8、预应力砼箱梁孔道摩阻、锚口、喇叭口摩阻损失测试 彭楠楠 魏正军

预应力砼箱梁孔道摩阻，锚口、喇叭口摩阻损失测试海威公司彭楠楠魏正军摘要：结合遂平梁场预应力施工实践，介绍一种较为新颖的箱梁孔道摩阻和锚圈口摩阻损失测试方法，提供随机抽测8片箱梁测试分析资料。

关键词：箱梁；孔道摩阻损失；锚口，喇叭口摩阻损失；测试已颁交通部、铁道部关于预应力损失测定资料中，孔道摩阻损失和锚圈口摩阻损失测定，为传统主被动千斤顶法，该法除测试精度外，操作工艺也存在一些缺点。

本文介绍目前工程界已较普遍使用，两端安装经过标定穿心式压力传感器的测试方法；该法可有效提高测试精度，操作工艺比较明确规范。

1 遂平梁场基本情况和张拉工艺遂平制梁场预制铁路预应力简支箱梁，规格为23.5m，6片；31.5m，624片；共计630片箱梁。

型式为单箱单室等高度简支箱梁，梁端底版，顶板及腹板内部局部向内侧加厚。

预应力筋公称直径Φ15.2mm，抗拉强度R m=1860MPa，弹性模量E p=1.95×105MPa，孔道采用橡胶抽拔管成形。

预加应力分三阶段：预张拉，拆除端模张拉部分预应力，砼强度f c=33.5Mpa；初张拉，制梁台座上进行，砼强度f c=43.5Mpa；终张拉，存梁台座上进行，砼强度f c=53.5Mpa,弹性模量E c=35.5Gpa，且砼龄期不少于10d。

(预应力张拉顺序见表1、表2、表3)。

两种跨度箱梁截面如图1，2所示图2 23.5m 预应力砼铁路桥简支箱梁预应力孔道分布图预张拉顺序表 表1图1 31.5m 预应力砼铁路桥简支箱梁预应力孔道分布图终张拉顺序表 表32 箱梁预应力损失组成预应力损失分为瞬时损失和长期损失，如图3所示。

瞬时损失 长期损失2.1 预应力钢绞线与孔壁间摩阻损失箱梁张拉时，预应力钢绞线与孔壁接触滑动产生摩擦阻力，可分为弯道影响和孔道走动影响两部分。

理论上讲，直线孔道无摩阻损失，施工时因震动等原因孔道并非理想顺直，加之预应力钢绞线因自重而下垂，与孔道实际上有接触，产生相对滑动时产生摩阻力，称孔道走动影响(或偏差影响、长度影响)。

预应力钢绞线对孔道内壁的径向压力产生摩阻力，称为弯道影响，其计算公式为：()()1(1)x x con con l con yN N e e A κμθκμθσσ-+-+-==-式中：con σ——预应力钢绞线控制张拉应力；x ——预应力钢绞线张拉端至计算截面水平投影距离(m)；μ——预应力钢绞线与孔道壁摩擦系数；k ——孔道每米长度局部偏差摩擦系数；θ——张拉端至计算截面曲线孔道部分切线夹角(rad)；y A ——预应力钢筋截面积。

本文下面将对其进行详细介绍。

2.2 锚具变形、钢绞线回缩和接缝压缩引起的损失箱梁张拉结束锚固时，锚具受巨大压力，使锚具自身及锚下垫板产生压密变形，同时有些锚具的预应力钢绞线还要向内回缩；拼装式构件的接缝，在锚固后也将继续压密变形，所有这些变形都将使锚固后的预应力钢绞线放松，引起应力损失(2l σ)，按下式计算：2l σ=pEll ∑∆式中：∑∆l ——张拉端锚具变形，钢绞线回缩和接缝压缩值之和，可根据试验确定，当无可靠资料时，按照相关规范采用；l ——从张拉端至计算截面孔道长度，一般取水平投影长度(mm)；p E ——预应力钢绞线弹性模量，2.02X105 Mpa(试验值)。

