連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力摩阻力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)研究

陳磊

摘要：根據(jù)天津?yàn)I海新區(qū)西中環(huán)及延長(zhǎng)線快速路工程西中環(huán)大橋現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行上構(gòu)連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力孔道摩阻測(cè)試試驗(yàn)為例。詳細(xì)闡述了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)孔道摩阻測(cè)試的試驗(yàn)辦法、操作要點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理技巧等。以期讓其它項(xiàng)目需進(jìn)行類似測(cè)試的讀者能夠掌握試驗(yàn)的關(guān)鍵要點(diǎn)、技術(shù)及方法，確保試驗(yàn)順利，結(jié)果準(zhǔn)確。

Abstract： According to the example of the on-site continuous beam prestressed hole friction test of the West Central Ring Bridge in expressway project of the West Central Ring and the extension line in Tianjin Binhai New Area. The test methods， operation points， data processing skills for conducting on-site frictional resistance tests are elaborated in detail， in order to allow readers of other projects that need to perform similar tests to master the key points， techniques and methods of the test and ensure that the test is smooth and the results are accurate.

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁;預(yù)應(yīng)力摩阻;現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試;數(shù)據(jù)處理

0? 引言

大跨度的橋梁上構(gòu)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)通常采取掛籃懸臂澆筑，為了確保施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)安全和成橋后全橋受力狀態(tài)的安全合理，且結(jié)構(gòu)線形尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保能夠?qū)㈩A(yù)應(yīng)力準(zhǔn)確施加于結(jié)構(gòu)物上成為預(yù)應(yīng)力梁體施工的關(guān)鍵所在。預(yù)應(yīng)力是否能夠準(zhǔn)確、合理的施加則決定于計(jì)算預(yù)應(yīng)力施加值的孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k。設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范提供了上述兩個(gè)系數(shù)的取值或是取值范圍。但其范圍較大，且取值無(wú)依據(jù)，在其推薦范圍內(nèi)的不同取值計(jì)算出的摩阻損失率差別太大，故難以科學(xué)準(zhǔn)確地將預(yù)應(yīng)力施加予梁體。為此，有必要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行孔道摩阻測(cè)試，以獲取在目前施工條件下實(shí)際的孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k，準(zhǔn)確計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)摩阻損失，據(jù)以施加準(zhǔn)確的預(yù)應(yīng)力。

1? 試驗(yàn)方法

濱海新區(qū)西中環(huán)及延長(zhǎng)線快速路工程西中環(huán)大橋主跨為48m+80+48m連續(xù)箱梁，連續(xù)箱梁采取掛籃懸澆，設(shè)計(jì)圖紙建議連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力施工的孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k分別為0.20、0.0015。

因本橋連續(xù)梁具有跨度大，建成后需通行大量重載汽車的特點(diǎn)，對(duì)其結(jié)構(gòu)安全要求高，且處于城市之中，其外形美觀要求也頗高。故本項(xiàng)目擬進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k的測(cè)試，然后據(jù)以調(diào)整預(yù)應(yīng)力施工參數(shù)，確保施工質(zhì)量。

2? 測(cè)試設(shè)備、儀器及試驗(yàn)方法

2.1 測(cè)試所用設(shè)備、儀器

①2臺(tái)350t的千斤頂、2臺(tái)高壓油泵，2塊精密壓力表（0.4級(jí)）。

②2臺(tái)智能六弦數(shù)碼穿心式壓力傳感器（型號(hào)JMZX23360AT，靈敏度為1kN），1臺(tái)讀數(shù)儀（型號(hào)MZX22006），2根配套的連接線纜。

③對(duì)中專用工裝。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定及制作。

④專用工具錨2套，專用工作錨1套，配套限位板1塊。

⑤鋼板尺2把（0.5mm精度），記錄用夾板、鋼筆、計(jì)算器、紙張若干。

2.2 測(cè)試方法

以往進(jìn)行摩阻測(cè)試通常采用主、被動(dòng)安裝千斤頂，油表讀數(shù)法。但此方法測(cè)試工藝存在測(cè)試操作過(guò)程較為繁瑣、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不足等問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題，確保準(zhǔn)確、高效地測(cè)取數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目采用壓力傳感器代替油表來(lái)讀取壓力器的方法。同時(shí)為了確保所測(cè)得數(shù)據(jù)能夠正確反映管道的摩阻損失，還采用了在傳感器外設(shè)置限位墊板的測(cè)試工藝，此測(cè)試原理見(jiàn)圖1所示。

