客運專線預制箱梁摩阻試驗程序與計算

梁光榮

1 摩阻試驗的必要性

預應力是橋梁結構的生命線工程，預應力施加的準確程度和損失情況是保證箱梁質量、后期運營和使用年限(高鐵客專新標準要求100年使用壽命)的重要施工環節。而預應力混凝土結構的大量試驗結果表明，通過測試管道、錨口和喇叭口摩阻以及鋼絞線彈性模量確定預應力筋伸長量，并嚴格控制預應力管道位置，可以獲得準確的梁體混凝土預施應力。為此《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》中規定在試生產期間應至少進行2片預應力摩阻損失測試，正常生產后每100片進行一次測試。

2 預制箱梁預應力孔道摩阻與喇叭口摩阻測試方案

2.1 測試目的

1)檢驗預應力混凝土箱梁的管道摩擦系數μ和管道偏差系數k以及錨口、喇叭口摩阻的實際值。2)錨具、夾片實際回縮量。

2.2 測試原理和方法

2.2.1 喇叭口摩阻測試

在試生產前，按圖1制作喇叭口摩阻測試預制試件，待強度和彈性模量均達到100%后方可進行摩阻試驗。

錨口、喇叭口摩阻和錨具回縮量測試都在梁場預制的3.5 m長試件上進行，采用一端張拉，試驗張拉控制力為預應力鋼絞線的0.8fptk(Ap為9根鋼絞線的面積)，測讀內容主要為摩阻損失前、后測力傳感器的讀數。

2.2.2 管道摩阻測試

箱梁管道摩阻力由管道曲率效應和偏差效應兩部分組成。依據TB 10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范第6.3.4條規定，管道摩阻可按下式計算:

其中，P1，P2分別為張拉端和被動端管道口的鋼束拉力;θ，l分別為管道總彎起角，rad，管道總長度，m;μ，k分別為鋼束與管道壁之間的摩擦系數和管道的偏差系數。

P1，P2可由測力傳感器測出，θ，l按設計值取用，按二元線性回歸即可求得μ和k，測試時采用的張拉設備與實際施工時的設備相同，測力傳感器為4 000 kN穿心式壓力傳感器(精度0.5%)，鋼束伸長量通過鋼板尺測量張拉端油缸長度并減掉夾片回縮量來獲得。

管道摩阻測試在箱梁強度和彈性模量均達到100%后，在箱梁實體上進行，采用一端張拉，從10%的張拉控制拉力開始，分8級張拉至90%的設計張拉力，在箱梁腹板位置自上而下選取6個孔道進行測試，每個孔道測試兩次(見圖2)。

測讀內容包括:張拉端與被動端測力傳感器讀數、張拉端油缸伸長量、被動端油缸外露量、張拉端與被動端夾片回縮量。

測試結果若與設計圖紙提供的數值差別較大，及時通知設計方對張拉控制應力進行調整。

3 管道摩阻損失的計算公式

根據TB 10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范第6.3.4條規定，后張法構件張拉時，由于鋼筋與管道間的摩擦引起的應力損失按下式計算:

其中，σL1為由于摩擦引起的應力損失，MPa;σcon為鋼筋(錨下)控制應力，M Pa;θ為從張拉端至計算截面的長度上，鋼筋彎起角之和，rad;x為從張拉端至計算截面的管道長度，m;μ為鋼筋與管道之間的摩擦系數;k為考慮每米管道對其設計位置的偏差系數。

根據公式推導k和μ計算公式，設主動端壓力傳感器測試值為P1，被動端為P2，此時管道長度為 l，θ為管道全長的曲線包角，考慮公式兩邊同乘以預應力鋼絞線的有效面積，則可得:

兩邊取對數可得:

令 y=-ln(P2/P1)，則:

由此，對不同管道的測量可得一系列方程式:

由于測試存在誤差，上式右邊不會為零，假設:

可得:

其中，yi為第 i管道對應的(-ln(P2/P1))值;li為第 i個管道對應的預應力筋空間曲線長度，m;θi為第 i個管道對應的預應力筋空間曲線包角，rad;n為實測的管道數目，解方程組得 k及 μ值。

4 控制摩阻損失施工要點

1)嚴格控制成孔橡膠抽拔管或波紋管定位坐標，保證成孔線型，綁扎鋼筋和安裝內模前均必須仔細檢查，誤差在規范允許范圍之內。

2)若采用橡膠抽拔管成孔，應制定成熟的施工工藝，選派熟練工人上崗，保證拔管時孔道混凝土強度在相對穩定的范圍內，強度波動范圍較小，管道摩阻相對穩定。具體拔管時間因季節而定，一般以混凝土強度達到8 MPa以上為宜。

3)鋼絞線、錨具、夾片及錨墊板等存放庫房，防止日曬雨淋生銹影響摩阻數值。

4)更換鋼絞線、錨具、夾片及錨墊板等生產廠家時，必須重新測定摩阻。