关于铁罗坪特大桥主塔上塔柱锚固区工艺试验的研究

摘要：通过锚固区工艺试验的研究，确定最终孔道摩阻系数，从而最终确定初始张拉力及最终伸长量，为张拉施工提供良好的依据。

关键词：锚固张拉摩阻系数伸长量初始张拉力

一、索塔U形预应力锚固区概述

上塔柱采用空心五边形断面，断面尺寸为顺桥向宽为6.5m，横桥向宽为4.8m，壁厚1.4m(顺桥向)和0.8m(横桥向)。在斜拉索锚固区配置了U形预应力钢束以平衡斜拉索的水平分力，U形预应力钢束曲率半径为 1.60m。塔柱U形预应力筋为15-19和15-22两种钢绞线，强度级别为标准强度Ryb=1860MPa，Eg =1.95×105MPa，松弛率小于0.035的270级高强度低松弛钢绞线。

二、试验方案

1、试验孔道的位置选定：

在7#主塔右幅中塔柱上进行试验，第一束管道距浇注层面400cm处，按设计规格型号设N1、N2束，共2道，张拉槽错布置。其中N1束锚具型号为15-19，N2束锚具型号为15-22，如图所示：

2、预应力预留孔材料选择：

N1、N2束15-19和15-22两种锚具型号按设计均采用φ116塑料波纹管留孔。

3、上塔柱U形预应力钢束管道摩阻系数μ值的测定 （1）、试验依据

根据《公路桥涵施工技术规范-JTJ041-2000》中测定孔道摩阻系数的方法。

（2）、测试内容

对于每种孔道均进行张拉过程中的摩阻力测试，张拉荷载共分10级，分别为10%P，15%P，20%P，25%P，30%P，35%P，40%P，60%P，80%P，100%P，对每一级荷载张拉时读取主动端及被动端数值、钢绞线引伸量值。

（3）、孔道摩阻系数的测定方法

A、当试件混凝土强度达到设计强度（50MPa）的85％时，安装锚具及千斤顶等准备工作。

B、两端千斤顶同时进油，张拉至设计荷载的10%P时，量测伸长值，并作好记录。

C、被动端封闭，主动端进油张拉，张拉时按要求分级加载，并量测每一级的伸长值和读取被动端及主动端千斤顶的读数，并记录。

D、张拉到控制应力后，持荷2min，最后量测记录伸长值。

E、孔道摩阻系数μ值的推算。

按以上方法测试三遍，根据测试结果，算出三次试验的主动端的油表最终平均张拉力为Pa，被动端的平均张拉力为Pb。根据公路桥涵施工技术规范，可推得：

μ= -[ln（Pb/ Pa）+KX]/θ

其中μ――被测试管道与预应力钢筋的摩阻系数；

Pb――被动端的张拉力；

Pa――主动端的张拉力；

K--管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取K=0.001（参考规范取值）；

X--从张拉端至被动端的的管道长度，N1束为10.25m, N2束为11.51m,单位以m计；

θ--张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，以弧度计，本方案中取。

4、预应力张拉施工控制工艺确定

（1）、张拉伸长值的推算

A、所采取数据，均以油压表读数为准，并根据油压表及千斤顶的配套标定曲线确定张拉的吨位。

B、千斤顶与钢绞线的摩阻假定为零。

C、理论伸长值的计算公式：

其中μ――被测试管道与预应力钢筋的摩阻系数；

P――钢绞线张拉端的张拉力；

L―从张拉端至计算截面的孔道长度；

θ--张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，以rad计。

Eg―预应力钢铰线的弹性模量，取值1.95х105MPa.

Ay―预应力钢铰线的截面面积.

根据PT-PLUS塑料波纹管的计算伸长值、实测伸长值及其之间的差值百分比统计表如下：

编号 计算伸长值ΔL(mm) 实测伸长值

ΔL1(mm)

N1

N2

（2）、初始张拉力的确定

根据分级加载的结果，假定各级荷载为初张拉力P0，推算实测延伸量: L=(P为控制张拉力),并将结果按下表统计：

三、试验结果

1、上塔柱U形预应力钢束管道摩阻系数μ值的测定 （1）、测试过程

对于每种孔道均进行张拉过程中的摩阻力测试，张拉荷载共分10级，最终设计吨位19束为37llkN，22束为4297kN。

（2）、孔道摩阻系数的测定结果

实验结果为，N1预应力束试验的主动端油表对应的张拉力为Pa=3711KN，被动端的最终平均张拉力为Pb=2255.4KN。

根据公式μ= -[ln（Pb/ Pa）+KX]/θ,

K取0.001, X=11.51m, θ=3.141592

计算的μ=0.155

N2预应力束试验的主动端的油表对应的张拉力为Pa=4297KN，被动端的最终平均张拉力为Pb=2593.8KN。 孔道长度X=10.25m

计算的μ=0.157

试验中张拉端与锚固端交替后,张拉力有所不同,但取平均值后N1与N2的孔道摩阻系数基本相同均接近0.16。

2、初始张拉力及伸长值确定

（1）、张拉伸长值的推算

理论伸长值可采取计算公式：

试验时理论伸长值（单端张拉）

N1束，L1=11.51m,ΔL=64 mm; N2束，L2=10.25,mΔL=57 mm

由于试验时,采用张拉端一端张拉,实际测量伸长值为工具锚外端钢铰线的伸长值,计算理论伸长值时工作长度两端共计入1.6m.

1.6 m的钢铰线伸长值为12 mm, 因此锚外端钢铰线的伸长值,计算理论伸长值为N1束，ΔL=64 +11=75mm,

N2束，ΔL=57 +11=68mm,

上表中的差值便是一端张拉时的孔道变形及预应力筋挤压引起的增加量。其值为19.5mm-25.5mm。

施工中采用两端张拉时，增加数值暂时可统一取为20 mm

施工时理论伸长值（两端张拉）

取一半管道长计算，N1束，L1=5.755m,ΔL=32 mm;

N2束，L2=5.125m,ΔL=36.5 mm

施工时,采用两张拉端张拉, 计算理论伸长值 为

N1束，ΔL=2×32=64mm, N2束，ΔL=2×36.5=73mm。

（2）、初始张拉力的确定

根据分级加载的结果，假定各级荷载为初张拉力P0，推算实测延伸量: L= (P为控制张拉力),结果显示10%到25%之间计算结果逐渐减小,从25%开始结果趋于稳定。在实际施工中可将初始张拉力确定在25%-30%之间(暂取25%)。

四、结语

通过本次试验确定了孔道摩阻系数，从而确定了初始张拉力及伸长量，为以后此类预应力施工提供了良好的依据。

本次试验操作简单，方便准确，缩短了施工工期；节省了大量的测力设备，节约了施工成本，具有广泛的实际应用前景。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。