摘要：蘭新第二雙線32m鐵路簡支箱梁采用后張法預(yù)應(yīng)力體系，根據(jù)在實(shí)梁上進(jìn)行5種預(yù)應(yīng)力筋束的孔道摩阻試驗(yàn)，測試孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k，以檢查預(yù)應(yīng)力孔道的成孔情況，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)對張拉力進(jìn)行調(diào)整，保證實(shí)梁的有效預(yù)應(yīng)力。

　　關(guān)鍵字：預(yù)應(yīng)力摩阻系數(shù)偏差系數(shù)

　　1、引言：

　　預(yù)應(yīng)力張拉是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁的一道極為重要的工序，如何準(zhǔn)確將設(shè)計(jì)張拉力施加于梁體直接影響梁的耐久性、安全性、剛度及矢拱高度。后張梁管道摩阻是引起預(yù)應(yīng)力損失的五個(gè)主要因素(混凝土收縮徐變、鋼筋松弛、錨頭變形及鋼筋回縮、摩阻、混凝土彈性壓縮)之一。由于施工過程中諸多不確定因素及施工水平的差異，張拉前應(yīng)對管道摩阻現(xiàn)場測試，并根據(jù)測試結(jié)果對張拉力及管道進(jìn)行調(diào)整，將設(shè)計(jì)張拉力準(zhǔn)確施加至梁體。

　　蘭新第二雙線32m箱粱為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力束沿梁長通長布置，有腹板束和底板束兩種。共有孔道27孔，其中5孔采用9—7φ15.2鋼絞線，22孔采用10—7φ15.2鋼絞線。鋼絞線強(qiáng)度等級為1970 mpa。預(yù)應(yīng)力管道采用橡膠抽拔棒抽拔成型，設(shè)計(jì)管道局部偏差影響系數(shù)k=0.0015、摩擦系數(shù)μ=O.55。

　　2、摩阻測試的基本原理

　　張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道壁接觸面間產(chǎn)生摩擦力引起預(yù)應(yīng)力損失，稱為摩阻損失。摩阻損失主要由于孔道的彎曲和孔道的偏差兩部分影響所產(chǎn)生，從理論上說直線孔道無摩擦損失，但由于施工中孔道位置的偏差及孔道不光滑等原因，在鋼絞線張拉時(shí)實(shí)際上仍會(huì)與孔道壁接觸而引起摩阻損失，稱此項(xiàng)為孔道偏差影響(長度影響)摩擦損失，其值較小，反映在系數(shù)k上;對于彎道部分除了孔道偏差影響之外，還有因孔道轉(zhuǎn)彎，預(yù)應(yīng)力鋼絞線對彎道內(nèi)壁的徑向壓力所引起的摩擦損失，一般稱這部分影響為彎道影響摩擦損失，其值較大，并隨鋼筋彎曲角度的增加而增加，反應(yīng)在系數(shù)μ上。

　　本次管道摩阻試驗(yàn)選取編號為N11、N9、N7、N3、N1b五個(gè)孔道。試驗(yàn)孔道的位置及管道相關(guān)參數(shù)見表1。

　　表1 預(yù)應(yīng)力束布置及相關(guān)參數(shù)表

　　預(yù)應(yīng)力筋束編號管道長度X(m)管道彎起角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、試驗(yàn)計(jì)算原理

　　3.1理論公式

　　張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力損失按下式計(jì)算

　　σΔ =σcon[1-e-(μθ+kx)](1)

　　式中 σΔ——由于摩擦引起的應(yīng)力損失(MPa);

　　σcon —— 鋼絞線(錨下)控制應(yīng)力(MPa);

　　θ—— 從張拉端至計(jì)算截面的長度上，鋼筋彎起角之和(rad);

　　x—— 從張拉端至計(jì)算截面的管道長度(m);

　　μ——鋼絞線與管道壁之間的摩擦系數(shù);

　　k—— 每米管道對其設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù);

