曲海軍

(中鐵十二局第七工程有限公司， 湖南長沙 410000)

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單端張拉條件下預(yù)應(yīng)力孔道摩阻損失測試研究

曲海軍

(中鐵十二局第七工程有限公司， 湖南長沙 410000)

【摘要】預(yù)應(yīng)力孔道摩阻損失系數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)是后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件張拉力設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其取值是否合理不僅會影響結(jié)構(gòu)的正常使用功能及耐久性，甚至影響結(jié)構(gòu)的安全。目前規(guī)范給出的測試方法只有在具備兩端張拉的條件下才適用，為此文章提出了利用單端張拉力和伸長量求解孔道摩阻損失系數(shù)的測試方法，并進(jìn)行了工程實(shí)例驗(yàn)證，可為同類工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】后張法；預(yù)應(yīng)力；摩阻損失；測試

后張法預(yù)應(yīng)力摩阻損失包括孔道摩阻損失、喇叭口和錨口圈摩阻損失3部分，是后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力損失的主要部分之一[1]。高速鐵路橋梁多采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)，由于行車速度快，對軌道平順度要求極高，如果預(yù)應(yīng)力摩阻損失計(jì)算取值不準(zhǔn)確，不可避免地影響梁體后期徐變變形預(yù)測的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致軌道的豎向平順度超過規(guī)范要求，不僅給后期的維護(hù)帶來困難，甚至影響行車安全。

預(yù)應(yīng)力摩阻損失不僅與孔道材料性質(zhì)、預(yù)應(yīng)力鋼絞線種類及錨具類型有關(guān)，而且與施工水平、張拉工藝及環(huán)境等因素密切相關(guān)[2-5]。為確保預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確施加，避免梁體后期發(fā)生不可預(yù)見的變形，確保承載力滿足設(shè)計(jì)需求，需要對同一工地同一施工條件下的預(yù)應(yīng)力摩阻相關(guān)系數(shù)進(jìn)行實(shí)際測定，從而為控制錨下張拉力和預(yù)拱度設(shè)定提供可靠依據(jù)。目前規(guī)范給定的后張法預(yù)應(yīng)力孔道摩阻損失的測試方法只適合兩端張拉情況[6]，但實(shí)際過程中經(jīng)常需要對單端張拉條件下的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行孔道摩阻損失測試。為此本文提出了單端張拉預(yù)應(yīng)力摩阻損失測試方法，推導(dǎo)了相應(yīng)的計(jì)算過程，并進(jìn)行了實(shí)際工程驗(yàn)證。

1預(yù)應(yīng)力摩阻損失測試

后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時由于預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁接觸并沿孔道滑動而產(chǎn)生摩擦阻力?？椎滥ψ钃p失可分為孔道彎曲影響和孔道偏差影響兩部分，分別用孔道摩阻系數(shù)μ和孔道偏差系數(shù)k表示。目前測試孔道摩阻損失系數(shù)的方法有應(yīng)變分布法和拉力比法等。

1.1常規(guī)測試方法及優(yōu)缺點(diǎn)

(1)應(yīng)變分布法：即沿預(yù)應(yīng)力筋長度方向不同位置粘貼應(yīng)變片，并通過錨具預(yù)留出的孔眼將測試導(dǎo)線引出(圖1)，通過測試預(yù)應(yīng)力筋沿長度方向應(yīng)變的變化情況，求得預(yù)應(yīng)力孔道摩阻損失系數(shù)。該測試方法的優(yōu)點(diǎn)是精度較高，測試誤差不會在求解過程中被放大，可以在單端張拉的條件下進(jìn)行摩阻損失參數(shù)測試；缺點(diǎn)是測試過程繁瑣，費(fèi)用高，速度慢，對鋼絞線有一定的損傷，一般多用于理論研究，不適合工程生產(chǎn)測試。

(2)拉力比法測試預(yù)應(yīng)力孔道摩阻系數(shù)，一端作為主動端進(jìn)行張拉，另一端作為被動端，通過測試兩端拉力比的方式來求得孔道摩阻系數(shù)(圖2)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是測試過程簡單，速度快，費(fèi)用低，適合工程生產(chǎn)測試；但該測試方法在單端張拉的情況下不適用，而且測試誤差在求解過程中會被放大。

圖1　應(yīng)變分布法測試圖

圖2　拉力比法測試原理

1.2單端張拉P-△測試法

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，考慮孔道摩擦損失后預(yù)應(yīng)力筋任意位置處的實(shí)際拉力為：

(1)

