铁路客专预制箱粱预应力孔道摩阻试验研究

【摘要】结合预应力孔道摩阻和锚口摩阻损失的计算理论，通过对郑徐客运专线预制简支箱梁预应力筋的孔道摩阻和锚口摩阻损失试验，采用最小二乘法进行计算预应力孔道摩阻系数和孔道偏差系数以及锚口喇叭口摩阻损失值，检验孔道施工工艺水平。

【关键词】预应力 箱梁 孔道摩阻 试验

后张法预应力混凝土梁中孔道摩阻损失的准确测定是保证预施应力的一项重要参数，并直接影响结构的可靠性。孔道摩阻损失由孔道曲率效应（摩擦）和孔道偏差效应两个部分产生的损失组成，而影响孔道摩阻的主要因素除形成孔道是方式外，施工工艺水平的优劣也占相当重要的地位。所以，设计要求张拉前应进行孔道摩阻现场测试，并根据测试结果对张拉力进行调整，将设计张拉力准确有效施加至梁体。

1 孔道摩阻的原理

1.1 孔道摩阻的组成

张拉时，预应力钢束与管道壁接触面间产生摩擦力引起预应力损失，称为摩阻损失。主要有两种形式：一是由于曲线处钢束张拉时对管道壁施以正压力而引起的摩擦，其值随钢束弯曲角度总和而增加，阻力较大；另一是由于管道对其设计位置的偏差致使接触面增多，从而引起摩擦阻力，其值一般相对较小。

1.2 孔道摩阻的数据计算

⑴理论公式

解方程组即可得μ、k值。

1.3 锚圈口与喇叭口摩阻损失计算

锚圈口与喇叭口摩阻损失 按下列计算式计算： 。式中 为主动端压力值， 为被动端压力值。

2 摩阻试验内容及方法

试验内容包括孔道摩阻、锚圈口和喇叭口摩阻。

2.1 孔道摩阻

孔道摩阻试验在已预制成品梁上选取6孔有代表性的孔道中进行测试。主要通过测定孔道张拉束主动端与被动端实测压力值，根据上述公式计算偏差系数k和摩擦系数μ。

孔道摩阻的常规测试方法以主被动千斤顶测力法为主，这种方法测试精度较低，且测试工艺不够完善。采用穿心式压力传感器及其配套的读数仪，并结合关于孔道摩阻测试相关规定，孔道张拉束主动端与被动端实测压力值导致的压力传感器的应变均用读数仪读取，经过计算可以得出孔道张拉束主动端与被动端实测压力值，运用这种改进的测试工艺及精确的数据处理方法，大大提高了测试精度。试验时所用的张拉设备与实际施工时采用的设备相同，测试使用的压力传感器为柳州OVM公司设计制作，试验前在MTS-6000kN试验机上进行了严格的标定。

试验预应力束在两端安装张拉千斤顶及压力传感器，在试验开始预应力两端同时张拉至设计张拉力的10%后，将一端封闭作为被动端，以另一端作为主动端，分8级加载至设计张拉控制荷载，每个孔道张拉2个循环。每级荷载到位后，均持荷至两端传感器读数稳定，然后记录两端传感器读数。根据两端传感器读数，计算出孔道摩阻损失。孔道摩阻试验的方法见图1。

2.2 锚圈口与喇叭口摩阻试验

锚圈口、喇叭口摩阻试验一般采用用量偏多的锚具在4000mm×600mm×600mm的混凝土试件上进行，成孔方式及锚具、锚垫板与箱梁采用的完全相同，两端埋设喇叭口，留有与力筋管道相同的直线孔道。采用锚头和钢绞线反复测试此损失，锚圈口与喇叭口摩阻损失采用工作状态的锚头（安装夹片），采用单端张拉方式，然后通过其主动、被动端的压力传感器测得其数值，试验仪器安装见图2。

3 摩阻试验应用

通过对中铁十二局集团郑徐客运专线铜山制梁场32m后张法预应力混凝土简支箱梁N9、N8、N4、N2b、N1a进行了孔道摩阻测试。

3.1 孔道摩阻测试结果

根据试验结果，计算第2孔箱梁孔道摩阻系数和孔道偏差系数分别为μ=0.4234，k=0.0005。第5孔箱梁孔道摩阻系数和孔道偏差系数分别为μ=0.2897，k=0.0016。第102孔箱梁孔道摩阻系数和孔道偏差系数分别为μ=0.5583，k=0.00168。

按照规范规定，抽拔橡胶棒成孔孔道摩阻系数μ=0.55，孔道偏差系数k=0.0015。第2、5孔梁实测μ值和k值小于或接近规范值，第102孔实测μ值和k值大于规范值。测试结果说明，实测摩阻系数与规范值存在偏差，主要受现场施工条件和施工工艺影响。如果测试摩阻系数大于规范值，应向梁图设计单位申请调整张拉控制应力值，通过提高张拉控制应力来抵消孔道摩阻损失的张拉应力，以达到梁体设计的应力水平。

3.2 锚圈口、喇叭口摩阻和锚具回缩量测试结果

实测结果，锚圈口+喇叭口摩阻实测值基本接近，反应测试结果准确性。实测为4.2%小于设计值6%。

4 结语

预应力梁孔道摩阻系数实测值是通过对多个预应力孔道的测试而求得的一个平均值，在孔道摩阻试验时选取具有代表性的孔道也十分重要，实测的孔道摩阻更能接近实际值，对调整梁体张拉控制应力更具指导性。

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