2.3 砼弹性压缩引起的损失预应力砼箱梁张拉时，砼弹性压缩是在张拉过程中完成的，一次完成张拉的构件，不会引起应力损失。

但是，预应力钢绞线根数往往较多，采用分批张拉锚固或逐束张拉锚固的，张拉后批钢绞线时，产生的砼弹性压缩变形，使先批已张拉预应力钢绞线产生应力损失，通常称为分批张拉应力损失，用4l σ表示。

4l σ=Ep σ∑∆pc σ式中：Ep σ——预应力钢绞线弹性模量与砼弹性模量比值；∑∆pcσ——在计算截面上先张拉钢束重心处，由后张拉各批钢绞线所产生的砼法向应力之和，对于简支梁，取1/4跨度处截面为准计算沿梁长平均∑∆pcσ2.4 预应力钢绞线应力松弛损失预应力钢绞线在应力作用下，随加荷时间延长产生徐变变形。

一般称钢绞线松弛或者应力松弛。

后张法预应力构件，松弛损失值在使用阶段中完成。

按时间延长建立完成损失终值百分比。

其计算方法如下： 采用低松弛预应力钢丝或钢绞线：当0.7con ptk f σ≤时，50.125(0.5)conl con ptkf σσσ=-当0.70.8ptk con ptk f f σ≤≤时，50.2(0.5)conl conptkf σσσ=-根据规范，实际计算时，当初应力小于钢绞线极限强度50%时，松弛量甚小，可忽略不计。

2.5 砼收缩和徐变砼收缩，徐变会使预应力砼构件缩短，因而引起应力损失。

收缩与徐变变形性能相似，影响因素大都相同，将砼收缩与徐变引起应力损失值综合计算，对于箱梁：/6/25220115pccul fσσρ+=+ ，式中：6l σ，/6l σ——受拉区、受压区预应力钢绞线中由于砼收缩徐变所产生的预应力损失；/,pc pcσσ——受拉区、受压区预应力钢绞线在各自合力点所产生的砼法向压应力；/,ρρ——受拉区、受压区预应力钢绞线与非预应力筋的配筋率（其值为受拉区和受压区预应力钢绞线和非预应力筋的截面面积///6/25220115pccul f σσρ+=+与砼结构截面面积之比）/f——施加预应力时，砼立方体抗压强度。

cu砼收缩和徐变是长期过程，但是箱梁预施应力过程与之相比历时短，在预应力施工中，按设计给定值计算。

2.6 预应力筋和台座之间温差此项损失，在先张法构件蒸养或者其他加热养护时才考虑。

在此不予考虑。

综合考虑多方面原因，在箱梁实际预应力施工时，对第一项应力损失现场测试。

预应力施工时，实际施工与设计给定的预应力损失估算可能存在较大偏差，特别是孔道摩阻、锚口摩阻、锚垫板喇叭口摩阻。

这些摩阻损失与孔道材料性质、力筋束种类以及张拉工艺等有关，实际施工值与设计值相差最大可达45％。

一般设计文件中，按照设计规范给出了建议取值范围，对于大型桥梁和大型预制梁场设计规范提出专门进行孔道摩阻损失，锚口，喇叭口摩阻损失测试要求。

《客运专线预应力砼预制梁暂行技术条件》(铁科技【2004】120号)，简称技术条件。

规定：预制梁试生产期间，至少对2片梁体进行各种预应力瞬时损失测试，确定预应力实际损失，必要时请设计方对张拉控制应力进行调整。

正常生产后每100片进行一次损失测试。

需测试的各项瞬时损失有：孔道摩阻，锚口、锚垫板喇叭口摩阻，锚具回缩损失等，以下结合遂平制梁场预应力砼箱梁张拉工艺实施进行测试说明。

3.1 测试目的(1)检验设计参数；(2)为施工提供数据支撑；(3)检验孔道及张拉工艺施工质量；(4)现场测试，在统计基础上，为规程修订提供基础数据参考。

3.2 摩阻测试准备(1)基础资料收集包括：预应力钢绞线参数(工作长度，起弯角，锚固控制力，钢绞线组成，设计钢绞线伸长值)；成孔方式，锚具情况(生产厂家、规格型号、厂家提供的锚口摩阻损失率)；参数(生产厂家、型号规格、实测弹性模量)。

