预应力孔道摩阻试验

【摘要】为获得摩阻损失的现场资料，保证预应力的有效值达到设计要求，在张拉前对孔道摩阻系数和偏差系数进行测定，确保预应力混凝土箱梁的施工质量。结合广东大广高速公路30米简支T梁预应力孔道摩阻试验，主要介绍测试原理、方法及施工应用等。

【关键词】 孔道摩阻预应力孔道试验施工

中图分类号： C35 文献标识码： A

1引言

广东省连平（赣粤界）至从化公路是国家主干道大广高速公路的一部分，S01标桥梁工程采用30m预制预应力T梁，跨径30m，梁高2m，一联各跨T梁采用先简支后连续结构体系；混凝土标号为C50，正弯矩钢束采用抗拉强度标准值1860MPa，公称直接15.2mm的低松弛高强度钢绞线，孔道成型方式为金属波纹管，采用安徽金星锚具。

后张法预应力混凝土连续梁施工过程中，预应力张拉是一道极为重要的工序，在预应力混凝土梁施工过程中，如何将设计张拉力准确、可靠地施加于梁体直接影响梁的耐久性、安全性、刚度及失拱高度。在采用夹片式锚具的后张法预应力混凝土结构设计、施工中，应考虑预应力损失有：钢绞线松弛损失、摩阻损失、锚具回缩损失、混凝土收缩和徐变损失及其它损失，其中摩阻损失应包括锚口摩阻损失、喇叭口摩阻损失和孔道摩阻损失。

2孔道摩阻试验的意义和目的

简支梁张拉作业中，如果水平孔道的控制张拉力套用曲线孔道的控制应力，由此而造成梁体的局部超张拉应力会使梁的实际反拱度大于设计的反拱度，对桥面施工带来不利影响。若孔道摩阻力考虑偏小，张拉力不够，将影响梁体质量。因此正确计算摩阻力是张拉前的一项非常重要的工作。

开展孔道摩阻试验的目的是为了验证设计数据和积累施工资料。当采用先张法无孔道施工时，不存在孔道摩阻力，主动端与被动端之间产生的预应力偏差微小。当预应力钢束在构件的弯曲或不顺直的孔道中进行张拉时，钢束与孔壁之间会产生摩擦阻力，从而抵消了部分张拉力，减少了钢束的额定张拉力，这会影响构件的正常使用功能，通过测试，计算摩阻系数，并采取对应措施确保有效预应力。

3孔道摩阻试验原理

3.1孔道摩阻力导致预应力损失δn计算公式

δn=δk[ 1-e]

式中，δk――张拉控制应力（MPa）；θ――弯曲孔道端部切线交角（rad）；

L――直线段孔道长度（m）；u,k――孔道摩阻系数和孔道偏差系数。

3.2孔道摩阻试验计算方法

直接在待测的孔道上安装测力传感器，一端为张拉端，另一端为固定端。张拉端分级张拉，张拉力与实际控制张拉力接近时，记录主动端与被动端的传感器读数，分别记为P1和P2，则P1与P2之差为孔道内摩阻力，P2与张拉端千斤顶的拉力差为锚口摩阻。测试同一批相同施工条件下的梁体的几个不同孔道，按公式P2=P1*e-(kL+uθ)进行二元线性回归，可求得实际管道的k、u值，由此计算设计与实际状态的跨中有效应力，并据此调整张拉控制应力。

k、u值的计算过程如下：

设对于第i个测试孔道，其孔道长度、曲线总转角、张拉端读数、被动端读数分别为Li、θi、P1i 、 P2i ，则有：P2i=P1i*e-(kLi+uθi)

设Ai=-ln(P2i/P1i),则上式可变为：Ai=kLi-uθi 通过上式建立一个二元线性回归模型，其中k、u为未知参数，进行二元线性回归，可得k、u值。

4孔道摩阻试验的方法

4.1 试验布置图

孔道摩阻试验装置如图1所示，采用一端张拉，并采用专门的压力传感器来准确测试张拉端和锚固端的压力。

图1 孔道摩阻试验布置图

4.2 试验方法

（1）按照现场实际情况，其测试方法为采用一端为固定端，另一端为张拉端，从20%的张拉控制里开始，逐级（每级增加20%）张拉至80%的设计张拉力，每个管道张拉3次。

