动端实测压力值，根据规范规定的公式计算摩擦系数μ和偏差系数k。

19孔群锚锚口摩阻试验在特制的混凝土试件上进行。试验主要测定锚口的摩阻损失。此外为测定喇叭口的摩阻损失，在试件上也要进行喇叭口的摩阻损失试验，方法是通过测试喇叭口与锚口摩阻损失之和，再从中扣除锚口摩阻损失，以确定喇叭口的摩阻损失。

3．试验原理

3.1 管道摩阻损失的组成

后张法张拉时，由于梁体内力筋与管道壁接触并沿管道滑动而产生摩擦阻力，摩阻损失可分为弯道影响和管道走动影响两部分。理论上讲，直线管道无摩擦损失，但管道在施工时因震动等原因而变成波形，并非理想顺直，加之力筋因自重而下垂，力筋与管道实际上有接触，故当有相对滑动时就会产生摩阻力，此项称为管道走动影响（或偏差影响、长度影响）。对于管道弯转影响除了管道走动影响之外，还有力筋对管道内壁的径向压力所产生的摩阻力，该部分称为弯道影响，随力筋弯曲角度的增加而增加。直线管道的摩阻损失较小，而曲线管道的摩擦损失由两部分组成，因此比直线管道大的多。

3.2 管道摩阻损失的计算公式

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第6.2.2条规定，后张法构件张拉时，预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的预应力损失，可按下式计算：

…………(3-1)

式中———张拉端钢绞线锚下控制应力(MPa)；

μ———预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；

θ———从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和(rad)；k———管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；

x———从张拉端至计算截面的管道长度，可近似地取该段管道在构件纵轴上的投影长度(m)。

根据式(2-1)推导k和μ计算公式，设主动端压力传感器测试值为P1,被动端为P2，此时管道长度为l, θ为管道全长的曲线包角，考

虑式(2-1)两边同乘以预应力钢绞线的有效面积，则可得：

…………………(3-2)

两边取对数可得;

…………………(3-3)

令 , 则

由此，对不同管道的测量可得一系列方程式：

即

即

即

由于测试存在误差，上式右边不会为零，假设

则利用最小二乘法原理有：

……………(3-4)

当……………(3-5)

时，取得最小值。

由式(3-4)、(3-5)可得：

……………(3-6)

解方程组(3-6)得k及μ值。

3.3 锚口摩阻损失的计算公式

在特制试件上进行19孔群锚锚口摩阻损失试验时，令主动端压力值为N1，被动端压力值为N2，则锚口摩阻力为：

……………(3-7)

克服锚口摩阻力的超张拉系数：

……………(3-8)

4．试验方法

4.1 管道摩阻试验

4.1.1 试验时采用一端张拉，应用两台压力传感器。张拉前应标定好试验用的千斤顶和高压油泵，并在试验中配套使用，以校核传感器读数。

4.1.2 19-φj1

5.24和12-φj15.24预应力钢绞线分8级加载。试验时，19-φj15.24预应力钢绞线从500kN到3700kN（设计张拉力）, 12-φj15.24预应力钢绞线从300kN到2300kN（设计张拉力）。试验时根据千斤顶油表读数控制张拉荷载级。

4.1.3 以一端作主动端，一端作被动端逐级加载，两端均读取传感器读数，并测量钢绞线伸长量，每个管道张拉二次。之后调换主动端与被动端位置，用同样的方法再做一遍。

4.1.4考虑到50m梁钢绞线伸长量较大，若一台千斤顶行程不够，需至少在张拉端安装二台千斤顶，被动端安装一台千斤顶（图4.1）。

4.1.5 钢束伸长量和夹片外露量通过直钢尺测量。