(2)传感器、千斤顶、高压油泵、精密压力表(0.4级)检查，选用规格如表4所示。

测试器具一览表 表4(3)传感器系统标定(用压力机)，千斤顶和精密压力表标定(用标定好的传感器)。

千斤顶应标定进油、回油曲线。

(4)根据标定结果，按每级4MPa 确定张拉分级。

(5)现场确定传感器、千斤顶对中方法，检查位置是否有干涉。

(6)计算钢绞线下料长度并下料、穿束(两端钢绞线长度比设计长度均多出1.2m)。

(7)孔道、梁端面清理干净。

(8)准备足够记录表格。

(9)对有关操作人员进行技术交底。

3.3 测试内容以跨度32.6m ，ZJSP31.5 Z-411箱梁为例，孔道摩阻测试选定六条孔道(N9、N8、N5、N4、N2b 、N1a)，测定张拉束主动端与被动端实测压力值，根据规范规定公式计算摩擦系数μ和偏差系数k 。

设计摩阻系数μ=0.55，偏差系数k=0.0015。

根据《铁路桥涵钢筋砼和预应力砼结构设计规范》TB10002.3-2005第6.3.4 条规定，箱梁张拉时，预应力钢绞线与孔道间摩擦引起的应力损失按式(1)计算：[])(11kx con l e +--=μθσσ(1)式中：θ——预应力钢绞线张拉端曲线切线与计算截面曲线切线间夹角，称曲线包角；x ——从张拉端至计算截面孔道长度，一般取水平投影长度；μ——摩擦系数；k ——为偏差系数。

曲线包角实用计算以综合法计算精度较好，其表达式为： 22V H θθθ+=式中：H θ——空间曲线在水平面内投影切线角之和；V θ——空间曲线在圆柱面内展开的竖向切线角之和。

根据公式，求孔道摩阻损失，需求得μ ，k录(2)千斤顶主动和被动张拉油表读数是不同的，需测试前现场标定主、被动张拉曲线，主被动张拉曲线即主动张拉和被动张拉时张拉力和油表读数的回归方程，是数理统计的结果，较之穿心式千斤顶法精确程度低；(3)钢绞线从喇叭口到千斤顶张拉端长度不足，使钢绞线和喇叭口有接触，产生一定摩擦阻力，测试数据包含该部分影响，影响值难以消除。

鉴于主被动千斤顶法存在以上缺陷，铁路部门至今没有新的测试方法相关规定，项目采用了铁路行业已较普遍采用，工艺艺也较成熟的传感器法。

传感器法是在张拉端和固定端，安装经过标定的穿心式压力传感器，千斤顶逐级张拉到设计张拉力。

压力传感器读取张拉端和被张拉端压力，不再使用千斤顶油表读数方法。

为保证数据准确反映孔道部分摩阻影响，传感器外采用约束垫板测试工艺。

张拉过程中，分别读取两端力传感器示值，表示各级张拉力未受损失张拉力z N ，受损失后力b N ，测试装置如图4所示。

(图中左端固定端可以用和右端相同千斤顶代替)。

该装置，压力传感器直接作用与工具锚或千斤顶与梁体之间，各种压缩变形影响因素在张拉中及时补偿，测试时间比较短，避免了收缩与徐变问题，两端力差值即孔道摩阻损失。

为减少测试误差，采用固定端和张拉端交替张拉，重复3次，每束预应力筋共进行6次张拉测试，取平均结果。

测试中均匀连续张拉预应力钢绞线，中途不停止，防止预应力钢绞线回缩，引起误差。

传感器以及千斤顶安装时，中轴线与预应力钢绞线中轴线重合。

该测试方法与传统方法相比，优点如下：(1)测试原理科学、合理。

图4中约束垫板的圆孔直径与孔道直径基本相等，预应力钢绞线以直线形式穿过喇叭口和压力传感器，与二者没有接触，所测数据仅包括孔道摩阻力，保证了孔道摩阻损失测试正确性。

常规测试中所测孔道摩阻力，包括喇叭口摩阻力，测试原理存在缺陷。

(2)数据准确可靠。

穿心式压力传感器提高了测试数据可靠性和准确性，不受张拉千斤顶影响。

(3)预应力钢绞线可正常使用。

从喇叭口到压力传感器外端，钢绞线与二者没有接触，钢绞线未损伤，可以正常使用。