U梁預應力摩阻試驗信息集成與測試方法研究

梁 娜 董 旭

(1.山東省質量技術監督局信息中心，山東 濟南 250002； 2.山東大學巖土與結構工程研究中心，山東 濟南 250061)

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U梁預應力摩阻試驗信息集成與測試方法研究

梁 娜1董 旭2*

(1.山東省質量技術監督局信息中心，山東 濟南 250002； 2.山東大學巖土與結構工程研究中心，山東 濟南 250061)

結合某城市軌道交通U型梁工程實例，開展了此類橋型預應力孔道摩阻損失試驗，分析了該試驗的測試原理及信息集成方法，實測了預應力孔道摩阻損失值，得到了針對U型梁預應力束孔道摩阻系數的取值，為此類橋梁預應力施工提供了參考依據。

U型梁，預應力束，摩阻試驗，信息集成

0 引言

后張預應力混凝土梁在張拉過程中，由于受到預應力孔道摩阻影響，將產生預應力損失。目前研究表明，預應力孔道摩阻損失是結構預應力損失的主要部分，其損失值與預應力布束形式、孔道種類及性質、張拉工藝等相關，最大可達45%，如施工過程中不加重視，將嚴重影響結構后期運營安全[1-5]。工程中一般分別采用預應力孔道摩阻系數μ和孔道偏差系數k計算預應力孔道摩阻損失值，雖然國內現行橋梁規范給出了孔道摩阻損失計算參數μ值和k值的取值范圍[6，7]，但由于不同工程中結構形式、張拉噸位、鋼束束數及曲率半徑等均有較大差異，由此導致不同工程結構孔道摩阻損失計算參數數值差別較大，因此不宜直接套用規范取值。應在預應力張拉施工前，對同一工程條件下孔道摩阻系數進行準確測定，從而為下一步預應力施工張拉力控制提供依據。

城市軌道交通U型梁縱向預應力束由于同時存在平彎和豎彎，具有空間彎曲的復雜形狀，其預應力孔道摩阻損失必然與傳統混凝土箱梁、T梁橋存在較大差異。本文結合某城市軌道交通U型梁工程，開展了此類橋型預應力孔道摩阻損失試驗，介紹了其試驗方法，分析了測試原理及信息集成方法，實測了預應力孔道摩阻損失值，得到了針對U型梁預應力束孔道摩阻系數的取值，為此類橋梁預應力張拉控制提供重要參考依據。

1 工程概況

2 試驗原理

2.1 測試方法

采用壓力傳感器測量張拉端和被張拉端的壓力值，同時在傳感器外布置約束墊板，以保證所測數據能夠準確反映孔道部分的摩阻影響。其試驗原理及測試系統示意圖如圖2所示。

2.2 計算方法與參數識別

孔道摩阻損失是由于采用后張法張拉預應力梁體時，力筋與孔道壁的相互接觸以及力筋沿孔道的滑動而產生的。規范給出了分析孔道摩阻損失需考慮的6項因素，但通常主要考慮預應力筋曲線段孔道的彎曲因素、直線孔道的走動及位置偏移因素兩個方面的影響。理論上，理想直線孔道不產生摩擦損失，但施工振動等多種因素會致使孔道發生滑動和扭轉而呈現波形；預應力筋的自重會使鋼束下垂，與孔道發生相互接觸。因此，當張拉力筋與孔道發生相對滑動時，即會產生摩擦而引起摩阻損失，稱為直線孔道走動及位置偏移影響(或偏差影響、長度影響)。由于孔道的彎曲，會導致預應力筋對孔道內壁作用有徑向壓力，進而引起摩阻力，并隨彎曲角度的逐漸增加而不斷增大，稱為曲線彎道的彎曲影響。由此可見，曲線孔道受上述兩部分因素摩擦的影響，故其摩阻損失較之僅受單一長度影響的直線孔道大得多。

根據我國規范，本研究將空間曲線預應力筋的孔道摩阻損失計算方法與僅有平彎的平面曲線孔道摩阻損失的計算方法相統一，確定為：

σs4=σk(1-e-(μθ+kx))

(1)

其中，θ為曲線包角，表示預應力筋的張拉端曲線的切線與計算截面曲線孔道部分的切線之間的夾角，rad；x為預應力筋的張拉端至計算截面的孔道長度，m；μ為預應力筋與孔道壁之間的孔道摩擦系數；k為考慮每米孔道對其設計位置的孔道偏差系數。

考慮計算精度的要求，空間曲線包角的計算公式依據綜合法：

(2)

