沪通白茆河特大桥跨(40+64+40)m连续梁摩阻实验报告

目录1 工程概况 (1)2 测试依据 (1)3 测试基本原理 (2)3.1摩阻损失的组成 (2)3.2管道摩阻损失的计算 (2)3.3锚口、喇叭口摩阻损失的计算 (4)4 管道摩阻测试内容和方法 (4)4.1管道摩阻测试内容 (4)4.2管道摩阻测试方法 (5)4.3管道摩阻测试步骤 (6)5 锚口及喇叭口摩阻测试内容和方法 (6)5.1锚口及喇叭口摩阻测试内容 (6)5.2锚口及喇叭口摩阻测试试件制作 (7)5.3锚口及喇叭口摩阻测试方法 (7)5.4锚口及喇叭口摩阻测试步骤 (8)6 测试结果分析 (8)6.1管道摩阻测试结果 (8)6.2锚口及喇叭口摩阻测试结果 (12)7 结论 (12)附录一 (40+64+40)M预应力连续梁桥摩阻测试现场图片 (13)1 工程概况本桥采用一联(40+64+40)m单箱单室、变高度、变截面预应力混凝土连续梁，一联梁全长145.2m。

中支点处梁高5.2m，跨中梁高2.8m，边座中心至梁端0.60m,中支座横桥向中心距4.5m。

桥面宽分别为12.1m，顶板厚34~60cm，腹板厚50~70~90cm，底板厚44~100cm。

在端支点、中支点共设5个横隔板，隔板设有孔洞，供检查人员通过。

纵向及横向预应力筋采用抗拉强度标准值为f pk=1860MPa、弹性模量为Ep=195GPa，公称直径为15.20mm高强度钢绞线，其技术条件符合GB5224标准。

竖向预应力采用预应力混凝土用螺纹钢筋，产品应符合GB/T20065-2006标准。

预应力混凝土用螺纹钢筋标准强度f pk=830MPa，锚下张拉控制应力705MPa，采用 35mm铁皮管制孔。

桥梁规范中所规定的纵向预应力损失：锚口及喇叭口损失按锚外控制应力的6%计算，管道摩阻系数0.23，管道偏差系数0.0025。

为验证设计数据，确保预应力张拉的有效张拉力，需要在张拉预应力前进行预应力摩阻损失试验。

2 测试依据《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.0-2005)《铁路桥涵混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》(TB10002.4-2005)《铁路混凝土工程施工技术指南》(TZ210-2005)《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370-2000)新建上海至南通铁路南通至安亭段施工图及相关资料3 测试基本原理3.1 摩阻损失的组成预应力在张拉过程中存在各种损失。

混凝土的收缩徐变、预应力筋的应力松弛、预应力筋与台座之间的温差、锚头变形及钢筋回缩和接缝压缩、预应力筋与管道之间的摩擦等是引起预应力损失的主要因素。

而其中预应力筋与管道之间所引起的损失占很大比例，尤其是弯曲长束管道的摩阻损失更大。

混凝土收缩徐变等长期效应对预应力造成的损失不易消除，为了保证有效预应力，应尽力准确掌握预应力的瞬时损失，即管道摩阻损失及锚口、喇叭口摩阻损失。

预应力混凝土箱梁采用后张法施工时，预应力钢绞线布置一般分为直线布置和曲线布置两种。

因此管道摩阻引起的预应力损失也分为长度影响和弯道影响，即管道偏差效应和曲率效应。

理论上讲，直线管道无摩擦损失，但由于施工时混凝土振捣等原因往往会使管道不是理想的那么平直，加之预应力钢绞线因自重下垂与管道产生接触，故当预应力钢绞线与管道有相对滑动时就会产生摩擦，此项称为管道走动影响(或偏差影响、长度影响)。