　　3.2參數(shù)μ、k分析

　　由式(1)可知，在預(yù)施應(yīng)力過程中，離張拉端x處因管道摩阻而損失的力筋束內(nèi)力值為

　　Fx=Fv[1-e-(μθ+kx)]=βFv(2)

　　式中 Fv——張拉力;

　　β——預(yù)應(yīng)力損失率;

　　x——張拉端至計(jì)算截面的力筋束長(m);

　　θ——從張拉端至計(jì)算截面的長度上力筋束的彎起角之和(rad);

　　μ——管道摩擦系數(shù);

　　k——管道偏差系數(shù);

　　當(dāng)采用一端張拉一端固定的方法測定參數(shù)μ和k時(shí)，式(2)可寫為

　　μθ+kx=-ln(1-β) (3)

　　試驗(yàn)存在誤差是不可避免的。假定式(3)的誤差為Δ，則有

　　μθ+kx+ln(1-β)=Δ (4)

　　如果有n束鋼絞線束，則

　　μθi+kxi-Ci=Δi(i=1,2,3,…n) (5)

　　式中，θi和xi分別為第i根力筋束的θ和x，Ci= -1n(1-βi)，從而得到全部力筋束測試誤差的平方和為

　　q=ΣΔi 2=Σ(μθi+kxi-Ci)2 (6)

　　當(dāng)аq/аμ=0且аq/аk=0時(shí)，q取得最小值，由此可得

　　μΣθi2+kΣxiθi -ΣCiθi =0

　　μΣxiθi+kΣxi2-ΣCixi =0 (7)

　　解方程組即可得μ、k值，需要指出的是，由于參數(shù)μ和k的耦聯(lián)，必須借助于2束以上的預(yù)應(yīng)力鋼束才能計(jì)算出μ和k值。

　　4、試驗(yàn)內(nèi)容和方法

　　4.1試驗(yàn)內(nèi)容

　　試驗(yàn)內(nèi)容包括管道摩阻試驗(yàn)和錨具摩阻試驗(yàn)兩部分，其中，管道摩阻試驗(yàn)的試驗(yàn)管道為N11、N9、N7、N3、N1b。主要通過測定五個(gè)管道張拉束主動(dòng)端與被動(dòng)端實(shí)測壓力值，根據(jù)規(guī)范規(guī)定的公式計(jì)算摩擦系數(shù)和偏差系數(shù) 。錨具摩阻試驗(yàn)采用成都新筑錨在4.0mxO.5mx0.5m的混凝土試件上進(jìn)行，同時(shí)，為測定喇叭口的摩阻損失，在試件上也要進(jìn)行喇叭口的摩阻損失試驗(yàn)，方法是通過測試?yán)�叭口與錨具摩阻損失之和，再從中扣除錨具摩阻損失，以確定喇叭口的摩阻損失。

　　4.2 、測試方法

　　4.2.1管道摩阻測試

　　試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力束兩端均安裝壓力傳感器和張拉千斤頂。在試驗(yàn)開始時(shí)，預(yù)應(yīng)力束兩端同時(shí)張拉至設(shè)計(jì)張拉控制荷載的20%，然后將一端封閉作為被動(dòng)端，以另一端作為主動(dòng)端，分級加載到設(shè)計(jì)張拉控制荷載。每級荷載到位后，均讀取兩端傳感器讀數(shù)P2、P1。重復(fù)張拉2次。然后根據(jù)兩端傳感器讀數(shù)，計(jì)算出孔道摩阻損失β�？椎滥ψ柙囼�(yàn)的方法見圖1。

　　圖1 孔道摩阻試驗(yàn)示意圖

　　4.2.2錨口摩阻及喇叭口摩阻測試

　　錨具摩阻及喇叭口摩阻試驗(yàn)在2.0mx0.6mx0.6m混凝土試件上進(jìn)行，截面中心處的預(yù)應(yīng)力管道為直管道，采用的成孔方式及錨具、錨墊板與箱梁相同。試驗(yàn)采用單端張拉方式，測試時(shí)需采用工作狀態(tài)的錨頭(安裝夾片)，在試件兩端分別安裝千斤頂，被動(dòng)端測試前首先張拉。試驗(yàn)方案見圖2 。

