1、鐵路客專箱梁預應力管道摩阻測試原理王立國中交一公局六公司哈大雙城制梁場摘要:哈大鐵路客運專線32m鐵路簡支箱梁采用后張法預應力體系,根據在實梁上進行6種預應力筋束的孔道摩阻試驗,測試孔道摩阻系數和偏差系數k,以檢查預應力孔道的成孔情況,保證實梁的有效預應力。關鍵詞:客專箱梁預應力摩阻系數偏差系數測試1 概述哈大鐵路客專32m無砟軌道后張法預應力混凝土雙線簡支箱梁橋面設計寬度12m,梁體重量約900t,橫截面設計為單箱單室等高度縱向預應力體系,線路情況為直線、曲線,最小曲線半徑7000m。縱向預應力孔道27孔,其中曲線梁有1孔采用12715.2鋼絞線, 26孔采用9715.2鋼絞線;直線梁有5孔

2、采用8715.2鋼絞線,22孔采用9715.2鋼絞線。鋼絞線強度等級為1860mpa。預應力管道采用橡膠抽拔棒抽拔成型,采用YCW300型千斤頂,張拉油表選用精度為0.4級。根據設計要求,為確保橋梁運營安全,準確獲得實梁的孔道、錨口及喇叭口引起的預應力損失,從而保證實梁中預應力筋的實際有效預應力,在箱梁試生產期間對兩榀梁進行管道摩阻測試,以后每100榀做一次管道摩阻測試。2 管道摩阻的組成分析張拉時,預應力鋼絞線與孔道壁接觸面間產生摩擦力引起預應力損失,稱為摩阻損失。摩阻損失主要由于孔道的彎曲和孔道的偏差兩部分影響所產生,從理論上說直線孔道無摩擦損失,但由于施工中孔道位置的偏差及孔道不光滑等原

3、因,在鋼絞線張拉時實際上仍會與孔道壁接觸而引起摩阻損失,稱此項為孔道偏差影響(長度影響摩擦損失,其值較小,反映在系數k上;對于彎道部分除了孔道偏差影響之外,還有因孔道轉彎,預應力鋼絞線對彎道內壁的徑向壓力所引起的摩擦損失,一般稱這部分影響為彎道影響摩擦損失,其值較大,并隨鋼筋彎曲角度的增加而增加,反應在系數上。3 試驗計算原理3.1 理論公式張拉時,預應力損失按下式計算L1=con1-e-(+kx(1式中L1由于摩擦引起的應力損失(MPa;con鋼絞線(錨下控制應力(MPa;從張拉端至計算截面的長度上,鋼筋彎起角之和(rad;x從張拉端至計算截面的管道長度(m;鋼絞線與管道壁之間的摩擦系數;k

4、每米管道對其設計位置的偏差系數;3.2 參數、k分析由式(1可知,在預施應力過程中,離張拉端x處因管道摩阻而損失的力筋束內力值為F x=F v1-e-(+kx=F v(2式中 F v張拉力;預應力損失率;x張拉端至計算截面的力筋束長(m;從張拉端至計算截面的長度上力筋束的彎起角之和(rad;管道摩擦系數;k管道偏差系數;當采用一端張拉一端固定的方法測定參數和k時,式(2可寫為+kx=-ln(1-(3試驗存在誤差是不可避免的。假定式(3的誤差為,則有+kx+ln(1-=(4如果有n束鋼絞線束,則i+kx i-C i=i(i=1,2,3,n(5式中,i和x i分別為第i根力筋束的和x,C i=-1

5、n(1-i,從而得到全部力筋束測試誤差的平方和為q=i 2=(i+kx i-C i2(6當q/=0且q/k=0時,q取得最小值,由此可得i2+kx ii -C ii =0x ii+kx i2-C i x i =0 (7解方程組即可得、k值,需要指出的是,由于參數和k的耦聯,必須借助于2束以上的預應力鋼束才能計算出和k值。4 試驗內容和方法4.1 試驗內容第二次管道摩阻試驗選取編號為N9、N8、N5、N4、N2b、N1a六個孔道。試驗孔道的位置及編號見圖1,各預應力筋束的長度和轉角見表1。 圖1 孔道位置及編號表1 預應力筋束長度及轉角預應力筋束編號管道長度X(m管道彎起角(rad N9 32.

