橋梁T構塑料波紋管成孔預應力摩阻損失現場測試及研究

盧和生

摘要：文章對在施工現場實測預應力摩阻損失的方法，數據的二元線性回歸分析法處理及分析等作了闡述。

Abstract： In this paper， the methods of measuring the prestress friction loss in the construction site and the two linear regression analysis and processing of the data are described.

關鍵詞：預應力；塑料波紋管管道；摩阻損失測試；線性回歸法

Key words： prestress；plastic corrugated pipe；friction loss test；linear regression method

中圖分類號：TU528.041 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0143-03

0 引言

在橋梁預應力施工時，常因實際摩阻損失值與理論計算值之間存在差異，導致施加予橋梁的有效實際預應力低于或超出設計值，施加的預應力超出或不足均對橋梁結構的正常安全使用留下隱患。因此準確測定現場實際摩阻損失，確保按設計要求將有效預應力施加給結構物尤為重要。

施工時通常按規范規定的取值及結合經驗進行預應力摩阻損失的理論計算。但實踐經驗表明，依靠理論計算所得的摩阻損失值往往與實際摩阻損失值存在較大誤差。原因在于：在結構物混凝土預應力工程施工時，因操作人員施工工藝、技術水平的不同及受現場施工條件等各種因素的影響，預應力管道成孔質量與設計要求及其它施工項目存在或多或少的差異，其預應力摩阻損失也必然不同，如果僅簡單地按理論方法及以往經驗取值進行摩阻損失的分析計算，是不能真實反映現場施工實際摩阻損失情況的。

可見，管道摩阻損失估算的正確程度對預應力混凝土結構的使用安全造成很大影響。所以在施工中對預應力結構的摩阻損失進行實際測定，是確保預應力結構施工質量及安全使用的必要措施。本文件結合作者在四川汶馬高速施工時，進行橋梁上部T構梁體塑料波紋管成孔的預應力摩阻損失測試實驗研究，對實測預應力摩阻損失的方法，采用二元線性回歸分析法處理分析數據，及測試中采取的一些技術要點等作了闡述，以期給讀者一些啟示。

1 工程概況

二八三橋橋跨布置為4×30m簡支箱梁+（2×65m）預應力鋼筋砼T型剛構+1×20m簡支箱梁，橋梁全長294.6m。主跨的上構T構梁體采用單箱室、變高度、變截面結構形式。主墩處梁體高750cm；梁體箱寬450cm，頂寬700cm；頂板厚度60cm，底板及腹板厚度70cm。

預應力采用高強度低松馳？準j15.24mm（單根截面積1.419cm2）鋼絞線，標準強度fpk=1860MPa。頂板縱向預應力每束12根，腹板及底板縱向預應力每束19根，均采用高密度聚乙烯塑料波紋管成孔。預應力束采用群錨錨具，兩端張拉。

設計建議采用的塑料波紋管的管道摩阻系數μ=0.12，偏差系數k=0.025。但施工實踐表明，設計理論值往往與實際相差較大，有必要進行現場摩阻系數的測定，據以調整預應力施工的技術參數及將來給塑料波紋管預應力的設計提供科學數據。

2 試驗原理

2.1 摩阻力產生原因及分類

摩阻損失主要由管道曲線影響及直線偏差影響組成。在理想狀態下，直線管道不會產生摩阻損失，但實際施工時，直線管道并非理想的直線，而呈現波形，且預應力筋在重力作用下下垂而與管道壁有觸碰，故張拉時會因相對移動產生摩阻力，叫直線偏差影響。此外，在曲線處的預應力鋼束因對管道壁的徑向壓力而產生的摩阻力，叫曲線影響，其值隨著彎曲角度的增大而增加。以上摩阻損失采用摩阻系數μ和偏差系數k來表示。

2.2 測試的目的及方法

2.2.1 測試方法

本項目采用塑料波紋管，雖然塑料波紋管摩阻系數μ和偏差系數k有設計建議的理論值（設摩阻系數μ=0.12，偏差系數k=0.0025），但是塑料波紋管的應用較少，時間不長，很有必要對理論值進行試驗驗證，為預應力設計及施工提供參考，確保現場預應力施工的質量控制。

