铁路桥梁预应力管道摩阻试验方法及控制

0.003
（0.0025） （0.00234）
0.20
规范下限值（0.20）
0.15
0.002
预制
0.10 -10 0 10 20
现浇
0.001
规范下限值（0.002） 预制 现浇
20 30 40
30
40
50
样本序号
0.000 -10
0
10
样本序号
50
图7
时速350km 32m简支箱梁（金属波纹管）摩阻系数统计
77%
26%
50%
40%
50
40
44.4%
40
44.9%
30
34.9%
百分比（%）
百分比（%）
30
24.0%
20
20
10
10
0
0.30～0.45 0.46～0.50 0.51～0.55 0.56～0.60 0.61～0.65 0.66～0.70
0
0
管道摩擦系数 μ
～0.0015 ～0.0025
0.00151
5 摩阻系数规范值
我国现行各种规范中对预应力管道摩阻 系数取值有所不同 ，未能形成统一的规范 值。
表2 管道摩阻系数规范值
铁路规范
管道类型
公路规范
建筑规范

0.55 0.20～ 0.26 0.35 / /
k
0.0015 0.0020～ 0.0030 0.0030 / /

0.55 0.20～ 0.25 0.35 0.14～ 0.17 0.25
0.002
（0.00149）
0.5
0.001
0.4 -10
0
样本序号
10
20
30
0.000 -10
0
样本序号
10
20
30
图9
时速300km 32m简支箱梁摩阻系数统计
0.8
0.006
0.7
0.005
管道摩擦系数 μ
0.6
（0.567）
0.5
规范值（0.55）
0.4
南广 哈齐 湘桂 厦深 武黄 莞惠 南钦 钦北 柳南 津保 吉图珲 石太 平均值 设计值
样本序号
40
图11
时速200km 32m简支T梁摩阻系数统计
0.70
实测值 平均值 设计值
0.006
实测值 平均值 设计值
0.65
0.005
管道摩擦系数 μ
0.60
（0.559）
管道偏差系数 k
0.004
0.55
0.003
（0.00219）
0.50
规范值（0.55）
0.002
0.45
0.001
规范值（0.0015）
k
0.0015 0.0015 0.0030 0.0015 0.0010

