高速公路后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋管道摩阻試驗(yàn)

張崇尚 趙 鵬 張宇勝

高速公路后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋管道摩阻試驗(yàn)

張崇尚 趙 鵬 張宇勝

鑒于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道摩阻損失的重要性,結(jié)合杜峪河大橋預(yù)應(yīng)力施工情況,介紹了管道摩阻的測(cè)試原理和方法。采用最小二乘原理法處理實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù),并最終得到管道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù) k。試驗(yàn)分析結(jié)果表明：實(shí)測(cè)管道摩阻系數(shù)μ小于設(shè)計(jì)值,并且差值較大;而偏差系數(shù)k則與設(shè)計(jì)值吻合較好。

預(yù)應(yīng)力,管道摩阻,后張法,最小二乘法

隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高速公路得到了迅猛發(fā)展;其中,后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋在總體線路的比重不斷增加。而預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)、施工是預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋修建過程最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié),直接影響橋梁結(jié)構(gòu)成橋線形與運(yùn)營(yíng)安全。如何確定有效預(yù)應(yīng)力的大小,又是預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)、施工的核心步驟。造成預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力損失的因素,其中,對(duì)后張法而言,管道摩阻是最為重要的一項(xiàng)。在設(shè)計(jì)階段,依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范選取管道摩阻參數(shù)。然而,由于施工工藝、各類誤差的影響,在施工階段可能出現(xiàn)真實(shí)管道摩阻參數(shù)與設(shè)計(jì)相差很大的情況;因此,需要獲得施工條件下的真實(shí)管道摩阻參數(shù),與設(shè)計(jì)值進(jìn)行校核,當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩者差異過大時(shí),則需要調(diào)整設(shè)計(jì),甚至施工方案。因此,測(cè)定預(yù)應(yīng)力管道的摩阻參數(shù)有著至關(guān)重要的意義。

1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

杜峪河大橋?yàn)殇P(guān)至西安段改擴(kuò)建項(xiàng)目跨越杜峪河和地方道路的一座大橋,上部結(jié)構(gòu)為(3×26.8)m+(26.2+17+32+26.2+ 17)m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)梁。試驗(yàn)選取第一聯(lián)(3跨一聯(lián) 3× 26.8)主梁進(jìn)行測(cè)試。該橋采用公稱直徑 15.24mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線;其彈性模量、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度分別為1.95×105MPa,1 860MPa。結(jié)合實(shí)際施工進(jìn)展情況,選取N 1,N 2和N 3管道進(jìn)行測(cè)試;相應(yīng)的管道參數(shù)取值見表 1。測(cè)試時(shí)刻選擇在溫度相對(duì)變化不大的陰天。

2 參數(shù)識(shí)別與測(cè)試原理

2.1 參數(shù)識(shí)別原理

管道摩阻力導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失值σn由下式求得：

其中,σcon為張拉端預(yù)應(yīng)力鋼筋錨下的張拉控制應(yīng)力,MPa;μ為預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù);θ為從張拉端至計(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角之和,rad;k為管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù);x為從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度。

一般情況下,施工現(xiàn)場(chǎng)采用一種制孔方法,或所測(cè)試的管道均為一種制孔方法,這時(shí)孔道質(zhì)量比較均勻,可以不考慮摩擦系數(shù)μ和k的變異,利用最小二乘法,試驗(yàn)誤差最小時(shí)的μ和k應(yīng)使用下式取得最小值：

其中,ci為第i個(gè)管道對(duì)應(yīng)的ln(Nz/Nb)值(Nz為張拉端壓力傳感器測(cè)試值,Nb為被動(dòng)端壓力傳感器測(cè)試值);n為實(shí)際測(cè)試的管道數(shù)目。將實(shí)測(cè)數(shù)值代入上式中聯(lián)立求解方程得到摩阻系數(shù)k值和 μ值。

2.2 測(cè)試原理

圖 1為管道摩阻試驗(yàn)原理布置示意圖。試驗(yàn)時(shí)采用單端張拉,也就是說,主動(dòng)端、被動(dòng)端分別設(shè)兩臺(tái)、一臺(tái)千斤頂,而僅在主動(dòng)端進(jìn)行張拉,被動(dòng)端不張拉;同時(shí),在主動(dòng)端和被動(dòng)端各設(shè)一臺(tái)壓力傳感器。

試驗(yàn)時(shí)除了需要記錄壓力傳感器讀數(shù)外,張拉端和固定端的油壓表讀數(shù)、油缸外露量、夾片外露量同樣需要記錄,以便實(shí)時(shí)對(duì)比分析,防止意外情況的發(fā)生。

3 試驗(yàn)結(jié)果

圖 2～圖 7給出了各試驗(yàn)管道主動(dòng)端張拉力控制值與被動(dòng)端之間的關(guān)系。

直線段管道長(zhǎng)度x、彎曲管道端部切線夾角 θ,(σcon-σn)/ σcon實(shí)測(cè)回歸值見表 1。

表1 管道摩阻試驗(yàn)結(jié)果

從表 1可得,實(shí)測(cè)的預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)μ、偏差影響系數(shù)k分別為 0.167,0.001 47,這與設(shè)計(jì)值μ=0.20,k=0.001 5較為吻合。

4 結(jié)語

試驗(yàn)分析結(jié)果表明：實(shí)測(cè)管道摩阻系數(shù) μ小于設(shè)計(jì)值,并且差值較大;而偏差系數(shù) k則與設(shè)計(jì)值吻合較好;設(shè)計(jì)、施工單位依據(jù)測(cè)試結(jié)果適當(dāng)調(diào)整預(yù)應(yīng)束張拉力的大小。實(shí)際工程中,應(yīng)盡可能的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以獲取準(zhǔn)確的摩阻參數(shù),并根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行施工控制。

[1] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 張繼堯.懸臂澆注預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社,2003.

[3] JTG D 62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 鄒煥祖,劉自明.預(yù)應(yīng)力混凝土空間長(zhǎng)鋼絞線束管道摩阻損失的測(cè)試方法[J].橋梁建設(shè),1993(4)：38-41.

[5] 王 克.預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失的探討[J].廣東公路交通, 2000(sup)：135-136.

On pipe friction experiment of post-tension prestressed concrete girder along expressways

ZHANG Chong-shang ZHAO Peng ZHANG Yu-sheng

Referring to the importance of pipe friction loss of the post-tension prestressed concrete,the paper,combining with the prestressed construction of Duyuhe Bridge,introduces the experimental principles and methods for the pipe friction,adopts the least-squaremethod to treat the factual experimental data,concludes pipe friction indexμand deviant index k,and p roves according to the experimental analysis that observed pipe friction indexμis less than the design value,and the different value is larger,while the deviant index k is betterly consistentwith the design value.

prestress,pipe friction,post-tension,least-squaremethod

U 448.35

A

1009-6825(2011)09-0188-02

2010-12-04

張崇尚(1970-),男,工程師,陜西高速公路建設(shè)集團(tuán)公司,陜西西安 710054

趙 鵬(1972-),男,高級(jí)工程師,陜西高速公路建設(shè)集團(tuán)公司,陜西西安 710054

張宇勝(1980-),男,工程師,鐵科院(北京)工程咨詢有限公司,北京 100000