后张预应力混凝土连续梁孔道摩阻试验研究与实例分析

后张预应力混凝土连续梁孔道摩阻试验研究与实例分析

连小刚

中铁一局集团第四工程有限公司712000

摘要：鉴于对后张梁孔道摩阻测试的必要性，文章介绍了后张梁孔道摩阻系数的试验原理和试验方法，通过采用线性回归原理，由规范中给出的公式推导预应力孔道摩组系数的计算公式，结合跨浦南高速铁路2号特大桥现场测试数据进行分析处理，计算出实际预应力孔道摩阻系数的值，并与设计值进行对比分析，对其影响因素做出总结。

关键词：后张梁;线性回归;摩阻试验;摩阻系数;有效预应力

引言

随着现代预应力混凝土技术的高速发展，预应力混凝土已经广泛应用于各类建筑工程中，尤其是桥梁结构，其采用后张法施工所占的比例很大。后张法预应力混凝土梁(以下简称为后张梁)的预应力张拉是一道极为重要的工序，其有效预应力是梁体承受载荷、防止开裂的重要保证。孔道摩阻是影响有效预应力值的重要因素之一。根据《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）的规定，预应力孔道摩阻损失是损失计算中相当重要的一项。它的准确计算与否，关系到预应力筋是否能够满足梁体使用阶段的要求。笔者认为对重要的梁部结构应当进行孔道摩阻现场测试，以保证梁体有效预应力设计符合要求。并建议根据测试结果对张拉力与管道布置进行适当调整，使梁体的设计预应力与实际值吻合。因此，后张梁的孔道摩阻损失测试已逐渐成为人们研究和关注的焦点。

1摩阻试验计算原理依据

1.1摩阻损失的组成

预应力钢筋与管道之间的摩阻损失σl1出现在后张法预应力混凝土构件中。在张拉预应力筋时，由于预留管道的位置可能不顺直、管道壁粗糙等原因，使预应力筋与管道壁之间产生摩擦，故通过千斤顶对预应力筋在控制应力下进行张拉而产生的每个截面应力逐渐减小，离张拉端越远，应力减小的越快。而任何两个截面之间的应力差，在短时间内，主要就是由σl1所造成的，可以近似的看成这两个截面之间的预应力管道摩阻损失值。

摩阻损失主要由管道的弯曲和管道的偏差两部分影响所产生的。理论上，直线管道无摩阻损失，但由于施工中管道主要由分布在一定间距上的定位钢筋来固定的，这样任何两个定位钢筋之间的管道必然会产生一定的弧度，因而直线预应力筋在张拉时实际上仍会与周围管道接触、摩擦而引起摩擦损失，此项损失被称为管道偏差影响摩擦损失(偏差系数k)，其值较小。主要与预应力筋的长度、管道的施工质量以及管道的材料系数有关。弯道部分除了管道偏差影响外，还有因管道弯曲、张拉时预应力筋对管道内壁的径向垂直挤压力所引起的摩擦损失，此项损失被称为弯道影响的摩擦损失(摩阻系数μ)，其值较大，并随预应力筋弯曲角度之和的增加而增加。

测试实施过程中必须均匀连续张拉预应力钢绞线，中途不停止以防止预应力钢绞线回缩而引起误差。

传感器以及千斤顶安装时，设备中轴线必须与预应力钢绞线束中轴线重合。

（2）试验步骤

①试验前在实验室对传感器进行标定，试验设备进场后，在现场对试验用油表、千斤顶进行校验，达到规范要求后用于试验。

②根据试验布置图安装试验仪器、机具；

③在孔道、锚具、传感器、千斤顶四者同心的情况下，两端千斤顶同时充油至设计吨位的10%，检查设备状态，使两端预应力筋均匀楔紧于工具锚上；

④试验采用分级加载，共分4级：分别为设计吨位的20%、60%、80%、100%；

⑤设置锚固端及张拉端，每级张拉时均记录两端传感器读数、油压表读数、钢绞线伸长量、工具锚夹片外露量；试验均以传感器数据为准，用千斤顶张拉力进行校核。在数据读取时，先读主动端，再读被动端。主动端读数是在显示器所显示的数据变化较为稳定后读取。

⑥千斤顶回油，将钢绞线抽动数次后，置换锚固端及张拉端重复进行步骤③、④；

⑦每个孔道处测量记录4组数据，取平均值做为孔道摩阻力测定值

3试验结果与数据分析

该桥孔道摩阻试验共测试了2个孔道，每个孔道测试4次，其实测数据包括每级荷载下主动端读数P、被动端读数P0。实测数据如表2所示。

由表3可见，设计时孔道摩阻系数μ和局部偏差系数k是规范建议值，通过现场试验得出的值比设计值偏大，说明试验钢束的实测孔道摩阻损失偏大于理论计算摩阻损失值，从而施加于梁体的实际张拉力小于设计值。经分析认为造成实测值偏大的原因主要有：

(1)由于波纹管的孔道成型不够良好，孔道定位不够准确或者受到外界因素的影响发生偏移而造成孔道不顺直，特别是在节段连接处孔道易产生一定的转角。

(2)在整理数据时未考虑千斤顶、油泵等张拉机具系统内摩阻的影响。所以可将千斤顶和油泵进行重新标定，以消除系统内摩阻影响。

(3)在施工过程中可能由于波纹管破损而存在少许漏浆的现象。

(4)由于在加压时压力表有振动，节流阀密实性的影响，操作人员存在控制误差，从而使得实际读数与理论计算值有误差，所以在读压力表数据时必须读实际达到的压力值，并且不能靠回油来调整压力值。

综合上述原因，在实际施工过程中，应该严格控制预应力孔道的安装精度以保证孔道成型良好;严格按照设计要求进行两端对称张拉从而减少预应力摩阻损失。为了避免上述一些情况的发生，在施工过程中可以采取相应措施并及时将信息反馈到设计单位，从而可将设计取值或施工工艺进行适当的调整。

4结语

通过孔道摩阻系数的理论推导和沙溪特大桥现场测试分析，可以得到如下几点结论：

(1)孔道摩阻损失是后张梁预应力损失的重要组成部分，对其进行现场准确测试是十分必要的，并根据实测结果进行施工控制。

(2)以后张梁孔道摩阻测试理论为依据，通过主、被动端千斤顶法测试孔道摩阻系数，应用线性回归原理分析数据的方法合理可靠、简单易行。

(3)本试验的梁节段孔道摩阻参数实测值较设计值略大，但相差不是很大。试验表明，孔道摩组参数的值受施工工艺等各种因素的制约，往往大于设计值。

(4)建议在实际施工过程中，应该尽可能采取相应的技术措施减小孔道摩阻损失或弥补有效预应力，并保证预应力张拉施工质量和孔道压浆质量，从而达到设计所要求的预应力值。

参考文献:

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