预应力混凝土连续梁桥孔道摩阻试验研究分析

摘要： 结合某在建桥梁的预应力孔道摩阻试验，介绍了摩阻试验的内容和方法，实测了孔道摩阻系数。测试结果表明，实际孔道摩阻系数比设计值偏大，施工中应加强波纹管安装质量。

关键字：孔道摩阻；预应力损失；摩擦系数；偏差系数

中图分类号：U459 文献标志码：A

引言

后张法预应力混凝土梁的预应力张拉是一道极为重要的工序，在后张法预应力混凝土梁施工过程中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。

然而在实际桥梁施工过程中，由于各种因素的影响，预应力张拉控制应力及伸长量往往与设计存在较大偏差，其主要原因是实际孔道摩阻系数与设计给定的数据不同[1]。针对该问题，新出版的《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）明确规定，预应力张拉之前，宜对不同类型孔道进行至少一个孔道的摩阻试验，通过测试所确定的k和μ值对设计张拉控制应力进行修正[2]。因此，本文采取在箱梁两端锚具处安装穿心式压力传感器的方法，通过精确测试千斤顶的张拉力，计算得到实测k和μ值，所测得的试验数据精确度较高。

1 工程概况

浙江省宁波市某桥为现浇钢筋混凝土预应力连续梁桥，其中一跨跨径布置为30m+30m+30m，全长为90m，上部结构设计为单箱四室等截面箱梁，梁高为2.2m，箱梁顶宽26.0m，底宽 16.86m。桥梁上部结构采用支架型式浇筑，后张法张拉预应力束。梁体混凝土为C50，纵向预应力体系采用高强度低松弛钢绞线，MPa，MPa，松弛率2.5%。预应力孔道采用增强型金属波纹管成孔，预应力群锚锚具。横隔束采用Φs15.2-15钢绞线。

2 摩阻试验

2.1 试验内容

本次试验选取端支点1#横梁N1-1、N1-2，N2-3、N2-4、N3-3和N3-4钢束，共6束横向预应力钢束进行摩阻试验，通过测定孔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孔道局部偏差系数k（对于已知材料属性的孔道，可假定μ已知）。

2.2 试验方法

试验按《公路桥涵施工技术规范实施手册》（JTG/T F50-2011）附录 C.2 中规定的方法进行，并在两端安装穿心式压力传感器，如图 1 所示。

图1 孔道摩阻试验示意图

在试验时，将一端封闭作为被动端，以另一端作为主动端，分级加载至设计张拉控制荷载。每级荷载到位后，读取两端读数仪上的应变值和主动端油表读数。主动端张拉3次后，主被动端互换后再张拉3次。然后根据应变值换算成的压力值，计算出孔道摩阻损失。

孔道摩阻系数按以下公式计算：

（1）

其中：Fz为预应力钢束张拉端的张拉控制力；Fb为预应力钢束固定端的张拉控制力；μ为孔道摩阻系数；θ为从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角，以弧度计；k为孔道每米局部偏差系数；x为从张拉端至计算截面的孔道长度，以米计。

由（1）式得到张拉力有效系数A为：

（2）

对（2）式两边取对数可得：

（3）

令，则

（4）

式（4）中的Y值可通过试验获得，而μ为物理常数，k值待求。

参考《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）以及《混凝土结构试验方法标准》（GB/T 50152-2012）的规定，预应力管道为金属波纹管，箱梁预应力钢筋与管道壁之间的摩擦系数μ=0.20～0.25，本次采用设计图纸中的值，即μ取值为0.25。

3 试验结果及分析

本试验对6束钢束进行了摩阻试验，试验数据见表1。

表1 钢束几何参数及测试数据

将表1数据代入式（4），得到孔道摩阻系数见表2。

表2 孔道摩阻系数

孔道摩阻试验表明，实际施工中钢束的孔道摩阻系数（假定μ值由钢束材料和波纹管材料间摩擦性能决定，不受施工质量影响，保持不变；k值则由施工水平及施工质量影响）与设计值相比明显偏大。

4 结语

（1）当取钢束与波纹管壁之间的摩擦系数μ=0.25时，管道偏差系数k=0.0076～0.0114，实测偏差系数k值相比设计值明显偏大。

（2）k值与施工中孔道定位、孔道线型顺畅度及预应力张拉质量（须对称张拉）均关系密切，因此施工时须严格控制波纹管的安装精度，尽量做到平顺圆滑，注意局部偏差调整。

（3）根据实际测试结果，建议预应力张拉施工中应调整孔道摩阻系数，以更好地指导现场施工。

参考文献

[1] 刘鹏， 熊燕. 预应力混凝土连续梁桥孔道摩阻试验研究[J]. 淮阴工学院学报. 2013， 22（3）：31-34

[2] 中华人民共和国交通运输部. 《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）

[3] 梁南平， 程伟， 童代伟. 大跨连续刚构桥预应力束孔道摩阻测试研究[J]. 公路交通技术. 2012， 4：77-80