预应力混凝土管道摩阻实验

预应力混凝土管道摩阻实验
预应力混凝土箱梁
管道摩阻与锚圈口摩阻试验方案
1．试验概况
预应力混凝土箱梁为后张法预应力混凝土结构，预应力钢绞线采用φj15.24mm(单根截面积1.419cm2)高强度低松弛钢绞线，标准强度1860MPa。

纵向预应力束19-φj15.24管道采用内径100mm 高密度聚乙烯波纹管成孔，纵向预应力束12-φj15.24管道采用内径90mm高密度聚乙烯波纹管成孔。

纵向预应力束19-φj15.24、12-φj15.24采用群锚锚具，均为两端张拉。

箱梁纵向预应力束布置及管道相关参数见表1.1。

表1.1 预应力束布置及管道相关参数表
钢束编号钢束规格束数管道长度L(cm) 管道曲线角θ（度）管道曲线角θ
（rad）位置
BF1 19-φj15.24 2 4748.2 14
0.2443 腹板
BF2 19-φj15.24 2 4936.2 14
0.2443 腹板
BF3 19-φj15.24 2 4921.5 14
0.2443 腹板
BF4 19-φj15.24 2 4928.9 14
0.2443 腹板
BB1 12-φj15.24 2 2596.1 29.7
0.5183 底板
BB2a 12-φj15.24 2 3393.3 29.7
0.5183 底板
BB2b 12-φj15.24 2 3394.7 29.7
0.5183 底板
BB3 12-φj15.24 4 4866.0 10 0.1745 底板
BT1 5-φj15.248 900 0 0 顶板
2．试验内容
本次试验包括两部分，管道摩阻试验和锚口摩阻试验。

其中，管道摩阻试验的试验管道为低端侧BF1、高端侧BF4、底板BB3。

主要通过测定三个管道张拉束主动端与被动端实测压力值，根据规范规定的公式计算摩擦系数μ和偏差系数k。

19孔群锚锚口摩阻试验在特制的混凝土试件上进行。

试验主要测定锚口的摩阻损失。

此外为测定喇叭口的摩阻损失，在试件上也要进行喇叭口的摩阻损失试验，方法是通过测试喇叭口与锚口摩阻损失之和，再从中扣除锚口摩阻损失，以确定喇叭口的摩阻损失。

3．试验原理
3.1 管道摩阻损失的组成
后张法张拉时，由于梁体内力筋与管道壁接触并沿管道滑动而产生摩擦阻力，摩阻损失可分为弯道影响和管道走动影响两部分。

理论上讲，直线管道无摩擦损失，但管道在施工时因震动等原因而变成波形，并非理想顺直，加之力筋因自重而下垂，力筋与管道实际上有接触，故当有相对滑动时就会产生摩阻力，此项称为管道走动影响（或偏差影响、长度影响）。

对于管道弯转影响除了管道走动影响之外，还有力筋对管道内壁的径向压力所产生的摩阻力，该部分称为弯道影响，随力筋弯曲角度的增加而增加。

直线管道的摩阻损失较小，而曲线管道的摩擦损失由两部分组成，因此比直线管道大的多。

3.2 管道摩阻损失的计算公式
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第6.2.2条规定，后张法构件张拉时，预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的预应力损失，可按下式计算：
…………(3-1)
式中———张拉端钢绞线锚下控制应力(MPa)；
μ———预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；
θ———从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和(rad)；k———管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
x———从张拉端至计算截面的管道长度，可近似地取该段管道在构件纵轴上的投影长度(m)。

根据式(2-1)推导k和μ计算公式，设主动端压力传感器测试值为P1,被动端为P2，此时管道长度为l, θ为管道全长的曲线包角，考
虑式(2-1)两边同乘以预应力钢绞线的有效面积，则可得：
…………………(3-2)
两边取对数可得;
…………………(3-3)
令 , 则
由此，对不同管道的测量可得一系列方程式：
即
即
即
由于测试存在误差，上式右边不会为零，假设
则利用最小二乘法原理有：
……………(3-4)
当……………(3-5)
时，取得最小值。