（2）测试内容包括：张拉端与被张拉端测力传感器读数、张拉端油缸伸长量、被动端油缸外露长量、张拉端与被张拉端的夹片回缩量。

4.3 试验步骤

（1）试验前，做好主被动端两个千斤顶和压力传感器的标定工作。

（2）在传感器、锚具、千斤顶、管道四者同心的情况下，两端千斤顶同时充油至4MPa，检查设备状态。锚固段主缸可先伸出10cm。

（3）一端为张拉端，另一端为锚固端。张拉端从20%的张拉控制力开始，逐级（每级增加20%）张拉至80%的设计张拉力，每个管道张拉3次。每级张拉时均记录两端传感器读数、油压表读数、千斤顶油缸伸长量和工具锚夹片外露量。

（4）千斤顶张拉到设计吨位时，逐渐回油到0，再重复逐级张拉一次，求其平均值。

（5）千斤顶回油，卸下两端张拉装置，换至下一孔道进行。

4.4 试验中的关键注意事项

4.4.1 预应力束的工作长度

孔道摩阻试验时，对于预应力束的工作长度，需要同时考虑传感器、千斤顶、工具锚长度的影响。有时，为了使传感器能与梁体均匀接触，需要在传感器和梁体中间放置工作锚，此时，预应力筋的工作长度的预留还需要考虑工作锚长度的影响。

为了不浪费预应力筋，桥梁施工前，需要提前确定试验预应力束，在施工时，预留好足够的预应力束工作长度，并使同一预应力束的各根钢绞线尽量对齐。对于不需要做试验的预应力束的工作长度，可按照正常情况设计。

4.4.2 测试预应力束的最小数

施工现场做孔道摩阻试验时，为了保证试验成果的精度，需要待混凝土养护完成后进行，时间上与施工张拉预应力束相冲突，为了不影响施工进度，不宜测试过多的预应力束。

为了得到孔道摩阻系数μ和偏差系数k，需要两个不相关的方程联立求解。所以，最少需要测试两束预应力束。

由于试验存在误差，在条件允许的情况下，可以测试更多的预应力束，从而根据最小二乘法，得到孔道摩阻系数μ和偏差系数k的最优解。

4.4.3 数据记录

施工现场做孔道摩阻试验时，为了精确地得到预应力束的摩阻损失，每一级加载稳定后，需要同时读取张拉端和锚固端的读数仪数据，并做好记录，同时记录好相应的电动油泵的读数以及力筋伸长量，以确保试验结果的可靠性。

4.4.4 退锚

与施工过程中的张拉预应力束相比，施工现场做孔道摩阻试验，过程相对繁琐，其中，多出的一个重要环节就是退锚。每一次孔道摩阻试验完成后，都需要将工具锚、千斤顶和传感器退出。此时，随着千斤顶卸载，预应力筋不断回缩，夹片仍旧嵌紧于工具锚中，给退锚带来了麻烦。可以采用以下两种方式来方便退锚：

（1）除工具锚外，所有工作锚都不允许放置夹片，张拉端和锚固端的千斤顶做适当空走。孔道摩阻试验完成后，张拉端千斤顶首先卸载，取出工具锚夹片；然后，锚固端的千斤顶卸载，如果此时取工具锚夹片仍旧困难，可以使锚固端的千斤顶适当加载后，再卸载。

（2）除工具锚外，如果工作锚已经放置了夹片，且取出困难，张拉端工作锚夹片可以不用取出（锚固端工作锚夹片必须取出，否则试验错误）。加载前，锚固端千斤顶空走行程必须超过预应力束的设计总伸长量。孔道摩阻试验完成后，张拉端和锚固端的千斤顶分别先后卸载，并取出工具锚夹片。

可以看出，在预应力束工作长度不足的情况下，应该优先选择方法（1）进行退锚。

5孔道摩阻力的施工应用

在张拉力P相同的条件下，在无孔道摩阻和有孔道摩阻的条件下，可得出不同的钢束伸长量。

无摩阻钢束伸长量

有摩阻钢束伸长量

因此>，两种条件下产生的钢束伸长量之差。

式中，――钢束的控制应力(Mpa);x――锚下钢束的有效自由长(mm);

E――钢束的弹性模量(Mpa);――孔道摩阻力导致预应力损失应力(Mpa)。

由材料的弹性变形理论可知

伸长量之差 ：

――由伸长量之差引出的张拉力差。（Mpa） X――有效长度。（mm）

E―弹性模量。F――总张拉力。（MPA）

6结论

为了合理控制预应力混凝土桥梁的施工过程，并保证施工质量，必须进行预应力孔道摩阻试验。

参考文献

[1]JTG_T F50-2011. 桥涵施工技术规范

[2]JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.

[3]JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范.

[4]GB/T14370-2007.预应力筋用锚具、夹具和连接器.

[5] GB/T5224-2003.预应力混凝土用钢绞线

[6] JTG F80/1-2004 .公路工程质量检验评定标准