其中，θH為空間曲線在水平投影面內的投影曲線的切線角之和；θV為空間曲線在豎向投影面內展開的豎向投影曲線的切線角之和。

根據圖2所示測試方法的原理及式(1)的計算方法，本研究假設預應力筋張拉端的壓力傳感器測試值為P1，被動端的測試值為P2，孔道全長的曲線包角為x，孔道長度為l。將式(1)兩側同時乘預應力筋的有效截面面積，得到：

P2=P1e-(μθ+kl)

(3)

兩邊取對數可得：

μθ+kl=-ln(P2/P1)=c

(4)

由于同一工程預應力孔道制孔方法相同，孔道質量相差不大，因此可不考慮摩阻系數μ和k的變異影響，利用最小二乘原理，根據式(5)，式(6)可使孔道摩阻系數μ和k試驗誤差取得最小值：

(5)

故有：

(6)

其中，li為第i個孔道對應的力筋空間曲線長度,m；ci為第i個孔道對應的值，ci=-ln(P2/P1)；θi為第i個孔道對應的力筋空間曲線包角，rad；n為實際測試的孔道數目，且不同線形的力筋數目不小于2。

實際測試的數據代入式(6)，聯立求得摩阻系數μ和k。

3 現場試驗及結果信息集成分析

3.1 測試內容

選擇了空間彎曲形狀較復雜的腹板N1,N1′鋼束以及彎曲幅度較小的底板N3,N3′鋼束進行U型梁預應力孔道摩阻損失測試試驗。測試試驗現場如圖3所示。

孔道摩阻試驗的基本步驟：

1)測試前，對油壓表及壓力傳感器進行標定，以保證讀數準確。

2)依據試驗方案，依次安裝壓力傳感器、約束墊板、千斤頂及錨具。

3)錨固端千斤頂空頂5 cm～10 cm后關閉，楔緊千斤頂兩端預應力鋼束，并保證預應力鋼束、千斤頂、壓力傳感器對中。

4)兩端千斤頂同時充油，使兩端預應力同時保持約4 MPa的初始應力。

5)甲端封閉，乙端分級張拉。張拉過程中逐級讀取兩端傳感器讀數，并測量鋼絞線伸長值，張拉至控制應力后，停止張拉，持荷3 min，記錄數據并回油退錨。每個孔道重復張拉3次。

6)按照上述步驟，乙端封閉，甲端張拉，復張拉3次，完成此孔道鋼絞線的測試。

每級荷載下均需記錄的測試數據有：主動端與被動端壓力傳感器讀數、張拉端的油缸伸長量、油表讀數、張拉端夾片外露量，所測數據均應及時記錄。

3.2 測試結果信息集成

將測試結果進行信息集成整理后，將實測的數據代入式(6)，聯立求得本次實測的孔道局部偏差影響系數k=0.002 6，摩擦系數μ=0.28。本次試驗測試基本數據如表1所示，測試數據分析結果如表2所示。

表1 基本資料和測試數據

表2 測試數據分析

4 結語

本文結合某城市軌道交通U型梁工程，開展了此類橋型預應力孔道摩阻損失試驗。試驗主要結論如下：

1)經對U型梁預應力束進行摩阻試驗，建議對該工程孔道局部偏差影響系數取0.002 6，摩擦系數取0.28。

2)由于腹板預應力束同時存在平彎和豎彎，曲線包角計算應考慮空間曲線在水平及豎向切線投影切線角度，并以綜合法進行計算。

3)腹板由于空間彎曲形狀復雜孔道摩阻引起的預應力損失較大，底板預應力損失較小，這與實際情況相符。

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[7] 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[S].

Research on the frictional resistance loss test information integration and method of prestress duct of U-shaped girder

Liang Na1Dong Xu2*

(1.ShandongBureauofQualityandTechnicalSupervision,Jinan250002,China; 2.GeotechnicalandStructuralEngineeringResearchCenter,ShandongUniversity,Jinan250061,China)

In this paper,according to an urban rail transit U-shaped girder engineering,we conducted a test on the frictional resistance loss of prestress duct of rail transit U-shaped girder.The test principle and information integration method were analyzed.The frictional resistance loss values of prestress duct were measured,and the friction resistance coefficient of prestress duct was obtained.This test can be used as an important reference of prestress tension of the similar bridges.

U-shaped girder,prestress wire,friction resistance test,information integration

1009-6825(2016)29-0207-03

2016-08-04

梁 娜(1976- )，女，工程師

董 旭(1983- )，男，在讀博士

U213.2

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