现浇梁摩阻试验施工技术

现浇梁摩阻试验施工技术

张小龙

四川铁科建设监理有限公司四川成都611700

摘要：本文依托蒙华铁路张家湾跨209国道特大桥道岔连续梁工程，通过对孔道摩阻产生的原因及影响因素进行分析，结合摩阻试验、数据处理过程，得出孔道偏差系数及摩阻系数，指导现场的预应力张拉施工。

关键词：道岔连续梁；孔道摩阻；锚口损失；喇叭口损失

1.工程概况

张家湾跨209国道特大桥位于新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程浩勒报吉至三门峡段DK646+068.84处，其为有砟轨道三线变四线预应力混凝土道岔梁桥，预应力张拉采用后张法，纵向预应力筋采用抗拉强度标准值为fpk=1860MPa，弹性模量为Ep=195GPa，公称直径为15.2mm的高强低松弛钢绞线，技术条件符合GB/T5224-2014标准，管道形成采用金属波纹管成孔，锚具采用圆塔型锚具。根据现场施工情况及钢束种类，梁体B节段混凝土浇筑完成后，利用先进行张拉的8束钢绞线进行摩阻试验；整体张拉钢绞线共12束、15束、17束三种类型，因此锚口及喇叭口损失试验做3组对应试验梁。

2.试验目的

由于预应力筋过长或弯曲过多都会加大预应力筋的孔道摩阻损失，特别是弯曲多、弯曲半径小、弯曲角度较大的预应力筋，两端张拉时，中间段的有效预应力损失较大。实测资料表明：虽然孔道材质、力筋束种类以及张拉控制力相同，不同单位施工的梁所用的钢绞线与波纹管的实测孔道摩阻系数却大不相同，同一单位施工的不同孔道的摩阻系数也存在差异。同时，作为张拉的控制条件，如果孔道有漏浆堵塞现象，若不校核伸长值，就会使有效预应力达不到设计要求；另外，在施工过程中，预应力孔道埋设与设计存在误差时，预应力损失也是不同的。这时，设计伸长值若按照以往经验计算是不能真实反映实际施工情况的，因此，测量预应力筋的摩阻损失是确保施工质量的有效措施。另外各个厂家生产的预应力筋用夹片式锚具及锚垫板也是不相同的，预应力筋在锚具及锚垫板处发生的摩擦损失也不相同，需要对锚具和锚垫板处产生的预应力损失进行现场测定。

3.基本原理

3.1摩阻损失组成

3.1.1孔道摩阻损失

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。

3.1.2锚口、喇叭口损失

预应力筋通过锚具在预应力孔道端部散开，张拉时预应力筋与锚垫板及锚具将发生摩擦损失，此部分预应力损失称为锚口及喇叭口损失，以张拉力的百分比计。

3.2管道摩阻损失的计算公式

《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）第6.3.4条规定，后张法构件张拉时，由于钢筋与管道间的摩擦引起的应力损失按下式计算：

4.实验内容及方法

4.1试验仪器

试验时所用的张拉设备与实际施工时所用设备相同：千斤顶3台（因为选用钢绞线较长，有一侧需要2个千斤顶）、高压油泵3台（与千斤顶配套校定）、数码穿心式压力传感器2台、测试仪器1台、辅助千斤顶安装相关设备若干。

图4.2-1管道摩阻试验仪器布置图

试验时应用三台千斤顶，其中，主动端两台，被动端一台，试验时仅主动端千斤顶进行张拉，被动端不张拉。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。安装传感器与千斤顶时，应确保两者中线位置与锚垫板保持一致，使之张拉时与钢绞线脱离接触。

为解决孔道摩阻常规测试中存在的问题，保证测试数据的准确性，在本桥梁体孔道摩阻试验中，使用穿心式压力传感器测试张拉端和被动端的压力以代替千斤顶油压表读取数据的方法，提高了测试数据的可靠度与准确性，测试结果不受千斤顶油压表读数分辨率较低的影响；并在传感器外采用约束垫板的测试工艺，以保证张拉过程中压力传感器与张拉千斤顶对位准确。