該測(cè)試方法是將傳感器放置在工具錨與梁體間，或是千斤頂與梁體間。傳感器直接反映了管道兩端預(yù)應(yīng)力筋的拉力值，即兩端讀數(shù)的差值為摩阻損失，避免了以往摩阻測(cè)試時(shí)各種工具變形等因素的影響。且該方法測(cè)試用時(shí)短，更是避免了梁體收縮與徐變的影響。

另外，從減少測(cè)試誤差考慮，采取主動(dòng)、被動(dòng)端交替更換的測(cè)試順序，即完成一端的3次重復(fù)測(cè)試后，更換主動(dòng)、被動(dòng)端，按上述測(cè)試方法進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)試，即對(duì)1組預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了6次測(cè)試后，測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)取數(shù)學(xué)平均值。

進(jìn)行傳感器和千斤頂安裝時(shí)要正確對(duì)中，確保傳感器、千斤頂、預(yù)應(yīng)力筋軸線重合。且進(jìn)行測(cè)試時(shí)均勻施力張拉千斤頂，不能中途停頓，以避免預(yù)應(yīng)力筋因回縮而出現(xiàn)誤差。

2.3 本測(cè)試方法較以往測(cè)試而言存在的優(yōu)點(diǎn)

①測(cè)試方法正確合理：所用約束墊板、壓力傳感器中間圓孔大小與梁體預(yù)應(yīng)力孔道相當(dāng)，預(yù)應(yīng)力筋與二者圓孔的孔壁沒(méi)有觸碰，預(yù)應(yīng)力束以直線狀穿過(guò)喇叭口、壓力傳感器和墊板，所測(cè)數(shù)據(jù)僅為管道摩阻，無(wú)其它的喇叭口摩阻力等磨擦力損失，保證了管道摩阻損失測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

②數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠：采用準(zhǔn)確，且數(shù)據(jù)可傳輸至電腦自行記錄的穿心式壓力傳感器，其所測(cè)數(shù)據(jù)不受千斤頂?shù)挠绊?，增?qiáng)了測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

③操作簡(jiǎn)單、方便快捷：測(cè)試時(shí)僅在主動(dòng)端安裝1～3個(gè)（個(gè)數(shù)依據(jù)鋼絞線張拉伸長(zhǎng)量而定）千斤頂，減輕了測(cè)試時(shí)設(shè)備安裝工作量。且在測(cè)試時(shí)將被動(dòng)端千斤頂加油頂出少許，待測(cè)試完成后回油，稍用力即可可拆卸夾片。

④測(cè)試用鋼束還可使用：從喇叭口至工具錨段的鋼束與其它結(jié)構(gòu)、設(shè)備沒(méi)有觸碰，故鋼束不會(huì)出現(xiàn)損傷，在測(cè)試完成后，還可繼續(xù)使用，降低了測(cè)試成本。

3? 摩阻損失試驗(yàn)步驟及施工關(guān)鍵點(diǎn)

①試驗(yàn)前標(biāo)定所用的高壓油泵、壓力傳感器、張拉千斤頂。標(biāo)定所用的高壓油泵、壓力傳感器、張拉千斤頂為同一壓力機(jī)，以消除上述3種儀器標(biāo)定時(shí)的系統(tǒng)誤差。

②按圖1所示的安裝結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行鋼束、傳感器、工具錨及千斤頂?shù)劝惭b。當(dāng)鋼束較長(zhǎng)，鋼束伸長(zhǎng)量超過(guò)單臺(tái)千斤頂?shù)男谐虝r(shí)，為避免重復(fù)倒頂而造成鋼束回縮，引起測(cè)試誤差，可采取兩2臺(tái)以上千斤頂串聯(lián)同時(shí)張拉。

③錨固端的千斤頂進(jìn)油空頂10cm后關(guān)油，使兩端鋼束預(yù)緊，并錨緊在千斤頂上，檢查、調(diào)整兩端裝置中軸對(duì)中重合。

④使千斤頂進(jìn)油，保持約4MPa左右的適當(dāng)拉力。

⑤測(cè)試系統(tǒng)檢查無(wú)誤后，張拉主動(dòng)端（按級(jí)張拉，每級(jí)遞加5MPa）。每級(jí)均讀取兩端傳感器讀數(shù)、量測(cè)油缸伸出量并記錄，每處孔道張拉3次。