6、579 0.3195N8 32.506 0.2372N5 32.509 0.3195N4 32.436 0.2372N2b 32.338 0.1396N1a 31.838 0.1396 試驗預應力束兩端均安裝壓力傳感器和張拉千斤頂。在試驗開始時,預應力束兩端同時張拉至設計張拉控制荷載的20%,然后將一端封閉作為被動端,以另一端作為主動端,分級加載到設計張拉控制荷載。每級荷載到位后,均讀取兩端傳感器讀數P2、P1。重復張拉2次。然后根據兩端傳感器讀數,計算出孔道摩阻損失。孔道摩阻試驗的方法見圖2。被動端主動端6.喇叭口663145.梁體54.2#傳感器3.錨具2.1#傳感器讀數儀1231.千斤頂

7、圖2 孔道摩阻試驗示意圖4.2 錨口損失測試在試驗束的張拉端安裝2個傳感器,1個在錨板內,1個在錨板外,張拉時2個傳感器的荷載示值之差即為錨口摩阻損失。錨口摩阻損失傳感器的安裝見圖3,試驗張拉3次。 錨口摩阻損失=(錨板外傳感器-錨板內傳感器/錨板外傳感器。主動端被動端工具錨限位板工作錨(上夾片2#傳感器1#傳感器工具錨千斤頂喇叭口喇叭口試驗試件管道千斤頂圖3 錨口摩阻損失測試示意5 試驗結果及分析 5.1 孔道摩阻損失第二次摩阻測試數據見表2。其中P2/P1設計值為按照鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土設計規范抽拔橡膠棒成孔時=0.55,k=0.0015時的值,P2/P1=e-(+kx 。表2

8、 摩阻測試數據預應力束編號P2/P1設計值第195孔箱梁P2/P1實測回歸值 第一次第二次 N9 0.79883 0.71923 0.72556 N8 0.83592 0.73211 0.71594 N50.798920.710720.68757N4 0.83600 0.77558 0.75680N2b 0.88223 0.84514 0.84747N1a 0.88289 0.87114 0.86705 利用表1和表2的數據代入式(7中,可得=0.65,k=0.00406。按照規范規定,抽拔橡膠棒形成的管道,摩擦系數=0.55,偏差系數k=0.0015。試驗結果值比規范值較大, k值較大。5.

9、2 錨口及喇叭口損失錨口及喇叭口損失測試結果見表4。表4 錨口及喇叭口測試結果9孔錨具試件序號錨口+喇叭口摩阻(%錨具回縮量(mm1 6.5 4.722 6.4 4.633 6.0 4.94平均值 6.3 4.77 由表4可知,3次錨口及喇叭口損失測試值基本接近,反映出測試結果的準確性。錨口摩阻損失設計文件為6%,測試為6.3%,基本接近于設計值。6 結論通過對預應力筋的孔道摩阻測試與理論分析,得出以下結論:1孔道摩阻系數=0.65,偏差系數k=0.00406;2錨口及喇叭口摩阻損失率為6.3%;3通過數據分析可以看出,孔道摩阻測試值與設計值偏差較大,真實地反映了孔道摩擦損失,對此需提高張拉控制應力,以確保預施應力的準確。4k值及值大于規范值,其主要原因有:橡膠棒定位不準確或受外部因素影響發生偏移而造成孔道不平順,孔道彎起角度與設計偏差較大等。應適應加密抽拔幫定位鋼筋特別是曲線段定位鋼筋,抽拔棒使用鐵線綁扎牢固,澆注混凝土時每次下料不宜過多,避免混凝土混合料對抽拔橡膠棒的沖擊,從而減小孔道偏差。參考文獻:1、鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范2、空間曲線預應