橋梁T構(gòu)塑料波紋管成孔預(yù)應(yīng)力摩阻損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及研究

盧和生

摘要：文章對(duì)在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力摩阻損失的方法，數(shù)據(jù)的二元線性回歸分析法處理及分析等作了闡述。

Abstract： In this paper， the methods of measuring the prestress friction loss in the construction site and the two linear regression analysis and processing of the data are described.

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；塑料波紋管管道；摩阻損失測(cè)試；線性回歸法

Key words： prestress；plastic corrugated pipe；friction loss test；linear regression method

中圖分類號(hào)：TU528.041 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0143-03

0 引言

在橋梁預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，常因?qū)嶋H摩阻損失值與理論計(jì)算值之間存在差異，導(dǎo)致施加予橋梁的有效實(shí)際預(yù)應(yīng)力低于或超出設(shè)計(jì)值，施加的預(yù)應(yīng)力超出或不足均對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的正常安全使用留下隱患。因此準(zhǔn)確測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際摩阻損失，確保按設(shè)計(jì)要求將有效預(yù)應(yīng)力施加給結(jié)構(gòu)物尤為重要。

施工時(shí)通常按規(guī)范規(guī)定的取值及結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力摩阻損失的理論計(jì)算。但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，依靠理論計(jì)算所得的摩阻損失值往往與實(shí)際摩阻損失值存在較大誤差。原因在于：在結(jié)構(gòu)物混凝土預(yù)應(yīng)力工程施工時(shí)，因操作人員施工工藝、技術(shù)水平的不同及受現(xiàn)場(chǎng)施工條件等各種因素的影響，預(yù)應(yīng)力管道成孔質(zhì)量與設(shè)計(jì)要求及其它施工項(xiàng)目存在或多或少的差異，其預(yù)應(yīng)力摩阻損失也必然不同，如果僅簡(jiǎn)單地按理論方法及以往經(jīng)驗(yàn)取值進(jìn)行摩阻損失的分析計(jì)算，是不能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際摩阻損失情況的。

可見(jiàn)，管道摩阻損失估算的正確程度對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的使用安全造成很大影響。所以在施工中對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的摩阻損失進(jìn)行實(shí)際測(cè)定，是確保預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及安全使用的必要措施。本文件結(jié)合作者在四川汶馬高速施工時(shí)，進(jìn)行橋梁上部T構(gòu)梁體塑料波紋管成孔的預(yù)應(yīng)力摩阻損失測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力摩阻損失的方法，采用二元線性回歸分析法處理分析數(shù)據(jù)，及測(cè)試中采取的一些技術(shù)要點(diǎn)等作了闡述，以期給讀者一些啟示。

1 工程概況

二八三橋橋跨布置為4×30m簡(jiǎn)支箱梁+（2×65m）預(yù)應(yīng)力鋼筋砼T型剛構(gòu)+1×20m簡(jiǎn)支箱梁，橋梁全長(zhǎng)294.6m。主跨的上構(gòu)T構(gòu)梁體采用單箱室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)形式。主墩處梁體高750cm；梁體箱寬450cm，頂寬700cm；頂板厚度60cm，底板及腹板厚度70cm。

預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)度低松馳？準(zhǔn)j15.24mm（單根截面積1.419cm2）鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa。頂板縱向預(yù)應(yīng)力每束12根，腹板及底板縱向預(yù)應(yīng)力每束19根，均采用高密度聚乙烯塑料波紋管成孔。預(yù)應(yīng)力束采用群錨錨具，兩端張拉。

設(shè)計(jì)建議采用的塑料波紋管的管道摩阻系數(shù)μ=0.12，偏差系數(shù)k=0.025。但施工實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)理論值往往與實(shí)際相差較大，有必要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)摩阻系數(shù)的測(cè)定，據(jù)以調(diào)整預(yù)應(yīng)力施工的技術(shù)參數(shù)及將來(lái)給塑料波紋管預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)原理

2.1 摩阻力產(chǎn)生原因及分類

摩阻損失主要由管道曲線影響及直線偏差影響組成。在理想狀態(tài)下，直線管道不會(huì)產(chǎn)生摩阻損失，但實(shí)際施工時(shí)，直線管道并非理想的直線，而呈現(xiàn)波形，且預(yù)應(yīng)力筋在重力作用下下垂而與管道壁有觸碰，故張拉時(shí)會(huì)因相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生摩阻力，叫直線偏差影響。此外，在曲線處的預(yù)應(yīng)力鋼束因?qū)艿辣诘膹较驂毫Χa(chǎn)生的摩阻力，叫曲線影響，其值隨著彎曲角度的增大而增加。以上摩阻損失采用摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k來(lái)表示。

2.2 測(cè)試的目的及方法

2.2.1 測(cè)試方法

本項(xiàng)目采用塑料波紋管，雖然塑料波紋管摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k有設(shè)計(jì)建議的理論值（設(shè)摩阻系數(shù)μ=0.12，偏差系數(shù)k=0.0025），但是塑料波紋管的應(yīng)用較少，時(shí)間不長(zhǎng)，很有必要對(duì)理論值進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，為預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)及施工提供參考，確?，F(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量控制。

采用《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）所提供的摩阻力測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)，如圖1所示。

2.2.2 本項(xiàng)目采用測(cè)試方法在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)

①錨板圓孔的直徑及設(shè)置位置與壓力傳感器完全相同，這樣可以確保預(yù)應(yīng)力張拉試驗(yàn)時(shí)鋼束在喇叭口及壓力傳感器段為直線，預(yù)應(yīng)力鋼束不觸碰與喇叭口及壓力傳感器，測(cè)試所得數(shù)據(jù)僅含管道的摩阻損失（無(wú)錨口和喇叭口摩阻損失），有效確保摩阻力測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

