兰新第二双线60+100+60m连续梁桥摩阻试验报告

新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线DK690+193酒泉立交特大桥（60+100+60）m预应力混凝土连续梁桥摩阻试验报告检测单位：兰州（交通大学）铁成工程检测有限公司日期：2011年4月1 工程概况新建铁路兰州至乌鲁木齐DK690+193酒泉立交特大桥(60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥,采用悬臂施工，主墩墩顶4.0m范围内梁高相等，梁高7.85m，跨中及现浇段梁高4.85m，箱梁底板下缘按二次抛物线变化。

箱梁顶宽12.2m，底款6.7m，单侧悬臂长2.75m，悬臂端部厚24.8cm，悬臂根部厚65cm。

箱梁腹板板厚由箱梁梁体主墩墩顶根部100cm变至跨中及边墩支点附近梁段60cm；底板在箱梁梁体主墩墩顶根部厚120cm 变至跨中及边跨直线段厚40cm；顶板厚40cm，其中箱梁梁体边墩根部加厚至65cm，顶板设90×30cm的倒角，底板设60×30cm的倒角，箱梁在主墩及边墩顶设置横隔墙，主墩墩顶隔墙厚250cm；边墩墩顶横隔墙厚150cm，，隔墙设过人洞。

供检查人员通过。

梁体采用C50混凝土，预应力采用纵向、横向及竖向三向预应力体系，连续梁梁体纵向预应力采用符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB 5224）规定的钢绞线,＝1860MPa。

锚固体系采用与之对应规格的群锚装置，张拉采用与之抗拉强度标准值fpk配套的机具设备，采用金属波纹管成孔。

横、竖向预应力筋采用JLM-Φ32mmPSB830预＝830MPa，锚具采用JLM锚具锚固，采应力砼用高强精轧螺纹钢筋，抗拉强度标准值fpk用内径为Φ50mm铁皮管成孔。

应设计图纸要求，对新建铁路兰州至乌鲁木齐酒泉立交特大桥(60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥进行预应力摩阻试验。

2 摩阻试验的必要性由于预应力筋过长或弯曲过多都会加大预应力筋的孔道摩阻损失，特别是弯曲多、弯曲半径小、弯曲角度较大的预应力筋，两端张拉时，中间段的有效预应力损失较大。

实测资料表明：虽然孔道材质、力筋束种类以及张拉控制力相同，不同单位施工的梁所用的钢绞线与波纹管的实测孔道摩阻系数却大不相同，同一单位施工的不同孔道的摩阻系数也存在差异。

作为张拉的控制条件，如果孔道有漏浆堵塞现象，若不校核伸长值，就会使有效预应力达不到设计要求；另外，在施工过程中，预应力孔道埋设与设计存在误差时，预应力损失也是不同的，这时，设计伸长值若按照以往经验计算是不能真实反映实际施工情况的。

因此，测量预应力筋的摩阻力，是确保施工质量的有效措施。

另外各个厂家生产的预应力筋用夹片式锚具及锚垫板也是不相同的，预应力筋在锚具及锚垫板处发生的摩擦损失也不相同，需要对锚具和锚垫板处产生的预应力损失进行现场测定。

为解决孔道摩阻常规测试中存在的问题，保证测试数据的准确性，在本桥梁体孔道摩阻试验中，使用穿心式压力传感器测试张拉端和被动端的压力以代替千斤顶油压表读取数据的方法，提高了测试数据的可靠度与准确性，测试结果不受千斤顶油压表读数分辨率较低的影响；并在传感器外采用约束垫板的测试工艺，以保证张拉过程中压力传感器与张拉千斤顶对位准确。

3 摩阻损失组成3.1 孔道摩阻损失后张梁张拉时，由于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走动而变成波形，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，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）。