0.55 0.25 / / 0.30
k
0.0014 0.0015 / / 0.0010
橡胶管抽芯成型 的管道 金属波纹管 铁皮套管 塑料波纹管 钢 管
6
测试数据统计和分析
近5年时间内，铁科院对37条客 运专线铁路中172个梁场的622孔32m 、24m简支箱梁和34条客货共线铁路 中60个梁场的98片32m、24m简支T梁 进行了预应力管道摩阻测试，并对测 试结果进行了分类统计 。
•
客运专线铁路铺设无砟轨道对桥梁梁体的
徐变上拱要求十分严格。为避免后期徐变上供 对轨道平顺性产生不利影响，保证运营阶段列 车行驶的平稳性和安全性，在施工终张拉阶段 需严格控制预应力束张拉力；同时为保证梁体 抗裂性能满足设计要求，需要在施工时准确施 加预应力。因此，在箱梁施工阶段应严格控制 预应力管道的定位和成孔工艺，并在终张拉前 进行必要的预应力管道摩阻测试，根据实测管 道摩阻系数来调整实际的张拉力。
60
54.1%
50
40
31.1%
百分比（%）
40
30
30
百分比（%）
20
20
10
10
0
0.35～0.45 0.46～0.50 0.51～0.55 0.56～0.60 0.61～0.65 0.66～0.72
0
0
管道摩擦系数 μ
～0.0015 ～0.0025
0.00251 ～0.0035
0.00351 ～0.0045
0.00451 ～0.0055
0.551 ～0.0065
管道偏差系数 k
图13
时速350km 32m简支箱梁（橡胶抽拔棒）摩阻系数分布
（1）管道摩擦系数μ主要分布在0.56～0.65的区间内； （2）管道偏差系数 k 主要分布在0.00351～0.0045的区间内。
0.7
0.004
规范值（0.55）
0.6
管道摩擦系数 μ
0.003
0.5
（0.515）
管道偏差系数 k
0.002
（0.00167）
0.4
0.3
实测值 平均值 设计值
0.001
规范值（0.0015）
40
0.000 -10 0 10 20 30
实测值 平均值 设计值
0.2 -10
0
10
样本序号
20
30
铁路桥梁预应力管道摩阻试验方法及控制
中国铁道科学研究院 2011年8月
1 前言
从2006年京津城际、郑西、武广 客运专线铁路大规模建设开始至今， 我国已建成或在建的客运专线铁路总 计有52条。
•
在新建客运专线铁路线路中， 桥梁所占比例较大，部分线路桥 梁比例占到50%以上，如京津城际 占90%、京沪高铁占83%，且绝大 部分桥梁采用了预应力混凝土简 支梁或连续梁结构形式。
橡胶 抽拔棒
421孔
金属 波纹管
21孔
橡胶 抽拔棒
54孔 22孔
橡胶抽拔棒
总样本数
61孔
30片
57片
μ、k 设计值 μ、k 总体平均值 μ、k≤设计 值的样本数
所占比例
μ= 0.55 k=0.0015 μ=0.605 k=0.00363
μ=0.26 k=0.003 μ=0.228 k=0.00250
0.4 -20
0
20
样本序号
40
60
80
0.000 -20
样本序号
40
60
80
图8
时速350km 24m简支箱梁摩阻系数统计
0.7
兰新 贵广 平均值 设计值
0.006
兰新 贵广 平均值 设计值
0.005
管道摩擦系数 μ
0.6
规范值（0.55）
管道偏差系数 k
0.004
0.003
（0.541）
规范值（0.0015）
0.8
0.008 0.007
0.7
管道摩擦系数 μ
0.006
（0.63）
0.6
0.5
规范值（0.55）
郑西 武广 京沪 大西 石武 哈大 沪昆 广深港 杭甬 平均值 设计值
管道偏差系数 k
0.005 0.004 0.003 0.002 0.001
（0.00446）
规范值（0.0015）
0 20
郑西 武广 京沪 大西 石武 哈大 沪昆 广深港 杭甬 平均值 设计值
3种简化计算方法中“综合法”计算 较为合理。“综合法”计算空间包角的常 用简化计算公式以下有2种：
（1）