除了管道走动影响之外，还有钢绞线对管道内壁的径向压力所产生的摩擦，该部分称为弯道影响，随预应力钢绞线弯曲角度的增加而增加。

因此曲线管道的摩擦损失应为管道偏差效应与曲率效应之和。

3.2 管道摩阻损失的计算根据规范，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:()[]kx con l e +--=μθσσ11式中σl1—预应力钢筋与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失；σcon —主动端预应力钢筋的张拉控制力；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的长度上，钢筋弯起角之和(rad)；k —管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；x —管道直线长度(m)。

经过摩阻损失后距张拉端x 处的力筋内力表达式为x k a x e F F --=ϑμ(1) 式中：a F ——张拉端拉力；ϑ——距张拉端x 处的力筋转角； μ，k ——管道摩阻系数和偏差系数；x ——直线管道长度。

为了测定μ、k 值，常采用一端张拉一端固定的方法，根据下式计算μ、k 值： b a F F kl ln =+μϑ (2)式中：ϑ、l ——张拉端至固定端的全部转角和索长；b F ——被动端力。

若选结构配有直束，则ϑ=0，可直接得到ba F F l 1k ln =；若无直束，则借助2根以上索的测试结果利用最小二乘法原理计算得到μ、k 值，或假定k 值，计算μ值。

最小二乘法原理如下：因试验存在误差是不可避免的，假定式(2)的误差为∆，则有 ∆μϑ=-+b a F F ln kl (3)如果测试的力筋有n 束，则式(3)变为i i i i C kl ∆μθ=-+ (i =1， 2， …，n ) (4) 式(4)中的i θ、i l 为第i 根索的ϑ、l 、i C 为b a F F ln项，各索测试误差的平方和为()∑∑-+==22i i i i C kl q μϑ∆ (5) 欲使试验误差最小，则0k q =∂∂，0=∂∂μq (6) 由式(5)、(6)可得⎩⎨⎧∑∑∑=+∑∑∑=+i i i i i i i i i i l C l k l C l k 22θμθθθμ (7)通过式(7)，可同时求得μ和k 。

3.3 锚口、喇叭口摩阻损失的计算测试锚口及喇叭口摩阻损失时需尽量消除管道摩阻的影响。

本次测试采用PVC 管代替金属波纹管。

根据力的平衡原理，两端的压力之差即为锚口及喇叭口摩阻损失。

锚口、喇叭口摩阻损失N 0按下式计算: N 0=N 1-N 2。

式中, N 1为主动端压力值，N 2为被动端压力值。

4 管道摩阻测试内容和方法4.1 管道摩阻测试内容管道摩擦阻力估算的准确程度直接影响到箱梁的上拱度和到结构使用的安全。

为此，应尽早进行现场试验以求得可靠的摩擦系数和管道偏差系数值，以合理确定实际的预应力损失值。

为了尽早得到可靠的管道偏差系数，为后续施工提供可靠的计算和施工参数，选择零号块完成后，对管道摩阻进行测试。

本次测试选择其中的1根顶板束T2和1根腹板束M2共两个管道。

T2(无平弯)见图1及表1。

主要通过测定两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偏差系数k 。

图1 T2竖弯示意图(单位：mm)表1 T2基本数据图2 M2竖弯示意图(单位：mm)表2 M2基本数据4.2 管道摩阻测试方法管道摩阻测试过程见图3。

测试设备包括：穿心式压力传感器及读数装置(量程4000kN，精度1kN)两套；相应吨位的张拉千斤顶(含高压油泵)两套；钢直尺两把，锚具、限位板等。

图3 管道摩阻测试示意图试验在现场零号块进行，按示意图安装好测试装置，预应力设备与实桥相同。

测试开始前先将被动端油顶伸出6～8cm，便于测试完成后拆卸试验装置。

在测试过程中保持一端油顶主动，另一端被动的状态。

按照控制张拉力的大小分为4～6级，每级持荷5min，记录每级主、被动端压力值F a、F b，直至控制张拉力。

取控制张拉力下的F a、F b更接近于施工实际状态。

每个管道测试6次，主、被动端调换前后分别测试3次。

最后利用得到的F a、F b值进行管道摩阻参数的计算。

4.3 管道摩阻测试步骤(1) 测试前主、被动端千斤顶、压力传感器送相关计量检测中心进行标定；(2) 梁体两端安装压力传感器、主、被动端千斤顶(不装工作锚)；(3) 测试开始前先将被动端油顶伸出8～10cm，便于测试完成后拆卸试验装置(退锚)。