对于曲线管道，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。

按照《TB1002.3-2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》，预应力钢束的摩阻损失1s σ按下式计算：()1[1]kx s k e μθσσ-+=- （1）式中:k σ—张拉控制应力，MPa ；θ—弯曲孔道端部切线交角，rad ，对于空间预应力束，空间包角情况下，θ采用如下近似方法计算：22Hi Viiθθθ=+ （2）式中：H θ－空间曲线在水平面上投影包角；V θ－空间曲线在竖向圆柱面的展开平面上投影包角； i －曲线分段。

x —孔道长度，m ；μ、k —分别为孔道摩阻系数和孔道偏差系数。

3.2 锚口、喇叭口损失预应力筋通过锚具在预应力孔道端部散开，张拉时预应力筋与锚垫板及锚具将发生摩擦损失，此部分预应力损失称为锚口及喇叭口损失，以张拉力的百分比计。

4 摩阻试验仪器布置4.1 预应力束选择试验选择预应力束的原则如下：（1） 预应力束的长度不能太小，否则，摩阻损失较小，而影响因素较多，试验精度无法保证；（2） 预应力束的长度不能过大，因为试验时预应力束为单端张拉，预应力束的伸长量较大，若预应力束长度过大则会增加试验的难度。

根据以上原则，选择166号墩0号块2束腹板束F1和2束顶板T1束进行孔道摩阻试验。

4.2 预应力孔道摩阻损失测试试验采用《TB10203-2002 铁路桥涵施工规范》附录所建议的仪器布置测试本桥孔道摩阻损失，仪器布置如图1所示。

工作锚张拉千斤顶工具锚油泵压力传感器压力测试仪对中垫板工作锚工具锚压力传感器油泵压力测试仪预应力束预应力管道张拉千斤顶张拉端梁对中垫板图1 摩阻试验仪器布置图4.3 锚口损失和喇叭口损失由于锚口和喇叭口损失在张拉力中所占比重较小，故将锚口和喇叭口损失合在一起进行测试。

为测试锚口损失和喇叭口损失，需要做一试验梁（梁长1m ，截面为0.5m ×0.5m ，配置一定的普通钢筋及锚下螺旋筋），测试喇叭口损失的试验仪器布置图见图2。

张拉千斤顶油泵工具锚对中垫板对中垫板锚固端压力测试仪预应力管道张拉千斤顶工具锚压力传感器油泵张拉端压力传感器垫板内径与孔道直径相同对中垫板工作锚对中垫板图2 锚口、喇叭口损失测试仪器布置图5 现场试验步骤5.1 孔道摩阻试验（1） 试验过程按照相关规范要求进行试验设备安装，每一束均进行3次张拉测量，先进行直线束孔道摩阻力测试，按式（1）θ＝0时求得k 值，再进行与直线束孔道同样工艺及施工条件的曲线束孔道的摩阻试验，并以所得k 值代人式（1）求得μ值，每次张拉后都要退锚重新安装千斤顶，为减小退锚的难度，在张拉前将锚固端千斤顶油缸空载顶出10cm ，然后安装夹片，张拉完成后，锚固端千斤顶回油，减小退锚时钢绞线的预应力；（2） 试验前测试压力传感器初值，然后分级单端张拉到k σ；（3） 张拉到控制应力，持压5min ，以此时的测量结果作为张拉试验的终值进行分析；（4） 张拉端千斤顶回油到0，记录压力筒压力及锚塞外露值。

（5） 锚固端千斤顶回油，卸下两端张拉装置。

（6） 重复进行上述步骤，再试验2次。

5.2 锚口、喇叭口损失试验（1） 试验过程按照图2及相关规范要求进行试验设备安装，均进行3次张拉试验，每次张拉后都要退锚重新安装千斤顶，为减小退锚的难度，在张拉前将锚固端千斤顶油缸空载顶出10cm ，然后安装夹片，张拉完成后，锚固端千斤顶回油，减小退锚时钢绞线的预应力；（2） 试验前测试压力传感器初值，然后分级单端张拉到k σ；（3） 张拉到控制应力，持压5min ，测量压力筒压力及油压表读数，以此时的测量结果作为张拉试验的终值进行分析；（4） 张拉端千斤顶回油到0，记录压力筒压力及油压表读数； （5） 锚固端千斤顶回油，卸下两端张拉装置； （6） 重复进行上述步骤，再试验2次。