由式(3-4)、(3-5)可得：
……………(3-6)
解方程组(3-6)得k及μ值。

3.3 锚口摩阻损失的计算公式
在特制试件上进行19孔群锚锚口摩阻损失试验时，令主动端压力值为N1，被动端压力值为N2，则锚口摩阻力为：
……………(3-7)
克服锚口摩阻力的超张拉系数：
……………(3-8)
4．试验方法
4.1 管道摩阻试验
4.1.1 试验时采用一端张拉，应用两台压力传感器。

张拉前应标定好试验用的千斤顶和高压油泵，并在试验中配套使用，以校核传感器读数。

4.1.2 19-φj1
5.24和12-φj15.24预应力钢绞线分8级加载。

试验时，19-φj15.24预应力钢绞线从500kN到3700kN（设计张拉力）, 12-φj15.24预应力钢绞线从300kN到2300kN（设计张拉力）。

试验时根据千斤顶油表读数控制张拉荷载级。

4.1.3 以一端作主动端，一端作被动端逐级加载，两端均读取传感器读数，并测量钢绞线伸长量，每个管道张拉二次。

之后调换主动端与被动端位置，用同样的方法再做一遍。

4.1.4考虑到50m梁钢绞线伸长量较大，若一台千斤顶行程不够，需至少在张拉端安装二台千斤顶，被动端安装一台千斤顶（图4.1）。

4.1.5 钢束伸长量和夹片外露量通过直钢尺测量。

图4.1 管道摩阻试验示意图
4.2 锚口摩阻试验
锚具的锚口摩阻试验在特制的混凝土试件上进行，截面中心处的预应力管道为直管道，成孔方式及锚具、锚垫板与箱梁采用的完全相同。

测试时需采用工作状态的锚头（安装夹片），试验采用单端张拉方式，在试件两端分别安装千斤顶，被动端测试前首先张拉，以便完成测试后进行退锚。

试验时示意图见图4.2。

试验时千斤顶一次直接张拉至设计张拉应力（3700kN），分别读取主动端和被动端传感器读数。

选取三套规格相同的19孔群锚锚具进行试验，每套锚具共计张拉2次。

在安装过程中由于1#传感器与工作锚具之间存在一定间隙，在试验时工作锚在千斤顶压力作用下可能嵌入传感器中，导致测量数据失真且试验完成后不宜于拆除，所以在1#传感器与工作锚具之间临时真设一块限位板。

在数据分析过程中应分析比较扣除此块限位板所产生的锚口摩阻损失。

图4.2 锚口摩阻试验示意图
4.3 喇叭口摩阻试验
同样在试件上进行喇叭口摩阻损失的试验，测定其损失主要通过间接的方式进行，方法是通过测试喇叭口与锚口摩阻损失之和，再从中扣除锚口摩阻损失以确定喇叭口的摩阻损失。

试验的具体操作与锚口摩
阻试验一样，只是在主动端与被动端各安置一个传感器（图4.3）。

图4.3 锚口和喇叭口摩阻试验示意图
同样的，试验时千斤顶一次直接张拉至设计张拉应力（3700kN），分别读取主动端和被动端传感器读数。

以试件一端为主动张拉端，一端为被动端，共计张拉2次后，调换主动端与被动端位置再做2次。

5．数据记录
分级测试预应力束张拉过程中主动端与被动端的荷载，并通过线性回归确定管道被动端和主动端荷载的比值，然后利用二元线性回归的方法确定预应力管道的k、μ值。

每级荷载下均需记录的测试数据有：主动端与被动端压力传感器读数、张拉端得油缸伸长量、油表读数、张拉端夹片外露量，所测数据均在记录本上即时记录。

6. 油泵操作注意事项
在管道摩阻试验过程中，采用单侧张拉方式（左右两侧不对称）对梁体不利，所以应严格控制张拉应力（必要时应进行间算，否则应对称张拉）。

当张拉到设计荷载时，由于张拉力与钢绞线伸长不同步，致使当游表到达设计值后，钢绞线继续伸长，相应造成油表读数下滑。

为避免这种现象的发生，当油表达到设计读数后应降低供油速度，向千斤顶缸体内缓慢供油，维持油表表盘读数不变持荷约1分钟后，钢绞线的的伸长基本完成，方可关闭进油阀，关闭油泵。

待相应工作完
成之后方可进入下一级作业。

当张拉到控制应力一级时，不可超张拉过设计读数然后停止供油待油表值回落到设计值。

在量取伸长值时应按照上述方法待到伸长量稳定后方可量取读数。