②因預(yù)應(yīng)力鋼束與喇叭口及壓力傳感器間無(wú)觸碰，故此段鋼束不會(huì)產(chǎn)生損傷，在摩阻測(cè)試試驗(yàn)后鋼束還可正常使用，避免了浪費(fèi)。

2.2.3 摩阻損失的測(cè)試方法

①首先設(shè)定一端作為主動(dòng)端，則另一端即為被動(dòng)端，在固定端安裝一臺(tái)YCW100B-100型張拉千斤頂及工作錨、WTP215型壓力傳感器。主動(dòng)端安裝1～3臺(tái)YCW100B-100型張拉千斤頂（因部分預(yù)應(yīng)力鋼束較長(zhǎng)，其張拉伸長(zhǎng)量也相應(yīng)增大而超過(guò)單臺(tái)千斤頂?shù)男谐?，為了避免在測(cè)試過(guò)程中換油頂而影響測(cè)試精度及拖延進(jìn)度，故根據(jù)鋼束計(jì)算伸長(zhǎng)量值采取多臺(tái)千斤頂串聯(lián)。）

②在兩端同時(shí)按設(shè)計(jì)張拉控制值的10%進(jìn)行初張拉，進(jìn)行壓力傳感器及油表讀數(shù)的記錄。

③主動(dòng)端繼續(xù)持荷，一次或分級(jí)張拉至設(shè)計(jì)張拉控制值的100%，并進(jìn)行壓力傳感器及油表讀數(shù)的記錄。

④按如上程序再反復(fù)進(jìn)行2次測(cè)試。

⑤交換主動(dòng)端與被動(dòng)端，按上述程序進(jìn)行測(cè)試。

⑥每個(gè)管道兩端壓力差的測(cè)試數(shù)值為6組，取其平均值作為該項(xiàng)管道的摩阻損失。

2.3 摩阻損失測(cè)試管道的選擇

本項(xiàng)目塑料波紋管管道摩阻損失測(cè)試選擇的管道對(duì)象為2號(hào)、3號(hào)及4號(hào)塊中的腹板處縱向鋼束。所選擇的預(yù)應(yīng)力鋼絞線參數(shù)如表1，結(jié)構(gòu)位置如圖2所示。

2.4 摩阻損失計(jì)算

2.4.1 計(jì)算摩阻損失的公式

式中：ci為第i個(gè)管道測(cè)試結(jié)果對(duì)應(yīng)的ln（Pz/Pb）值。Pz為主動(dòng)端壓力傳感器測(cè)試讀數(shù)，Pb為被動(dòng)端壓力傳感器測(cè)試讀數(shù)；li為第i個(gè)管道的預(yù)應(yīng)力鋼束的空間曲線長(zhǎng)度（m）；θi為第i個(gè)管道鋼束全長(zhǎng)的空間曲線包角（弧度）；n為一次摩阻測(cè)試所采集的管道數(shù)量，為確保數(shù)所準(zhǔn)確，要求不同類型管道數(shù)量不低于2個(gè)。

3 摩阻系數(shù)計(jì)算過(guò)程

3.1 采用線性回歸法求取Pz/Pb值

因在測(cè)試過(guò)程存在各種影響因素，如果數(shù)據(jù)數(shù)量太少，其結(jié)果受偶然因素的影響而有可能出現(xiàn)較大偏差，為了減少偏差，本次測(cè)試預(yù)應(yīng)力張拉按20%、40%、60%、80%、100%分級(jí)進(jìn)行，每個(gè)管道分級(jí)張拉的拉力測(cè)試所得合理有效數(shù)據(jù)（共6組）取平均值后列于表2。

對(duì)于每個(gè)管道的分級(jí)張拉的多組數(shù)據(jù)運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的線性回歸分析法求取Pz/Pb值。如圖3、4、5及表2所示。

3.2 摩阻系數(shù)求解

3.3 測(cè)試結(jié)果分析

①摩阻損失測(cè)試結(jié)果為管道摩阻系數(shù)μ=0.1298和偏差系數(shù)k=0.00198，該值在規(guī)范所規(guī)定的合理值范圍內(nèi)，表明測(cè)設(shè)結(jié)果是合理可靠的。該測(cè)試數(shù)據(jù)為橋梁上構(gòu)T構(gòu)的預(yù)應(yīng)力張拉值的計(jì)算提供了實(shí)測(cè)依據(jù)，達(dá)到了本次摩阻損失測(cè)試的目的。②實(shí)測(cè)的摩阻系數(shù)μ=0.1298，說(shuō)明設(shè)計(jì)建議采用的摩阻系數(shù)偏低。③實(shí)測(cè)的偏差系數(shù)k=0.00198，較設(shè)計(jì)建議值要偏低，說(shuō)明管道順直，偏差不大，現(xiàn)場(chǎng)管道定位質(zhì)量及施工工藝水平達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合作者的施工實(shí)踐，詳細(xì)闡述了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)摩阻力測(cè)試及采用二元線性回歸分析法對(duì)測(cè)試所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理的方法及要點(diǎn)。上述方法能夠準(zhǔn)確獲知預(yù)應(yīng)力摩阻損失的實(shí)際情況，施工時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)所得的摩阻系數(shù)和偏差系數(shù)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加值的調(diào)整，有效控制預(yù)應(yīng)力的施加，從而確保上構(gòu)梁體的預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量，保證了預(yù)應(yīng)力梁體結(jié)構(gòu)的安全。

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