4.2.2锚口及喇叭口摩阻损失

由于锚口和喇叭口损失在张拉力中所占比重较小，故将锚口和喇叭口损失合在一起进行测试。为测试锚口损失和喇叭口损失，需要做几个试验梁（梁长4m，截面为0.6m×0.6m，配置一定的普通钢筋及锚下螺旋筋），试验梁的个数根据梁体纵向预应力类别确定。其中，测试喇叭口损失的试验仪器布置图见图4.2-2。试验梁钢筋布置图见图4.2-3。

图4.2-2试验梁钢筋布置图

5.试验步骤

5.1管道摩阻试验

（1）试验过程按照相关规范要求进行试验设备安装，每一束分三级张拉，当千斤顶张拉到各级分级荷载时，进行应变量测，记录测试数据（传感器读数、钢绞线伸长量），并以所得主动端张拉力及伸长量值两两代人式（4.3）求得μ及k值，为减小退锚的难度，在张拉前将锚固端千斤顶油缸空载顶出10cm，然后安装夹片，张拉完成后，锚固端千斤顶回油，减小退锚时钢绞线的预应力；

（2）试验前测试压力传感器初值，然后对F1b分级单端张拉；

（3）张拉到第一级荷载260MPa，持压5min，测量压力环压力以及钢束伸长量；

（4）张拉到第二级荷载520MPa，持压5min，测量压力环压力以及钢束伸长量；

（5）张拉到第三级荷载780MPa，持压5min，测量压力环压力以及钢束伸长量；

（6）张拉到第四级荷载1040MPa，持压5min，测量压力环压力以及钢束伸长量；

（7）重复进行上述步骤，对F3b预应力钢束进行张拉

5.1管道摩阻验

（1）试验过程按照图4.2.1及相关规范要求进行试验设备安装，均进行3次张拉试验，每次张拉后都要退锚重新安装千斤顶，为减小退锚的难度，在张拉前将锚固端千斤顶油缸空载顶出10cm，然后安装夹片，张拉完成后，锚固端千斤顶回油，减小退锚时钢绞线的预应力；

（2）试验前测试压力传感器初值，然后分级单端张拉到σk；

（3）张拉到第一级控制应力260Mpa时，持压5min，测量压力传感器读数以及钢束伸长量；

（4）张拉到第二级控制应力520Mpa时，持压5min，测量压力传感器读数以及钢束伸长量；

（5）张拉到第三级控制应力780Mpa时，持压5min，测量压力传感器读数以及钢束伸长量；

（5）张拉到第四级控制应力1040Mpa时，持压5min，测量压力传感器读数以及钢束伸长量；

（6）张拉端千斤顶回油到0，记录传感器读数；

（7）锚固端千斤顶回油，卸下两端张拉装置；

（8）重复进行上述步骤，再试验2次。

6.数据记录及处理

先进行锚口及喇叭口损失试验，确保锚口及喇叭口损失不影响摩阻试验。

6.1锚口及喇叭口损失

按照图图4.2-2所示仪器布置，忽略试验梁段内很短的直线孔道摩阻损失，两端压力传感器的压力差即为锚口、喇叭口的应力损失之和，其结果记录如下：

表6.1-1锚口及喇叭口损失试验数据

整理表6.2-1中被动端和主动端比值，其回归值见表6.2-2，并由回归值结果，根据式

6.3按最小二乘法原理计算管道摩阻系数μ和k值，计算过程及分析结果见表6.2-3。

表6.2-2腹板预应力钢束测试结果

表6.2-3孔道摩阻系数计算表及结果

7.结论

张家湾跨209国道特大桥道岔连续梁预应力孔道摩阻试验，试验主要结论如下：

（1）锚口、喇叭口损失取值：2.47%；

（2）摩阻系数取值：孔道摩阻系数μ＝0.2495，孔道偏差系数k＝0.003203。

（3）据此，建议在正式张拉时按设计管道摩阻系数进行计算。

参考文献：

[1]《张家湾跨209国道特大桥道岔连续梁孔道摩阻试验方案》.

[2]《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）