32m箱梁预应力孔道管道摩阻及张拉力调整试验论文
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32m箱梁预应力孔道管道摩阻及张拉力的调整试验摘要:兰新第二双线32m铁路简支箱梁采用后张法预应力体系,根据在实梁上进行5种预应力筋束的孔道摩阻试验,测试孔道摩阻系数μ和偏差系数k,以检查预应力孔道的成孔情况,并根据测量数据对张拉力进行调整,保证实梁的有效预应力。
关键字:预应力摩阻系数偏差系数
1.引言:
预应力张拉是后张法预应力混凝土梁的一道极为重要的工序,如何准确将设计张拉力施加于梁体直接影响梁的耐久性、安全性、刚度及矢拱高度。后张梁管道摩阻是引起预应力损失的五个主要因素(混凝土收缩徐变、钢筋松弛、锚头变形及钢筋回缩、摩阻、混凝土弹性压缩)之一。由于施工过程中诸多不确定因素及施工水平的差异,张拉前应对管道摩阻现场测试,并根据测试结果对张拉力及管道进行调整,将设计张拉力准确施加至梁体。
兰新第二双线32m箱粱为后张法预应力混凝土结构,预应力束沿梁长通长布置,有腹板束和底板束两种。共有孔道27孔,其中5孔采用9—7φ15.2钢绞线,22孔采用10—7φ15.2钢绞线。钢绞线强度等级为1970 mpa。预应力管道采用橡胶抽拔棒抽拔成型,设计管道局部偏差影响系数k=0.0015、摩擦系数μ=o.55。
2 .摩阻测试的基本原理
张拉时,预应力钢绞线与孔道壁接触面间产生摩擦力引起预应力损失,称为摩阻损失。摩阻损失主要由于孔道的弯曲和孔道的偏
差两部分影响所产生,从理论上说直线孔道无摩擦损失,但由于施工中孔道位置的偏差及孔道不光滑等原因,在钢绞线张拉时实际上仍会与孔道壁接触而引起摩阻损失,称此项为孔道偏差影响(长度影响)摩擦损失,其值较小,反映在系数k上;对于弯道部分除了孔道偏差影响之外,还有因孔道转弯,预应力钢绞线对弯道内壁的径向压力所引起的摩擦损失,一般称这部分影响为弯道影响摩擦损失,其值较大,并随钢筋弯曲角度的增加而增加,反应在系数μ上。
本次管道摩阻试验选取编号为n11、n9、n7、n3、n1b五个孔道。试验孔道的位置及管道相关参数见表1。
表1 预应力束布置及相关参数表
预应力筋束编号管道长度x(m)管道弯起角θ(rad)位
置
n11 32.459 0.2416 腹板
n9 32.400 0.2416 腹板
n7 32.340 0.1829 腹板
n3 32.403 0.3274 腹板
n1b 31.820 0 底板
3.试验计算原理
3.1理论公式
张拉时,预应力损失按下式计算
σδ =σcon[1-e-(μθ+kx)](1)
式中σδ——由于摩擦引起的应力损失(mpa);
σcon ——钢绞线(锚下)控制应力(mpa);
θ——从张拉端至计算截面的长度上,钢筋弯起角之和(rad);
x——从张拉端至计算截面的管道长度(m);
μ——钢绞线与管道壁之间的摩擦系数;
k——每米管道对其设计位置的偏差系数;
3.2参数μ、k分析
由式(1)可知,在预施应力过程中,离张拉端x处因管道摩阻而损失的力筋束内力值为
fx=fv[1-e-(μθ+kx)]=βfv(2)
式中 fv——张拉力;
β——预应力损失率;
x——张拉端至计算截面的力筋束长(m);
θ——从张拉端至计算截面的长度上力筋束的弯起角之和(rad);
μ——管道摩擦系数;
k——管道偏差系数;
当采用一端张拉一端固定的方法测定参数μ和k时,式(2)可写为
μθ+kx=-ln(1-β)(3)
试验存在误差是不可避免的。假定式(3)的误差为δ,则有μθ+kx+ln(1-β)=δ(4)
如果有n束钢绞线束,则
μθi+kxi-ci=δi(i=1,2,3,…n)(5)
式中,θi和xi分别为第i根力筋束的θ和x,ci=-1n(1-βi),从而得到全部力筋束测试误差的平方和为
q=σδi 2=σ(μθi+kxi-ci)2 (6)
当аq/аμ=0且аq/аk=0时,q取得最小值,由此可得
μσθi2+kσxiθi -σciθi =0
μσxiθi+kσxi2-σcixi =0 (7)
解方程组即可得μ、k值,需要指出的是,由于参数μ和k的耦联,必须借助于2束以上的预应力钢束才能计算出μ和k值。
4试验内容和方法
4.1试验内容
试验内容包括管道摩阻试验和锚具摩阻试验两部分,其中,管道摩阻试验的试验管道为n11、n9、n7、n3、n1b。主要通过测定五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和偏差系数。锚具摩阻试验采用成都新筑锚在
4.0mxo.5mx0.5m的混凝土试件上进行,同时,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具摩阻损失之和,再从中扣除锚具摩阻损失,以确定喇叭口的摩阻损失。
4.2 测试方法
4.2.1管道摩阻测试
试验预应力束两端均安装压力传感器和张拉千斤顶。在试验开始时,预应力束两端同时张拉至设计张拉控制荷载的20%,然后将一端封闭作为被动端,以另一端作为主动端,分级加载到设计张拉控制荷载。每级荷载到位后,均读取两端传感器读数p2、p1。重复张拉2次。然后根据两端传感器读数,计算出孔道摩阻损失β。孔道摩阻试验的方法见图1。
图1 孔道摩阻试验示意图
4.2.2锚口摩阻及喇叭口摩阻测试
锚具摩阻及喇叭口摩阻试验在2.0mx0.6mx0.6m混凝土试件上进行,截面中心处的预应力管道为直管道,采用的成孔方式及锚具、锚垫板与箱梁相同。试验采用单端张拉方式,测试时需采用工作状态的锚头(安装夹片),在试件两端分别安装千斤顶,被动端测试前首先张拉。试验方案见图2 。
图2锚具和喇叭口摩阻损失测试示意图
5试验结果及分析
5.1孔道摩阻损失
第二次摩阻测试数据见表2。其中p2/p1设计值为按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范》抽拔橡胶棒成孔时μ
=0.55,k=0.0015时的值,p2/p1=e-(μθ+kx)。
表2摩阻测试数据