浅析32m箱梁预应力孔道管道摩阻及张拉力的调整试验

　　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 32.4590.2416 腹板

　　N932.400 0.2416 腹板

　　N7 32.340 0.1829 腹板

　　N332.403 0.3274 腹板

　　N1b31.820 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

　　预应力束编号 P2/P1设计值 P2/P1实测回归值

　　第一片梁第二片梁

　　第1次第2次第1次第2次

　　N11 0.8340 0.8256 0.8195 0.8130 0.7993