现浇连续梁桥摩阻试验报告

预应力混凝土连续梁

孔道摩阻试验报告

1 工程概况

(58+96+58)m预应力混凝土连续梁采用挂篮施工，梁全长212m,梁体为单箱单室，变高度、变截面结构,梁高沿纵向按圆曲线变化。全桥每个T构为12个对称浇注梁段，中支点0#梁段长度11.0m，悬灌梁段长度分成3.0m、3.5m、和4.0m，合拢段长2.0m，边跨现浇段共长9.75m，最大悬臂浇筑块重1216.5KN。箱梁横截面为单箱单室直腹板，顶板厚32cm，腹板厚分别为45cm、57.5cm、70cm，底板厚由跨中的46cm按圆曲线变化至中支点梁根部的95cm。桥面设单线轨道，宽8.5m，横坡为双向2%，纵坡为+4.3‰，箱梁采用双向预应力体系。

桥面采用整体桥面形式。梁体采用C55混凝土，封端采用C55无收缩混凝土。预应力采用纵向和竖向预应力体系，其中纵向预应力钢筋采用抗拉强度标准值为1860MPa的高强低松弛钢绞线，公称直径15.2mm，其技术条件应符合GB/T5224-2003标准，纵向预应力管道采用圆形金属波纹管，锚具采用OVM系列锚具。

应施工单位要求，对石长铁路增建第二线湘江特大桥(58+96+58)m预应力混凝土连续梁进行预应力孔道摩阻试验。

2 摩阻试验的必要性

由于预应力筋过长或弯曲过多都会加大预应力筋的孔道摩阻损失，特别是弯曲多、弯曲半径小、弯曲角度较大的预应力筋，两端张拉时，中间段的有效预应力损失较大。实测资料表明：虽然孔道材质、力筋束种类以及张拉控制力相同，不同单位施工的梁所用的钢绞线与波纹管的实测孔道摩阻系数却大不相同，同一单位施工的不同孔道的摩阻系数也存在差异。

作为张拉的控制条件，如果孔道有漏浆堵塞现象，若不校核伸长值，就会使有效预应力达不到设计要求；另外，在施工过程中，预应力孔道埋设与设计存在误差时，预应力损失也是不同的，这时，设计伸长值若按照以往经验计算是不能真实反映实际施工情况的。因此，测量预应力筋的摩阻力，是确保施工质量的有效措施。

另外各个厂家生产的预应力筋用夹片式锚具及锚垫板也是不相同的，预应力筋在锚具及锚垫板处发生的摩擦损失也不相同，需要对锚具和锚垫板处产生的预应力损失进行现场测定。

为解决孔道摩阻常规测试中存在的问题，保证测试数据的准确性，在本桥梁体孔道摩阻试验中，使用穿心式压力传感器测试张拉端和被动端的压力以代替千斤顶油压表读取数据的方法，提高了测试数据的可靠度与准确性，测试结果不受千斤顶油压表读数分辨率较低的影响；并在传感器外采用约束垫板的测试工艺，以保证张拉过程中压力传感器与张拉千斤顶对位准确。

3 摩阻损失组成

3.1 孔道摩阻损失

后张梁张拉时，由于力筋与管道壁接触并沿管道滑动而产生摩擦阻力，摩阻损失可分为弯道影响和管道走动影响两部分,理论上讲，直线管道无摩擦损失，但管道在施工时因震动等原因走动而变成波形，并非理想顺直，加之力筋因自重而下垂，力筋与管道实际上有接触，当有相对滑动时就会产生摩阻力，此项称为管道走动影响（或偏差影响、长度影响）。对于曲线管道，除了管道走动影响之外，还有力筋对管道内壁的径向压力所产生的摩阻力，该部分称为弯道影响。

按照《TB1002.3-2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》，预应力钢束的摩阻损失按下式计算：

                                    （1）

式中:

—张拉控制应力，；

—弯曲孔道端部切线交角，，对于空间预应力束，空间包角情况下，采用如下近似方法计算：

                                            （2）

式中：

－空间曲线在水平面上投影包角；

－空间曲线在竖向圆柱面的展开平面上投影包角；

－曲线分段；

—孔道长度，m；

、—分别为孔道摩阻系数和孔道偏差系数。

3.2 锚口、喇叭口损失

预应力筋通过锚具在预应力孔道端部散开，张拉时预应力筋与锚垫板及锚具将发生摩擦损失，此部分预应力损失称为锚口及喇叭口损失，以张拉力的百分比计。

4 摩阻试验仪器布置

4.1 预应力束选择

试验选择预应力束的原则如下：

（1） 预应力束的长度不能太小，否则，摩阻损失较小，而影响因素较多，试验精度无法保证；

（2） 预应力束的长度不能过大，因为试验时预应力束为单端张拉，预应力束的伸长量较大，若预应力束长度过大则会增加试验的难度。

根据以上原则，选择2束腹板束M3和2束顶板T4束进行孔道摩阻试验。

4.2 预应力孔道摩阻损失测试

试验采用《TB10203-2002 铁路桥涵施工规范》附录所建议的仪器布置测试本桥孔道摩阻损失，仪器布置如图1所示。

图1 摩阻试验仪器布置图

4.3 锚口损失和喇叭口损失

由于锚口和喇叭口损失在张拉力中所占比重较小，故将锚口和喇叭口损失合在一起进行测试。为测试锚口损失和喇叭口损失，需要做一试验梁（梁长4m，截面为0.5m×0.5m，配置一定的普通钢筋及锚下螺旋筋），测试喇叭口损失的试验仪器布置图见图2。

图2 锚口、喇叭口损失测试仪器布置图

5 现场试验步骤

5.1 孔道摩阻试验

（1） 试验过程按照相关规范要求进行试验设备安装，每一束分三级张拉，当千斤顶张拉到各级分级荷载时，进行应变量测，记录测试数据，先进行直线束孔道摩阻力测试，按式（1）＝0时求得值，再进行与直线束孔道同样工艺及施工条件的曲线束孔道的摩阻试验，并以所得值代人式（1）求得值，为减小退锚的难度，在张拉前将锚固端千斤顶油缸空载顶出10cm，然后安装夹片，张拉完成后，锚固端千斤顶回油，减小退锚时钢绞线的预应力；

（2） 试验前测试压力传感器初值，然后分级单端张拉；

（3） 张拉到分级荷载，持压5min，测量压力筒压力。

5.2 锚口、喇叭口损失试验

（1） 试验过程按照图2及相关规范要求进行试验设备安装，均进行3次张拉试验，每次张拉后都要退锚重新安装千斤顶，为减小退锚的难度，在张拉前将锚固端千斤顶油缸空载顶出10cm，然后安装夹片，张拉完成后，锚固端千斤顶回油，减小退锚时钢绞线的预应力；

（2） 试验前测试压力传感器初值，然后分级单端张拉到；

（3） 张拉到控制应力，持压5min，测量压力筒压力及油压表读数，以此时的测量结果作为张拉试验的终值进行分析；

（4） 张拉端千斤顶回油到0，记录压力筒压力及油压表读数；

（5） 锚固端千斤顶回油，卸下两端张拉装置；

（6） 重复进行上述步骤，再试验2次。

6 试验数据分析方法

6.1 直接分析

先进行直线束孔道摩阻力测试，按式（1）＝0时求得值，再进行与直线束孔道同样工艺及施工条件的曲线束孔道的摩阻试验，并以所求值代人式（1）求得值。

6.2 最小二乘法

若试验采用的预应力束均有弯起角度，需采用最小二乘法来进行分析。

被动端的拉力与主动端的张拉力关系为：

                                          （3）

为根据试验数据确定参数和的值，令：

                                          （4）

则：

                                            （5）

由于试验存在误差，故假设测试误差为，即：

                                         （6）

若有束预应力钢束，则：

                                       （7）

利用最小二乘原理，全部预应力钢筋测试误差的平方和为：

                              （8）

欲使试验误差最小，应使：

，                                      （9）

整理可得：

                                   （10）

由式（9）可解得参数和，需要指出的是，由于参数和的耦联，必须借助于2束以上的预应力钢束才能计算出和的值。

7 摩阻试验结果

7.1 喇叭口损失与锚口损失

7.1.1 喇叭口损失

按照图2所示仪器布置，忽略试验梁段内很短的直线孔道摩阻损失，两端压力传感器的压力差即为锚口、喇叭口的应力损失之和。

表1 锚口、喇叭口损失试验结果

7.2 孔道摩阻试验结果

孔道摩阻试验预应力束为单端张拉，一端为主动端，另一端为被动端，两端压力传感器的压力差即为孔道摩阻损失。预应力钢绞线计算摩阻损失时计算参数，腹板束M3（12-75,长度24.18m，弯起角度70°），顶板束T4（15-75，长度28.976m，弯起角8°），试验结果列于表2。

表2 摩阻试验结果

腹板束试验C值平均值为：0.3414，顶板束C值平均为：0.1045。

联立求解：  ＝0.23，＝0.0025。

8 摩阻试验结论及建议

大桥 (58+96+58)m预应力混凝土连续梁进行预应力孔道摩阻试验，试验主要结论如下：

（1） 锚口、喇叭口损失取5.2%；

（2） 摩阻系数取值：孔道摩阻系数＝0.23，孔道偏差系数＝0.0025；

（3） 为防止预应力度施加不足情况的出现，张拉时应加强对伸长量的校核，利用双控来保证设计预应力度。