客運(yùn)專線預(yù)制箱梁摩阻試驗(yàn)程序與計(jì)算

梁光榮

1 摩阻試驗(yàn)的必要性

預(yù)應(yīng)力是橋梁結(jié)構(gòu)的生命線工程，預(yù)應(yīng)力施加的準(zhǔn)確程度和損失情況是保證箱梁質(zhì)量、后期運(yùn)營(yíng)和使用年限(高鐵客專新標(biāo)準(zhǔn)要求100年使用壽命)的重要施工環(huán)節(jié)。而預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的大量試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)測(cè)試管道、錨口和喇叭口摩阻以及鋼絞線彈性模量確定預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量，并嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力管道位置，可以獲得準(zhǔn)確的梁體混凝土預(yù)施應(yīng)力。為此《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》中規(guī)定在試生產(chǎn)期間應(yīng)至少進(jìn)行2片預(yù)應(yīng)力摩阻損失測(cè)試，正常生產(chǎn)后每100片進(jìn)行一次測(cè)試。

2 預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力孔道摩阻與喇叭口摩阻測(cè)試方案

2.1 測(cè)試目的

1)檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的管道摩擦系數(shù)μ和管道偏差系數(shù)k以及錨口、喇叭口摩阻的實(shí)際值。2)錨具、夾片實(shí)際回縮量。

2.2 測(cè)試原理和方法

2.2.1 喇叭口摩阻測(cè)試

在試生產(chǎn)前，按圖1制作喇叭口摩阻測(cè)試預(yù)制試件，待強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到100%后方可進(jìn)行摩阻試驗(yàn)。

錨口、喇叭口摩阻和錨具回縮量測(cè)試都在梁場(chǎng)預(yù)制的3.5 m長(zhǎng)試件上進(jìn)行，采用一端張拉，試驗(yàn)張拉控制力為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的0.8fptk(Ap為9根鋼絞線的面積)，測(cè)讀內(nèi)容主要為摩阻損失前、后測(cè)力傳感器的讀數(shù)。

2.2.2 管道摩阻測(cè)試

箱梁管道摩阻力由管道曲率效應(yīng)和偏差效應(yīng)兩部分組成。依據(jù)TB 10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.3.4條規(guī)定，管道摩阻可按下式計(jì)算:

其中，P1，P2分別為張拉端和被動(dòng)端管道口的鋼束拉力;θ，l分別為管道總彎起角，rad，管道總長(zhǎng)度，m;μ，k分別為鋼束與管道壁之間的摩擦系數(shù)和管道的偏差系數(shù)。

P1，P2可由測(cè)力傳感器測(cè)出，θ，l按設(shè)計(jì)值取用，按二元線性回歸即可求得μ和k，測(cè)試時(shí)采用的張拉設(shè)備與實(shí)際施工時(shí)的設(shè)備相同，測(cè)力傳感器為4 000 kN穿心式壓力傳感器(精度0.5%)，鋼束伸長(zhǎng)量通過(guò)鋼板尺測(cè)量張拉端油缸長(zhǎng)度并減掉夾片回縮量來(lái)獲得。

管道摩阻測(cè)試在箱梁強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到100%后，在箱梁實(shí)體上進(jìn)行，采用一端張拉，從10%的張拉控制拉力開(kāi)始，分8級(jí)張拉至90%的設(shè)計(jì)張拉力，在箱梁腹板位置自上而下選取6個(gè)孔道進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)孔道測(cè)試兩次(見(jiàn)圖2)。

測(cè)讀內(nèi)容包括:張拉端與被動(dòng)端測(cè)力傳感器讀數(shù)、張拉端油缸伸長(zhǎng)量、被動(dòng)端油缸外露量、張拉端與被動(dòng)端夾片回縮量。

測(cè)試結(jié)果若與設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑臄?shù)值差別較大，及時(shí)通知設(shè)計(jì)方對(duì)張拉控制應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整。

3 管道摩阻損失的計(jì)算公式

根據(jù)TB 10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.3.4條規(guī)定，后張法構(gòu)件張拉時(shí)，由于鋼筋與管道間的摩擦引起的應(yīng)力損失按下式計(jì)算:

其中，σL1為由于摩擦引起的應(yīng)力損失，MPa;σcon為鋼筋(錨下)控制應(yīng)力，M Pa;θ為從張拉端至計(jì)算截面的長(zhǎng)度上，鋼筋彎起角之和，rad;x為從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度，m;μ為鋼筋與管道之間的摩擦系數(shù);k為考慮每米管道對(duì)其設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù)。

根據(jù)公式推導(dǎo)k和μ計(jì)算公式，設(shè)主動(dòng)端壓力傳感器測(cè)試值為P1，被動(dòng)端為P2，此時(shí)管道長(zhǎng)度為 l，θ為管道全長(zhǎng)的曲線包角，考慮公式兩邊同乘以預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效面積，則可得:

兩邊取對(duì)數(shù)可得:

令 y=-ln(P2/P1)，則:

由此，對(duì)不同管道的測(cè)量可得一系列方程式:

由于測(cè)試存在誤差，上式右邊不會(huì)為零，假設(shè):

可得:

其中，yi為第 i管道對(duì)應(yīng)的(-ln(P2/P1))值;li為第 i個(gè)管道對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線長(zhǎng)度，m;θi為第 i個(gè)管道對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線包角，rad;n為實(shí)測(cè)的管道數(shù)目，解方程組得 k及 μ值。

4 控制摩阻損失施工要點(diǎn)

1)嚴(yán)格控制成孔橡膠抽拔管或波紋管定位坐標(biāo)，保證成孔線型，綁扎鋼筋和安裝內(nèi)模前均必須仔細(xì)檢查，誤差在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

2)若采用橡膠抽拔管成孔，應(yīng)制定成熟的施工工藝，選派熟練工人上崗，保證拔管時(shí)孔道混凝土強(qiáng)度在相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，強(qiáng)度波動(dòng)范圍較小，管道摩阻相對(duì)穩(wěn)定。具體拔管時(shí)間因季節(jié)而定，一般以混凝土強(qiáng)度達(dá)到8 MPa以上為宜。

3)鋼絞線、錨具、夾片及錨墊板等存放庫(kù)房，防止日曬雨淋生銹影響摩阻數(shù)值。

4)更換鋼絞線、錨具、夾片及錨墊板等生產(chǎn)廠家時(shí)，必須重新測(cè)定摩阻。