　　圖2錨具和喇叭口摩阻損失測試示意圖

　　5、試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　5.1孔道摩阻損失

　　第二次摩阻測試數(shù)據(jù)見表2。其中P2/P1設(shè)計(jì)值為按照《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》抽拔橡膠棒成孔時(shí)μ=0.55，k=0.0015時(shí)的值，P2/P1=e-(μθ+kx)。

　　表2摩阻測試數(shù)據(jù)

　　預(yù)應(yīng)力束編號 P2/P1設(shè)計(jì)值 P2/P1實(shí)測回歸值

　　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

　　N9 0.8340 0.9084 0.9044 0.8136 0.8039

　　N7 0.8615 0.8938 0.8881 0.8972 0.8989

　　N3 0.7956 0.8888 0.8687 0.8047 0.7989

　　N1b 0.9534 0.9648 0.9647 0.9342 0.9354

　　利用表1和表2的數(shù)據(jù)代入式(7)中，可得第一片：μ=0.44、k=0.0005，第二片：μ=0.55、k=0.0015。平均為μ=0.495、k=0.001按照規(guī)范規(guī)定，抽拔橡膠棒形成的管道，摩擦系數(shù)μ=0.55，偏差系數(shù)k=0.0015。試驗(yàn)結(jié)果μ值和k值比規(guī)范值小。

　　5.2錨口及喇叭口損失

　　錨口及喇叭口損失測試結(jié)果見表3。

　　表3錨口及喇叭口測試結(jié)果

　　序號 9孔錨具試件 10孔錨具試件

　　錨口+喇口摩阻(%) 錨具回縮量(mm) 錨口+喇叭口摩阻(%) 錨具回縮(mm)

　　1 8.5 2.81 8.0 3.47

　　2 8.1 3.59 6.3 3.76

　　3 7.6 3.38 9.2 3.21

　　平均值 8.1 3.26 7.8 3.48

　　由表3可知，3次錨口及喇叭口損失測試值基本接近，反映出測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。錨口摩阻損失設(shè)計(jì)值為6%，測試為8.1%、7.8%。大于設(shè)計(jì)值。

　　6 、結(jié)論

　　通過對預(yù)應(yīng)力筋的孔道摩阻測試與理論分析，得出以下結(jié)論：

　　1) 孔道摩阻系數(shù)μ=0.495，偏差系數(shù)k=0.001;

　　2) 預(yù)應(yīng)力束在施工中為兩側(cè)同時(shí)張拉。因此換算到跨中時(shí)，實(shí)測兩孔32m簡支梁梁跨中摩阻比設(shè)計(jì)值小0.95%。

　　3) 實(shí)測9孔、10孔錨具的錨口和喇叭口摩阻損失率為8.1%、7.8%;

　　4) 實(shí)測9孔、10孔錨具的回縮量分別為3.26mm、3.48mm

　　5) 測試結(jié)果表明管道摩阻偏小，預(yù)應(yīng)力管道定位和成孔工藝較好。但錨具和喇叭口摩阻偏大，可適當(dāng)提高預(yù)應(yīng)力束張拉控制應(yīng)力儀確保預(yù)施應(yīng)力準(zhǔn)確。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

　　2、空間曲線預(yù)應(yīng)力束摩阻損失參數(shù). 《西安公路交大學(xué)報(bào)》.

　　3、(2010)TJ字第LX09號.客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁孔道摩阻測試報(bào)告.鐵科院鐵道建筑研究所.

　　4、《350km/h客運(yùn)專線鐵路無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁設(shè)計(jì)圖》通橋(2008)2322A-Ⅱ。

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