劉壯武 LIU Zhuang-wu；章晨昊 ZHANG Chen-hao

（山東交通學(xué)院，濟(jì)南 250300）

0 引言

為檢驗(yàn)橋梁索塔設(shè)計(jì)所取計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性，避免得到的預(yù)應(yīng)力損失存在過大差異，更精確地得到張拉的控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力筋伸長量，對其進(jìn)行摩阻試驗(yàn)測試是直接且必要的辦法。

1 工程概況

某斜拉橋工程主橋全長328m，為（90+238）m獨(dú)塔、斜塔中央索面混合梁斜拉橋，結(jié)構(gòu)總體為塔、墩、梁固結(jié)體系。斜拉橋主塔混凝土為C50混凝土，以U型鋼束作為索塔錨固區(qū)的配置，兩端使用并行同步張拉的施工工藝，其管道是鍍鋅的金屬波紋管、且使用真空輔助壓漿工藝。

第一次試驗(yàn)截面高程為262.495m，位于橋塔19節(jié)段，錨塊編號MK1，環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋編號N4預(yù)應(yīng)力束，截面尺寸為順橋向7.545m，橫橋向9.002m，錨固于塔柱內(nèi)側(cè)，如圖1所示，其預(yù)應(yīng)力鋼束規(guī)格為Φ15.2-19，環(huán)向曲率半徑R為1.8m，鋼絞線公稱直徑d為15.2mm，公稱面積A為139mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，張拉控制應(yīng)力為0.75fpk，錨固于塔柱外側(cè)。索塔內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼束采用U形預(yù)應(yīng)力鋼絞線束，其具體布置如圖1所示，試驗(yàn)時塔柱混凝土的實(shí)際立方強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級值的80%以后張拉鋼束，U型預(yù)應(yīng)力鋼束采用兩端張拉，Pk=3684.195KN，初始張拉噸位按10%的設(shè)計(jì)張拉力，從初張拉應(yīng)力到張拉控制應(yīng)力分別為0.2Pk、0.4Pk、0.6Pk、0.8Pk、1.0Pk逐級增壓張拉。每級持載時間為2min，末級為5min。如圖1所示。

第二次試驗(yàn)截面高程為279.495m，位于橋塔23節(jié)段，錨塊編號MK6，環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋編號N1預(yù)應(yīng)力束，截面尺寸為順橋向7.381m，橫橋向7.564m，錨固于塔柱外側(cè)，如圖2所示。其預(yù)應(yīng)力鋼束規(guī)格同為Φ15.2-19，鋼束規(guī)格為Φ15.2-19，環(huán)向曲率半徑R為1.8m，鋼絞線公稱直徑d為15.2mm，公稱面積A為139mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，張拉控制應(yīng)力為0.75fpk，錨固于塔柱外側(cè)。索塔內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼束采用U形預(yù)應(yīng)力鋼絞線束，其具體布置如圖3所示，試驗(yàn)時塔柱混凝土的實(shí)際立方強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級值的80%以后張拉鋼束，U型預(yù)應(yīng)力鋼束采用兩端張拉，Pk=3684.195kN，初始張拉噸位按10%的設(shè)計(jì)張拉力，從初張拉應(yīng)力到張拉控制應(yīng)力分別為0.2Pk、0.4Pk、0.6Pk、0.8Pk、1.0Pk五級。每級持載2min，末級持載5min。如圖2所示。

2 試驗(yàn)方法

為準(zhǔn)確得到索塔內(nèi)部管道部分的摩阻試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，通過壓力傳感器測量得到張拉主動端和被動端的壓力，摒棄千斤頂油壓表讀取數(shù)據(jù)的方式，采用原理如圖4所示的裝置進(jìn)行試驗(yàn)，因?yàn)榍Ы镯敽退魉蚬ぞ咤^相互直接受力，故而壓縮變形等各種外界不利因素可以在張拉中得到及時的補(bǔ)償更改，而且測試的耗時比較短，免除了收縮與徐變等外界因素造成的不利影響，所以測得的兩端壓力傳感器讀數(shù)的差值即是孔道的摩阻損失。如圖4所示。

3 操作流程

①將預(yù)應(yīng)力鋼束穿過孔道，保證所有鋼束進(jìn)出管道的位置保持相同，避免其交叉或扭纏；

②在預(yù)應(yīng)力筋的兩端各裝1臺千斤頂同時充油保持一定數(shù)值（約4MPa），試驗(yàn)時采用單端張拉，測試時首先將兩端千斤頂?shù)挠透咨龎?，使預(yù)應(yīng)力鋼索的張拉應(yīng)力達(dá)到初張拉應(yīng)力值0.1σcon，穩(wěn)住油壓，并將回油閥關(guān)死；記錄兩端讀數(shù)（油壓表壓力、壓力傳感器和千斤頂活塞伸長值）；