式中:Px為計(jì)算截面處預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際拉力(kN)；Pcon為張拉端錨下控制張拉力(kN)；μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道之間的摩擦系數(shù)；θ為預(yù)應(yīng)力筋曲線段孔道彎折夾角(rad)；k為預(yù)應(yīng)力孔道偏差系數(shù)；x為從張拉端至計(jì)算截面的預(yù)應(yīng)力孔道長度(m)。

根據(jù)式(1)，由彈性變形理論得鋼絞線微段dx的伸長量為：

(2)

式中：Δ為從張拉端至x長度范圍的總伸長量，則d(Δ)為對應(yīng)微段dx上的伸長量；E為為鋼絞線的彈性模量；A為為鋼絞線的面積。

將式(2)在鋼絞線長度范圍內(nèi)積分即可得到鋼絞線的總伸長量:

(3)

采用P-△法測試預(yù)應(yīng)力孔道摩阻損失參數(shù)的測試方法為通過測試鋼束張拉力Pcon和對應(yīng)的鋼束伸長量△，經(jīng)過相關(guān)計(jì)算求得孔道摩阻系數(shù)μ及孔道偏差系數(shù)k，具體計(jì)算原理及方法如下。

根據(jù)式(3)可知，在鋼絞線彎折角度θ、長度l和張拉端錨下控制張拉力Pcon一定的情況下，鋼絞線的伸長量為μ和k的函數(shù)，由多元函數(shù)微分疊加原理有:

(4)

式(4)為dμ和dk的方程組。取設(shè)計(jì)值μd和kd為初始值，即μ(0)=μd，k(0)=kd，則，d(Δli(0) = |Δlic-Δli (μ(0),k(0))|,代入式(4)求出dμ(1)和dk(1)，進(jìn)而得μ(1)=μ(0)+dμ(1)，k(1)=k(0)+dk(1)，d(Δli(1) =|Δlic-Δli (μ(1),k(1))|。循環(huán)迭代，直至收斂到理想結(jié)果。實(shí)際過程中可以對所測試鋼絞線的P、△進(jìn)行兩兩組合，分別求出孔道摩阻系數(shù)μ及孔道偏差系數(shù)k，然后取平均值作為測試結(jié)果。

1.3測試實(shí)例

某城際鐵路32m支架現(xiàn)澆箱梁的預(yù)應(yīng)力管道采用金屬波紋管成型管道形式，鋼束與管道壁之間的摩阻系數(shù)規(guī)范值為μ=0.23，偏差系數(shù)k=0.0025，選擇N1a、N1b、N3和N5束進(jìn)行了管道摩阻測試。箱梁的管道摩阻測試基本數(shù)據(jù)見表1，管道摩阻測試數(shù)據(jù)分析見表2。

計(jì)算得該32m支架現(xiàn)澆單線簡支箱梁管道摩阻系數(shù)μ=0.21，k=0.0030。

2結(jié)論與建議

(1)應(yīng)變分布法的測試精度較高，可以適用于單端張拉的條件；但測試過程繁瑣，費(fèi)用高，速度慢，對鋼絞線有一定的損傷，不適合工程生產(chǎn)測試。

(2)拉力比法的測試過程簡單，速度快，費(fèi)用低，適合工程生產(chǎn)測試；但該測試方法在單端張拉的情況下不適應(yīng)，而且測試誤差在求解過程中會被放大。

(3)單端張拉P-△測試法不僅測試過程簡單，速度快，費(fèi)用低，而且在單端張拉的情況下也適用。

表1　管道摩阻基本資料和測試數(shù)據(jù)

表2　管道摩阻測試數(shù)據(jù)分析

參考文獻(xiàn)

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院. 預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋裂縫成因分析研究報(bào)告[R]. 北京: 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院, 1998.

[2]梁南平, 程偉, 童代偉. 大跨連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)應(yīng)力束孔道摩阻測試研究[J]. 公路交通技術(shù),2010,8(4):77-79, 84.

[3]陳曉寶,陳麗華,董燕囡. 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中空間索線筋的預(yù)應(yīng)力摩擦損失計(jì)算[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2003,36(6):26-30.

[4]李海東, 劉世忠. 客運(yùn)鐵路專線預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁摩阻損失的現(xiàn)場測試與分析[J]. 蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2014, 21(4):51-55.

[5]程海潛, 曹剛毅, 程慶華. 接觸壓力分布對預(yù)應(yīng)力彎曲孔道摩阻損失的影響[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,36(2):293-297.

[6]GB50666-2011 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[作者簡介]曲海軍(1980～)，男，本科，工程師，從事路橋施工技術(shù)工作。

【中圖分類號】TU757.1+3

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

[定稿日期]2015-12-02