6 试验数据分析方法6.1 直接分析先进行直线束孔道摩阻力测试，按式（1）θ＝0时求得k 值，再进行与直线束孔道同样工艺及施工条件的曲线束孔道的摩阻试验，并以所求k 值代人式（1）求得μ值。

6.2 最小二乘法若试验采用的预应力束均有弯起角度，需采用最小二乘法来进行分析。

被动端的拉力B F 与主动端的张拉力Z F 关系为：()kl B Z F F e μθ-+= （3）为根据试验数据确定参数μ和k 的值，令：ln(/)Z B c F F = （4）则：kl c μθ+= （5）由于试验存在误差，故假设测试误差为∆，即：kl c μθ+-=∆ （6）若有n 束预应力钢束，则：i i i i kl c μθ+-=∆ （7）利用最小二乘原理，全部预应力钢筋测试误差的平方和为：22()i i i i F kl c μθ=∑∆=∑+- （8）欲使试验误差最小，应使：0F μ∂=∂，0Fk ∂=∂ （9） 整理可得：22i i i i ii i i i ik l c l k l c l μθθθμθ⎧∑+∑=∑⎪⎨∑+∑=∑⎪⎩ （10）由式（9）可解得参数μ和k ，需要指出的是，由于参数μ和k 的耦联，必须借助于2束以上的预应力钢束才能计算出μ和k 的值。

7 摩阻试验结果7.1 喇叭口损失与锚口损失7.1.1 喇叭口损失按照图2所示仪器布置，忽略试验梁段内很短的直线孔道摩阻损失，两端压力传感器的压力差即为锚口、喇叭口的应力损失之和。

序号试验次数 主动端压力 （kN ） 被动端压力 （kN ） 压力差 （kN ） 损失百分比 试验 日期1第一次3078 2914 164 5.33% 2011.4.21 第二次 3068 2908 160 5.22% 第三次 3072 2920 152 4.95% 2第一次3028 2852 176 5.81% 第二次 3022 2853 169 5.59% 第三次 3018 2843 175 5.80% 3第一次2990 2822 168 5.62% 第二次 2995 2838 157 5.24% 第三次300528301755.82%喇叭口损失平均值为：5.5%。

7.2 孔道摩阻试验结果孔道摩阻试验预应力束为单端张拉，一端为主动端，另一端为被动端，两端压力传感器的压力差即为孔道摩阻损失。

预应力钢绞线计算摩阻损失时计算参数，顶板束T5（12-7φ5，长度14.035m ，弯起角度12°），腹板束F7（17-7φ5,长度14.863m ，弯起角度50°），试验结果列于表2。

钢束名称试验 序号 主动端初值 （kN ） 主动端 终值 （kN ） 被动端 初值 （kN ） 被动端 终值 （kN ） 摩阻 损失 （kN ）c 值平均C 值 试验 日期F1-1 第一次0 3078 0 2821 257 0.0872 0.08582011.4.21第二次0 3068 0 2825 243 0.0825 第三次 0 3072 0 2816 256 0.0870F1-2 第一次0 3028 0 2787 241 0.0829 第二次0 3022 0 2776 246 0.0849 第三次 0 3018 0 2757 261 0.0905 T1-1 第一次0 2087 0 1608 479 0.2607 0.2446第二次0 2134 0 1668 466 0.2464 第三次 0 2123 0 1683 440 0.2323T1-2 第一次0 2078 0 1628 450 0.2441 第二次0 2085 0 1638 447 0.2413 第三次210216494530.2427参考（10）式，联立求解：21122112θθθθl l c c k --= 12212112θθμl l l c l c --=2束顶板束试验C 值平均值为：0.0858。