2 Vi
n
2 Hi
i 1
（2）
arctg
i 1
n
tg tg
2 Vi Hi
2
采用 公式（1）和（2）计算空间包角时的相对误 差很小，实际工程计算时采用公式（1）或（2）均可。
2 i k lii Cii 0 i 1 i 1 i 1 n n n l k l2 C l 0 i i i i i i 1 i 1 i 1
n n n
联立解方程组即可求得μ和k值。
•
由于μ、k两个参数之间存在耦合关系， 因此必须测试至少2个不同设计线形的管 道才能利用最小二乘法原理计算出摩阻系 数值。 • 从计算的准确性角度考虑，每孔（片） 梁尽可能选取较多的不同设计弯曲角度的 管道进行摩阻测试，才能使摩阻系数实测 值更为接近真实值。
• 设计混凝土梁的预应力时，需要考虑6项预应力 损失，其中管道摩阻损失是后张梁最为主要的 一项预应力损失。 • 以32m预制简支箱梁为例，按摩阻系数设计值 计算到跨中截面时，管道摩阻导致的预应力损 失比例约为15.6%，该部分预应力损失约占全部 预应力损失的25.8%。 • 以（32+48+32）m混凝土连续箱梁为例，按摩 阻系数设计值计算到中跨中截面时，管道摩阻 导致曲线通长束的预应力损失比例约为50%～ 56%。
μ= 0.55 k=0.0015 μ=0.63 k=0.00446 μ=0.541 k=0.00149
μ= 0.55 k= 0.0015 μ=0.567 k=0.00277 μ=0.515 k=0.00167 μ=0.559 k=0.00219
42孔
15孔
6孔
ห้องสมุดไป่ตู้
17孔
16孔
15片
23片
10%
71%
11%
4
预应力管道成型方式
后张法施工的预应力梁管道成型方式 主要有3种：橡胶管抽芯成型、预埋金属 波纹管和预埋铁皮套管。 因梁体结构形式和生产工艺的不同， 采用的预应力管道成型方式也不同。
预制梁的预应力管道主要是采用橡胶 管抽芯成型。橡胶抽拔棒常见的定位方式 有以下3种：
（1）井字形 （2）圆环形 （3）∩形
0.004
（0.00277）
0.003
0.002
0.001
规范值（0.0015）
0 20 40 60
南广 哈齐 湘桂 厦深 武黄 莞惠 南钦 钦北 柳南 津保 吉图珲 石太 平均值 设计值
0.3 -20
管道偏差系数 k
0
20
40
60
80
0.000 -20
样本序号
样本序号
80
图10
时速250km 32m简支箱梁摩阻系数统计
管道摩擦系数
0.8
郑西 武广 京沪 大西 京石 石武 哈大 沪杭 宁杭 沪昆 西宝 广深港 津秦 杭甬 合福 平均值 设计值
0.007 0.006 0.005
管道偏差系数
0.7
管道摩擦系数 μ
（0.605）
0.6
0.5
0.004 0.003 0.002 0.001
（0.00363）
0.4
规范值（0.55）
0.3
0.2 -100
规范值（0.0015）
郑西 武广 京沪 大西 京石 石武 哈大 沪杭 宁杭 沪昆 西宝 广深港 津秦 杭甬 合福 平均值 设计值
管道偏差系数 k
600
0
100
200
300
400
500
样本序号
0.000 -100
0
100
200
样本序号
300
400
500
600
图6
时速350km 32m简支箱梁（橡胶抽拔棒）摩阻系数统计
0 10 20 30 40 50 60
0.40 -10
0
10
20
样本序号
30
40
50
60
0.000 -10
样本序号
图12 时速160km 32m简支T梁摩阻系数统计
表3 管道摩阻测试结果分析
类型 梁型 管道型式 350km 箱梁 32m 24m 300km箱梁 32m 250km箱梁 32m 200km T梁 32m 160km T梁 32m
表1 简支箱梁空间包角计算比对
公式（1）计 算的空间包角 （rad） 公式（2）计 算的空间包角 （rad）
设计时速 计算跨度 竖弯角度 （km/h） （m） （°）
平弯角度 （°）
比值
31.5 350 23.5 31.5 250 23.5
6.5 8 6 9
8 8 8 8
0.17990 0.19746 0.17453 0.21017
kx L con 1 e
2 试验原理和测试方法
2.1 试验原理
• 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结 构设计规范》中提供的预应力管道摩阻损 失计算公式 为：
L con 1 e
kx

• 依据最小二乘法原理，由计算公式推导到 最后的方程为：
锚口+喇叭口摩阻测试方法 我国《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混 凝土结构设计规范》中明确规定：由于预应 力筋与锚圈口之间的摩擦及预应力筋在锚下 垫板喇叭口处因弯折产生摩擦而引起的应力 损失应根据试验确定 。
试验采用一端张拉，试验张拉控制力 为预应力钢绞线的 0.8 f pk Ap （ Ap 为钢 绞线的总面积）。
0.17899 0.19620 0.17373 0.20867
1.005 1.006 1.005 1.007
2.2 测试方法
简支梁和连续梁的测试方法基本相同。 （1）简支梁管道摩阻测试
（2）连续梁管道摩阻测试
图2 连续梁管悬臂施工阶段道摩阻测试示意图
图3 连续梁通长束管道摩阻测试示意图
3
预应力束曲线空间包角的简化计算可以采用 “求和法”、“最大值法”和“综合法”。 （1） “求和法”适用于预应力束计算长 度内只有竖弯角度或平弯角度的情况。 （2） “最大值法”适用于预应力束计算 长度内竖弯和平弯角度都有，但不同时弯起 ，其中有一者的影响较小，简化计算时可以 忽略的情况。 （3） “综合法”适用于预应力束计算长 度内竖弯和平弯角度都有，且在同一区段发 生弯起，需要同时考虑竖弯和平弯角度影响 的情况。
管道摩擦系数
0.35
0.006
管道偏差系数
0.30
规范上限值（0.26）
0.005
管道摩擦系数 μ
管道偏差系数 k
0.25
（0.228） （0.216）
郑西 京沪 石武 平均值 郑西 武广 京沪 广深港 平均值 设计值
0.004
规范上限值（0.003）
郑西 京沪 石武 平均值 郑西 武广 京沪 广深港 平均值 设计值