③開動張拉主動端千斤頂進(jìn)行張拉，從初張拉到張拉控制應(yīng)力分級為0.2Pk、0.4Pk、0.6Pk、0.8Pk、1.0Pk五級。每級持荷2min，末級為5min。記錄兩端各項(xiàng)指標(biāo)讀數(shù)；

④當(dāng)張拉拉力到設(shè)計(jì)值時，逐步回油到零，按以上步驟再進(jìn)行2次；然后主被動端互換，上述過程繼續(xù)重復(fù)3次；

⑤計(jì)算兩端張拉力差值即為該孔道的摩阻損失。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析

4.1 由管道摩阻所產(chǎn)生的應(yīng)力損失

σL=σcon[1-e-（μθ+tx）]

σcon——錨下控制張拉應(yīng)力；

μ——預(yù)應(yīng)力孔道摩阻系數(shù)；

θ——從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線夾角，rad；

t——管道相對于其設(shè)計(jì)位置偏差的系數(shù)；

x——從張拉端至計(jì)算截面孔道長度，m。

設(shè)主動端的張拉力值為P1，被動端的張拉力值為P2，則公式兩邊同時乘以預(yù)應(yīng)力鋼束的有效面積可得：

張拉進(jìn)程的孔道摩阻損失率為：

損失率=（P1-P2）/P1×100%

孔道偏差系數(shù)k根據(jù)施工規(guī)范取值，全U型孔道θ取3.14（即180°），根據(jù)工程實(shí)際計(jì)算x取值。

4.2 二元線性回歸法計(jì)算μ、k值

分級測試預(yù)應(yīng)力束張拉過程中主動端與被動端的荷載，并通過線性回歸確定管道被動端和主動端荷載的比值，然后利用二元線性回歸的方法確定預(yù)應(yīng)力管道的μ、k值。

計(jì)算公式為：

式中：

Ci——第i個管道對應(yīng)的值Ci=-ln（P2/P1），P1、P2分別為主動端與被動端傳感器壓力；

li——第i個管道對應(yīng)力筋的水平投影長度（m）；

θi——第i個管道對應(yīng)力筋的空間曲線包角（rad），曲線包角的實(shí)用計(jì)算以綜合法的計(jì)算精度較好，其表達(dá)式為：

式中：

θH——空間曲線在水平面內(nèi)投影的切線角之和；

θV——空間曲線在圓柱面內(nèi)展開的豎向切線角之和；

n——實(shí)際測試的管道數(shù)目，且不同線形的力筋數(shù)目不小于2；

μ——鋼筋與管道壁間的摩擦系數(shù)；

k——管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)。

二元線性回歸法在使用過程中，其原始數(shù)據(jù)離散過大會導(dǎo)致計(jì)算得到的結(jié)果不穩(wěn)定性增大，任意增減幾組數(shù)據(jù)將會導(dǎo)致得到的結(jié)果發(fā)生大幅變化，故而該方法只有在原始數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較高的情況下才適用。

4.3 假定k值法原理

本試驗(yàn)中的預(yù)應(yīng)力鋼束長度不足20m，預(yù)應(yīng)力管道x值也較小。第一次試驗(yàn)x取值為19.808m，第二次試驗(yàn)x取值為17.056m，規(guī)范中對管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)k給定值為0.0015，上式中“kx”，項(xiàng)數(shù)值應(yīng)該很小。因此，分析試驗(yàn)結(jié)果時可讓k值在0.0015左右浮動計(jì)算μ值，確定摩擦系數(shù)的取值。如表1所示。

表1 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范對μ和k值取值規(guī)定

摩阻實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場作業(yè)照，如圖5所示。

5 結(jié)束語

本試驗(yàn)以宜昌市某斜拉橋?yàn)楸尘?，利用?shí)測數(shù)據(jù)，假定k值法求μ值，當(dāng)k值取0.0015時，μ值均小于0.25，若假定μ值為0.25，k值均為負(fù)值，滿足要求。同時當(dāng)μ取0.0015，μ取0.25時，利用上述公式計(jì)算被動端/主動端的比值，即為最危險(xiǎn)狀態(tài)比值，得出第一次試驗(yàn)比值為0.442，第二次試驗(yàn)比值為0.4445，對照試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果，比值均滿足要求。

但是需要注意的是第一次孔道摩阻試驗(yàn)中，雖然μ和k值滿足要求，但是施工方所使用的千斤頂加載力與理論加載力之間誤差較大，這就要求施工單位在實(shí)際張拉過程中按誤差情況進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)張，同時施工單位工程施工中應(yīng)及時進(jìn)行千斤頂標(biāo)定，控制張拉誤差，提高施工精度，確保索塔環(huán)向預(yù)應(yīng)力按照設(shè)計(jì)理論值張拉到位。