喬為國 曲慧明 馬悅

重慶市設(shè)計院有限公司 重慶 400015

1 工程概況

某長江大橋系在原橋上游平行新建一座橋梁。橋梁結(jié)構(gòu)體系采用長聯(lián)大跨徑鋼混組合式剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋。橋跨布置為：4×138+ 330+ 138米，橋梁總長1120米，單向四車道，橋面寬19米。其中，1號、2號墩為墩梁分離（簡單支承），3號、4號、5號、7號墩為墩梁固結(jié)[1]。

2 研究目的、意義

由于懸臂長、工期緊等因素，設(shè)計方采用了諸多技術(shù)措施來保證大橋的安全實(shí)施，其中包括：大節(jié)段、大噸位預(yù)應(yīng)力筋。但是作為新型成孔材料與施工工藝，關(guān)于預(yù)應(yīng)力筋摩阻損失可參考資料不多。同時，本橋預(yù)應(yīng)力筋多為超長索，而且彎曲多、彎曲半徑小、彎曲角度較大，在兩端張拉時，其中段的有效預(yù)應(yīng)力損失很大。這種預(yù)應(yīng)力的損失往往不容易準(zhǔn)確地計算出來，因而其在張拉控制應(yīng)力作用下的伸長值也無法準(zhǔn)確計算。在連續(xù)剛構(gòu)梁懸臂施工過程中，預(yù)應(yīng)力孔道埋設(shè)的實(shí)際位置不可避免與設(shè)計存在誤差，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失量有所不同。這時，設(shè)計伸長值若按照以往經(jīng)驗計算是不能真實(shí)反映實(shí)際施工情況的。因此，測量預(yù)應(yīng)力筋的摩阻力，是確保施工質(zhì)量的有效措施。同時也為今后的設(shè)計、科研積累科學(xué)數(shù)據(jù)。

該項目的試驗研究直接指導(dǎo)橋梁預(yù)應(yīng)力施工，它不僅為橋梁安全、順利實(shí)施提供重要的技術(shù)保證，同時也為其他大跨度的懸臂施工梁橋的實(shí)施提供重要的技術(shù)參考[2]。

3 主要研究內(nèi)容

（1）直線形預(yù)應(yīng)力索孔道摩阻系數(shù)μ和孔道偏差系數(shù)k試驗研究。

（2）豎彎形預(yù)應(yīng)力索孔道摩阻系數(shù)μ和孔道偏差系數(shù)k試驗研究。

4 實(shí)施方案、試驗方法、數(shù)據(jù)分析

4.1 試驗對象選取及測點(diǎn)布置

直線形預(yù)應(yīng)力索選取為下游側(cè)3T41（3T41 鋼束規(guī)格：21φj15.24，單束長13350.4cm，張拉伸長量：開始端451.1mm，結(jié)束端476.8mm，張拉力：4101.3KN）。豎彎形預(yù)應(yīng)力選取為下游側(cè)3T14（3T14 鋼束規(guī)格：21φj15.24，單束長13364.8cm，張拉伸長量：開始端639.9mm，結(jié)束端222.8mm，張拉力：4101.3KN）。被測預(yù)應(yīng)力束長度按設(shè)計下料長度選取。

一般測試方法是壓力片直接貼在鋼絞線上，測試數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，但是貼片操作難度大、鋼絞線中部須開孔，而且張拉過程中因鋼絞線扭動，壓力片損壞的概率較大，測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。測點(diǎn)布置綜合考慮了試驗數(shù)據(jù)的完整性、施工現(xiàn)場的可操作性，同時盡量避免箱梁表面開孔對結(jié)構(gòu)受力的影響，確保試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。參考已有預(yù)應(yīng)力摩阻損失試驗方案，根據(jù)本橋參建各方意見，最后決定采用主動及被動千斤頂相結(jié)合的試驗方案。主要過程為：首先標(biāo)定千斤頂及配套電動油泵儀表，提高讀數(shù)精度。試驗時在預(yù)應(yīng)力束張拉端及錨固端安裝千斤頂。然后啟動張拉端千斤頂，根據(jù)試驗工況分級加載，記錄試驗數(shù)據(jù)，再進(jìn)行卸載，調(diào)換張拉端及錨固端位置，重新進(jìn)行分級張拉，記錄試驗數(shù)據(jù)。試驗設(shè)備布置，詳見圖1。先進(jìn)行頂板束（3T41）孔道摩阻力測試，按θ=θ1時求得k值；再進(jìn)行與頂板束（3T41）孔道同樣工藝及施工條件帶有曲線的有豎彎束（3T14）孔道的摩阻力試驗[3]。