⑥將主、被動(dòng)端調(diào)換，按上述方法再進(jìn)行3次張拉。每級(jí)荷載下均需記錄以下測(cè)試數(shù)據(jù)：主動(dòng)端與被動(dòng)端壓力傳感器讀數(shù)、張拉端的油缸伸長(zhǎng)量、油表讀數(shù)、張拉端夾片外露量，所測(cè)數(shù)據(jù)均在記錄本上即時(shí)記錄。

⑦完成一孔的摩阻測(cè)試后，進(jìn)行一下孔孔道的測(cè)試。

4? 試驗(yàn)孔道的先擇

為了確保測(cè)試所選用的孔道具有典型性，測(cè)試所得數(shù)據(jù)具有代表性，能夠正確獲得預(yù)應(yīng)力的摩阻參數(shù)，本項(xiàng)目對(duì)橋梁縱向預(yù)應(yīng)力各孔道長(zhǎng)度、孔道彎曲進(jìn)行了評(píng)估，最終選取位于側(cè)腹板的編號(hào)N20、N21號(hào)預(yù)應(yīng)力孔道（圖如2所示），左、右側(cè)腹板的N20、N21號(hào)孔道均進(jìn)行測(cè)試，即共測(cè)試4個(gè)孔道。

5? 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理方法

5.1 處理方法

測(cè)試得所需的數(shù)據(jù)后，采用二元線性回歸法計(jì)算摩阻孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k，計(jì)算公式如下：

li為i號(hào)測(cè)孔的預(yù)應(yīng)力鋼束在水平方向的投影長(zhǎng)度（m）。

n為選用的測(cè)試孔道的數(shù)量，為了確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)際測(cè)試的孔道數(shù)目（且為不同線形的預(yù)應(yīng)力鋼束）不小于2。

μ—鋼束與孔道壁間的摩擦系數(shù)。

k—孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)。

5.2 孔道摩阻試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算

對(duì)腹板左、右側(cè)的N20號(hào)及N21號(hào)的4個(gè)孔道實(shí)施了現(xiàn)場(chǎng)摩阻測(cè)試。測(cè)試記錄了主動(dòng)端、被動(dòng)端的每級(jí)荷載下的讀數(shù)PX、PK，4處孔道所得的測(cè)試數(shù)據(jù)為8組，本項(xiàng)目左側(cè)腹板ZN20號(hào)孔道、右側(cè)腹板YN21號(hào)孔道針對(duì)被動(dòng)端和主動(dòng)端比值（ln（PK/PX））的線性回歸計(jì)算及分析結(jié)果見(jiàn)表2。

左側(cè)腹板ZN20號(hào)孔道、右側(cè)腹板YN21號(hào)孔道數(shù)據(jù)的PK/PX回歸計(jì)算見(jiàn)圖3、圖4所示。

經(jīng)對(duì)所有8組的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及計(jì)算后得：

從計(jì)算結(jié)果得孔道摩阻系數(shù)μ=0.24，計(jì)算值在《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）規(guī)范的建議值0.20～0.25范圍內(nèi)，表明實(shí)測(cè)值合理有效。從計(jì)算結(jié)果得偏差系數(shù)k=0.0016，計(jì)算值與《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）的推薦值（0.0015）相差不大，表明實(shí)測(cè)值合理有效。從以上實(shí)測(cè)值的計(jì)算結(jié)果看來(lái)，孔道摩阻系數(shù)、偏差系數(shù)均與設(shè)計(jì)單位的建議值存在較大的差異，表明進(jìn)行預(yù)應(yīng)力摩阻的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)于確保預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量是非常有必要的。本項(xiàng)目在此后的預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，按上述所測(cè)得的孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k對(duì)各孔道的預(yù)應(yīng)力束張拉值進(jìn)行了計(jì)算，并據(jù)以施加預(yù)應(yīng)力。

6? 結(jié)束語(yǔ)

為了控制連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力的施加質(zhì)量，準(zhǔn)確施加預(yù)應(yīng)力，確保結(jié)構(gòu)承載安全及線型美觀，故有進(jìn)行摩阻損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的必要。但施工現(xiàn)場(chǎng)條件有限，測(cè)試工作均為高空操作，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工造成干擾，故需采用科學(xué)合理、操作快速簡(jiǎn)便的測(cè)試方法。并在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)摩阻測(cè)試之前，對(duì)可能遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估，并做好解決問(wèn)題的預(yù)案，確保順利完成測(cè)試任務(wù)。

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