張 聞，趙 青

（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽合肥 230001）

0 引言

范水運河大橋主橋梁采用（75m+120m+70m）三跨變截面全預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。上部結(jié)構(gòu)箱梁橫截面采用單箱單室：主橋橋?qū)?5m（主橋橫斷面具體布置為：0.5m 護(hù)欄+3.0m 慢車道+4.0m 快車道+4.0m 快車道+3.0m 慢車道+0.5m 護(hù)欄），底面板寬8m，懸臂長度為3.5m，箱梁高度按二次拋物線，梁高從跨中3.2m 變化至距主墩中心2m 處7m。

預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失是后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁的主要預(yù)應(yīng)力損失，對它的準(zhǔn)確估計將關(guān)系到有效預(yù)應(yīng)力是否能滿足梁的使用要求，影響著梁體的預(yù)拱變形，在某些情況下將影響著橋梁的整體外觀等，過高的估計會使得預(yù)應(yīng)力張拉過度，導(dǎo)致梁端混凝土局部破壞或梁體預(yù)拉區(qū)開裂，且梁體延性會降低；過低的估計則不能夠施加足夠的預(yù)應(yīng)力，進(jìn)而影響橋梁的承載能力、變形和抗裂度等。

本文通過對范水運河大橋主橋預(yù)應(yīng)力管道摩阻錨圈口損失、錨固回縮損失測試分析，為橋梁施工監(jiān)控提供了可靠的數(shù)據(jù)，確保了施工質(zhì)量。

1 孔道摩阻系數(shù)測試

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時鋼束與管道壁接觸面間產(chǎn)生摩擦力引起預(yù)應(yīng)力損失，稱為摩阻損失。主要有2 種形式：一是由于曲線處鋼束張拉時對管道壁施以正壓力而引起的摩擦，其值隨鋼束彎曲角度總和而增加，阻力較大；二是由于管道對其設(shè)計位置的偏差致使接觸面增多，從而引起摩擦阻力，其值一般相對較小。

1.1 試驗原理

孔道摩阻測試的最終目的是得到孔道偏差系數(shù)k摩阻系數(shù)μ?？椎滥ψ璋? 部分：一為孔道彎道影響，張拉力筋時力筋接觸管道內(nèi)壁，在張拉時對內(nèi)壁施加徑向壓力。從而產(chǎn)生徑向壓力，并產(chǎn)生摩擦力；二是管道走動影響，由于管道施工誤差使得孔道內(nèi)壁呈波浪形，力筋在張拉時會接觸波汶管內(nèi)壁，從而引起摩擦損失。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計原理中，摩擦損失應(yīng)力表達(dá)式為：

式（1）中：

σs4—預(yù)應(yīng)力鋼筋錨下的張拉控制應(yīng)力；

θ—從張拉端至計算截面的孔道彎角之和，以弧度計；

x—從張拉端至計算截面的孔道長度，以米計；

μ—預(yù)應(yīng)力束與孔道壁的摩阻系數(shù)；

k—孔道對設(shè)計位置的偏差系數(shù)。

假定張拉端張拉力為P1、非張拉端為P2，則式（1）可變換成：

對式（3）兩邊求導(dǎo)，得到：

設(shè)管長度道為l，利用最小二乘法原理，試驗誤差最小時的μ 和k 應(yīng)使下式取得最小值：

由方程組可得μ 和k 值。

1.2 試驗內(nèi)容和方法

本次試驗擬選取的預(yù)應(yīng)力筋編號為W3，D3。主要通過測定孔道張拉束主動端與被動端實測壓力值，根據(jù)規(guī)范規(guī)定的公式計算偏差系數(shù)k 和摩擦系數(shù)μ。

試驗預(yù)應(yīng)力束兩端均安裝壓力傳感器和張拉千斤頂。在試驗開始時，預(yù)應(yīng)力束兩端同時張拉至設(shè)計張拉控制荷載的5%，然后將一端封閉作為被動端，以另一端作為主動端，分級加載至設(shè)計張拉控制荷載。每級荷載到位后，均讀取兩端傳感器讀數(shù)。主被動端互換后再測試一次。然后根據(jù)兩端傳感器讀數(shù)，計算出孔道摩阻損失?？椎滥ψ柙囼灥姆椒ㄈ鐖D1 所示?？椎揽椎滥ψ柘禂?shù)計算如表1 所示。

圖1 孔道摩阻試驗示意圖

表1 孔道摩阻系數(shù)計算表

表2 孔道摩阻系數(shù)的實測值

將表1 數(shù)據(jù)代入式（6）中，計算出μ 及k 值。并同規(guī)范值比較，如表2 所示。

根據(jù)表2 數(shù)據(jù)，結(jié)合《公路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）相關(guān)的規(guī)定，可以發(fā)現(xiàn)試驗實測孔道摩阻系數(shù)μ 及偏差系數(shù)k 值與規(guī)范推薦值基本吻合，實測值比理論值略大。

造成實測值大于規(guī)范推薦值的原因主要有以下幾點：

（1）由于波紋管的孔道成型不夠良好，孔道定位不夠準(zhǔn)確或者受到外界因素的影響發(fā)生偏移而造成孔道不順直，特別是在節(jié)段連接處孔道易產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角。