圖1 管道摩阻試驗方法

4.2 試驗方法

預(yù)應(yīng)力束的兩端，以下簡述為A端和B端。

此試驗擬做以下工況測試：

（1）錨固B端，張拉A端；

（2）錨固A端，張拉B端；

為保證測試數(shù)據(jù)的可靠性，以上每個工況至少重復(fù)一次。

每個測試工況，按以下步驟進(jìn)行：

（1）預(yù)應(yīng)力束初張拉至10%δk，持荷3～5min，讀取、記錄電動油泵儀表數(shù)據(jù)，測試、記錄鋼絞線伸長量；

（2）張拉至30%δk，持荷3～5min，讀取、記錄電動油泵儀表數(shù)據(jù)，測試、記錄鋼絞線伸長量；

（3）張拉至50%δk，持荷3～5min，讀取、記錄電動油泵儀表數(shù)據(jù)，測試、記錄鋼絞線伸長量；

（4）張拉至70%δk，持荷3～5min，讀取、記錄電動油泵儀表數(shù)據(jù)，測試、記錄鋼絞線伸長量；

（5）張拉至80%δk，持荷3～5min，讀取、記錄電動油泵儀表數(shù)據(jù)，測試、記錄鋼絞線伸長量。

要求：張拉設(shè)備完好并經(jīng)過檢校，能穩(wěn)定保持張拉力。

4.3 試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中管道摩擦阻力估算的準(zhǔn)確程度直接影響結(jié)構(gòu)的使用安全，而施工質(zhì)量的優(yōu)劣往往會影響管道摩阻的大小。為確保橋梁質(zhì)量，于2月20日至22日對3號墩3T41、3T14兩束平彎束和豎彎束分別進(jìn)行了管道摩阻測試，預(yù)應(yīng)力鋼絞線束由21φj15.24預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成。

試驗時采用的張拉設(shè)備與實(shí)際施工時相同，試驗前張拉設(shè)備須經(jīng)過校正。由于管道長度達(dá)132m左右，應(yīng)該采用兩端張拉的方法，但是為了試驗的要求，準(zhǔn)確測出預(yù)應(yīng)力中摩擦阻力的損失值，所以試驗中采用單端張拉的方法。在主動端把兩臺千斤頂串聯(lián)使用，以滿足張拉時過大的伸長量的要求，但實(shí)際試驗過程采用一臺千斤頂張拉，張拉至最大行程后回油，同時記下夾片回縮量，繼續(xù)張拉。

管道摩阻力由管道曲率效應(yīng)和偏差效應(yīng)兩部分組成，管道摩阻可按下面的理論計算公式計算：

式中：P1、P2—分別為張拉端和固定端管道口鋼絞線束拉力；

L、θ—分別為管道總長度(m)和管道總彎起角(rad)；

K、μ—分別為管道偏差系數(shù)和鋼絞線束與管道壁之間摩擦系數(shù)。

P1、P2可由壓力表測出，L、θ按設(shè)計值取用，因此按二元線性回歸即可求得K和μ，兩束管道長度、管道彎起角、P2/P1設(shè)計值和實(shí)測回歸P2/P1列表1。按照規(guī)范管道摩阻系數(shù)μ取為0.25，局部偏差系數(shù)K為0.0015。

表1 預(yù)應(yīng)力管道的主要參數(shù)和摩擦阻力試驗結(jié)果（此計算中，彎起角θ只是端頭夾角）

第一次：

解得，K=0 .000945，μ=0 .095594

第二次：

解得，K=0.001235，μ=0.056794

空間包角綜合法（管道長度投影法（近似計算法））：

表2

按照上面公式求得：

第一次：μ1=0.109972 K1=0.002178

第二次：μ2=0.065523 K2=0.0028448

空間包角求和法（管道長度投影法（近似計算法））：

表3

按照上面公式計算求得：

第一次：μ1=0.101342 K1=0.002196

第二次：μ2=0.060382 K2=0.002283

另一種計算方法：

（1）對于3T41，由于此剛束累計彎起角僅為16度，可假定μ值為零，

即：P2=P1×e-KL

經(jīng)計算得，K1=0.002411，K2=0.002984，平均值為0.0026975

（2）對于3 T 1 4，由預(yù)應(yīng)力束3 T 4 1計算可假定K=0.0026975，代入公式：

求得，μ1=0.06344 μ1=0.07872，平均值為0.07108（偏小的是因為P2/P1實(shí)測值比設(shè)計值大）

如采取K=0.0015，則μ1=0.159700 μ1=0.173996，平均值為0.166848

5 結(jié)束語

通過等比例模型試驗測量預(yù)應(yīng)力筋的摩阻力，可以確保預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，同時也為同類型預(yù)應(yīng)力索的設(shè)計、科學(xué)研究積累實(shí)驗數(shù)據(jù)。通過本次試驗研究直接指導(dǎo)現(xiàn)場橋梁的預(yù)應(yīng)力張拉施工，它不僅為橋梁安全、順利實(shí)施提供重要的技術(shù)保證，同時也為其他大跨度的懸臂施工梁橋的實(shí)施提供重要的技術(shù)參考。