(4) 管道两端千斤顶同时进油，张拉至控制应力的10%后关闭被动端油泵的阀门，主动端进油张拉；(5) 主动端千斤顶进油按20%、40%、60%、80%、100%张拉至设计控制张拉力，记录各级主、被动端压力读数及钢束伸长量、油表读数；(6) 卸载，重复步骤3~5，对管道进行第2、3次逐级张拉，读取各级读数；(7) 主、被动端调换，重复步骤3~6，对管道再进行3次测试；(8) 根据试验数值采用线性回归分析及最小二乘法原理计算管道摩阻系数。

5 锚口及喇叭口摩阻测试内容和方法5.1 锚口及喇叭口摩阻测试内容该测试需现场预制一个3.0×0.5×0.5m混凝土试件，测试在试件上进行。

测试采用一端张拉，张拉力为预应力钢绞线的控制张拉力。

锚口及喇叭口摩阻测试采用12- j15.24预应力束，张拉控制应力为1250MPa ，每种钢束锚口做三组测试，每组张拉主动、被动调换进行，一共6次。

测试内容为损失前后主、被动端压力传感器读数、钢束伸长量及油表读数。

5.2 锚口及喇叭口摩阻测试试件制作锚口及喇叭口摩阻标准试件长3m ，截面尺寸为0.5m×0.5m ，见图4。

N1筋长2940mm ，N2筋长1760mm 。

管道要求顺直，要加强定位，管道用PVC 管，以消除管道摩阻。

以40cm 间距沿试件纵向布置定位网片。

喇叭口、螺旋筋、锚垫板与实桥相同，制作时预留6个试块，随试件同等条件养护，试验时要确保标准试件强度达到设计强度的80%，混凝土等级C50，保护层3cm 。

端部50cm 箍筋间距布置困难时视实际情况自行调整。

图4 锚口及喇叭口摩阻测试试件制作示意图(mm)5.3 锚口及喇叭口摩阻测试方法锚口及喇叭口摩阻测试过程见图5。

测试设备包括：穿心式压力传感器及读数装置(量程4000kN ，精度1kN)两套；相应吨位的张拉千斤顶(含高压油泵)两套；钢直尺两把；锚具、限位板等。

千斤顶压力传感器工作锚工具锚喇叭口千斤顶压力传感器工作锚工具锚喇叭口PVC管钢绞线图5 锚口及喇叭口摩阻测试示意图直接在试件上安装测力传感器及千斤顶，一端为张拉端，另一端固定。

张拉端张拉力与实际控制张拉力接近时，记录主动端与被动端的传感器读数，分别计为P1和P2，则P1与P2之差为锚口和喇叭口摩阻损失。

5.4 锚口及喇叭口摩阻测试步骤(1) 测试前主、被动端千斤顶、压力传感器送相关计量检测中心进行标定；(2) 梁体两端安装压力传感器、主、被动端千斤顶、工作锚；(3) 测试开始前先将被动端油顶伸出8～10cm，便于测试完成后退锚。

(4) 管道两端千斤顶同时进油，张拉5MPa左右后关闭被动端油泵的阀门，主动端进油张拉；(5) 进行第一组测试：主动端千斤顶一次张拉至设计控制张拉力，记录主被动端压力读数及钢束伸长量、油表读数；(6) 卸载，重复步骤3~5，进行第2、3次张拉，读取各次读数；(7) 主、被动端调换，重复步骤3~6，再进行3次测试；(8) 取各次测试结果的平均值，即为锚口及喇叭口摩阻损失。