（2）試驗中千斤頂、油泵等張拉機具系統(tǒng)存在內(nèi)摩阻的影響。

（3）由于在加壓時壓力表有振動，節(jié)流閥密實性的影響，操作人員存在控制誤差，從而使得實際讀數(shù)與理論計算值有誤差。

2 錨圈口損失測試

由于張拉過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋與錨圈口接觸并發(fā)生相對滑動，必然產(chǎn)生摩擦阻力，而這些摩擦阻力包括在張拉控制力中，因此有必要進(jìn)行現(xiàn)場試驗，確定錨圈口損失數(shù)值。

2.1 試驗原理

在試驗束的張拉端安裝2 個傳感器，一個在錨板內(nèi)，一個在錨板外，設(shè)錨板外壓力傳感器讀數(shù)為N1時，錨板內(nèi)壓力傳感器的相應(yīng)讀數(shù)為N2，則錨口摩阻力損失為：

以張拉力的百分率表示的錨口和錨墊板摩阻損失為：

和般測試2 組，取2 次的Δp 和η 平均值，再予以平均，即為測定值。

2.2 試驗內(nèi)容和方法

本次錨圈口摩阻損失試驗擬選取的預(yù)應(yīng)力筋編號為W3，D3。通過測定錨圈口內(nèi)外2 個傳感器之間顯示的荷載值之差即為錨圈口摩阻損失，測試方法如圖2 所示。試驗張拉2 次，測試結(jié)果如表2 所示。

2.3 試驗結(jié)果分析

錨圈口損失現(xiàn)場測試結(jié)果如表3 所示。

從表3 數(shù)據(jù)分析可見，錨板孔數(shù)越多，損失率偏小；錨板孔數(shù)越少，損失率偏大。實測數(shù)據(jù)與理論推算趨勢相同，現(xiàn)場測得損失率均小于5%，符合規(guī)范要求。

圖2 錨圈口摩阻損失測試傳感器布置圖

表3 錨圈口損失測試結(jié)果

3 錨固回縮損失測試

預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固時，無論采用何種錨具，都會產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力鋼筋的回縮，引起預(yù)應(yīng)力損失。錨固回縮損失只與管道物理性質(zhì)、張拉端與錨固端的距離有關(guān)。本次試驗選取W3，D3號預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行錨固回縮損失試驗。

3.1 試驗原理

關(guān)于錨固回縮試驗計算分析如下：

首先計算反摩阻影響長度lf，即

Δl 由規(guī)范查得取值6mm，Ep為預(yù)應(yīng)力筋的彈模，σd為單位長度上的摩阻損失。

則考慮反摩阻后預(yù)應(yīng)力筋損失為：

試驗時，在預(yù)應(yīng)力鋼束兩端的工作錨具與錨墊板之間安裝一個壓力傳感器，張拉至設(shè)計噸位后，分別測量兩端傳感器錨固前和錨固后的數(shù)值，換算成對應(yīng)的荷載，兩端傳感器各自錨固前、后測得的荷載差值即為兩端的錨固回縮損失值。

3.2 試驗內(nèi)容和方法

錨固回縮損失試驗具體測試步驟如下：

表4 錨固回縮損失測試數(shù)據(jù)

（1）設(shè)錨固前壓力傳感器讀數(shù)為P1時，錨固后壓力傳感器的相應(yīng)讀數(shù)為P2，則錨固回縮損失為：

以張拉力的百分率表示錨固回縮損失為：

（2）2 次的Δp 和η 平均值，再予以平均，即為測定值。

3.3 試驗結(jié)果分析

錨固回縮損失測試數(shù)據(jù)如表4 所示。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

孔道摩阻損失是后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力損失的重要組成部分，對其進(jìn)行現(xiàn)準(zhǔn)確測試是十分必要的，并應(yīng)根據(jù)實測結(jié)果進(jìn)行施工控制。通過主、被動端千斤頂法測試孔道摩阻系數(shù)，應(yīng)用線性回歸原理分析數(shù)據(jù)的方法合理可靠、簡單易行。

綜合試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論：

（1）現(xiàn)場實測摩阻系數(shù)為μ=0.254，k=0.00198，與規(guī)范推薦值（μ=0.20～0.25，k=0.0019）吻合較好；

（2）錨口損失率2.85%～3.32% 之間，符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（5%以內(nèi)）；

（3）錨固回縮損失在13.05%～13.10%之間，與理論計算值（13.1%）吻合較好。

4.2 建議

通過數(shù)據(jù)分析可以看出，孔道摩阻試驗成功的真實反映了孔道摩擦損失、錨固回縮損失，現(xiàn)提出幾點建議：

（1）孔道摩阻試驗結(jié)果可以直接應(yīng)用于后期施工控制的理論計算中，并以此指導(dǎo)現(xiàn)場施工；

（2）嚴(yán)格控制孔道定位及成孔工藝，后期隨著節(jié)段的增長，孔道定位的不準(zhǔn)確會引起摩阻系數(shù)的增加；

（3）錨圈口損失與錨固回縮損失都在范圍內(nèi)，現(xiàn)場可保持原張拉工藝進(jìn)行后期節(jié)段的施工。

［1］王海良，董鵬.橋梁工程施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2013.

［2］劉耀東，劉璐，白應(yīng)華.桂丹公路特大橋預(yù)應(yīng)力孔道摩阻系數(shù)試驗研究［J］.混凝土，2010（11）.

［3］李昌鋒.塑料波紋管預(yù)應(yīng)力摩阻損失測試與分析［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報，2009（2）.