采用《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）所提供的摩阻力測試方法進行試驗，如圖1所示。

2.2.2 本項目采用測試方法在技術及經濟上的優勢

①錨板圓孔的直徑及設置位置與壓力傳感器完全相同，這樣可以確保預應力張拉試驗時鋼束在喇叭口及壓力傳感器段為直線，預應力鋼束不觸碰與喇叭口及壓力傳感器，測試所得數據僅含管道的摩阻損失（無錨口和喇叭口摩阻損失），有效確保摩阻力測試數據的準確性。

②因預應力鋼束與喇叭口及壓力傳感器間無觸碰，故此段鋼束不會產生損傷，在摩阻測試試驗后鋼束還可正常使用，避免了浪費。

2.2.3 摩阻損失的測試方法

①首先設定一端作為主動端，則另一端即為被動端，在固定端安裝一臺YCW100B-100型張拉千斤頂及工作錨、WTP215型壓力傳感器。主動端安裝1～3臺YCW100B-100型張拉千斤頂（因部分預應力鋼束較長，其張拉伸長量也相應增大而超過單臺千斤頂的行程，為了避免在測試過程中換油頂而影響測試精度及拖延進度，故根據鋼束計算伸長量值采取多臺千斤頂串聯。）

②在兩端同時按設計張拉控制值的10%進行初張拉，進行壓力傳感器及油表讀數的記錄。

③主動端繼續持荷，一次或分級張拉至設計張拉控制值的100%，并進行壓力傳感器及油表讀數的記錄。

④按如上程序再反復進行2次測試。

⑤交換主動端與被動端，按上述程序進行測試。

⑥每個管道兩端壓力差的測試數值為6組，取其平均值作為該項管道的摩阻損失。

2.3 摩阻損失測試管道的選擇

本項目塑料波紋管管道摩阻損失測試選擇的管道對象為2號、3號及4號塊中的腹板處縱向鋼束。所選擇的預應力鋼絞線參數如表1，結構位置如圖2所示。

2.4 摩阻損失計算

2.4.1 計算摩阻損失的公式

式中：ci為第i個管道測試結果對應的ln（Pz/Pb）值。Pz為主動端壓力傳感器測試讀數，Pb為被動端壓力傳感器測試讀數；li為第i個管道的預應力鋼束的空間曲線長度（m）；θi為第i個管道鋼束全長的空間曲線包角（弧度）；n為一次摩阻測試所采集的管道數量，為確保數所準確，要求不同類型管道數量不低于2個。

3 摩阻系數計算過程

3.1 采用線性回歸法求取Pz/Pb值

因在測試過程存在各種影響因素，如果數據數量太少，其結果受偶然因素的影響而有可能出現較大偏差，為了減少偏差，本次測試預應力張拉按20%、40%、60%、80%、100%分級進行，每個管道分級張拉的拉力測試所得合理有效數據（共6組）取平均值后列于表2。

對于每個管道的分級張拉的多組數據運用數理統計中的線性回歸分析法求取Pz/Pb值。如圖3、4、5及表2所示。

3.2 摩阻系數求解

3.3 測試結果分析

①摩阻損失測試結果為管道摩阻系數μ=0.1298和偏差系數k=0.00198，該值在規范所規定的合理值范圍內，表明測設結果是合理可靠的。該測試數據為橋梁上構T構的預應力張拉值的計算提供了實測依據，達到了本次摩阻損失測試的目的。②實測的摩阻系數μ=0.1298，說明設計建議采用的摩阻系數偏低。③實測的偏差系數k=0.00198，較設計建議值要偏低，說明管道順直，偏差不大，現場管道定位質量及施工工藝水平達到或超過了設計及規范要求。

4 結束語

本文結合作者的施工實踐，詳細闡述了進行現場摩阻力測試及采用二元線性回歸分析法對測試所得數據進行分析及處理的方法及要點。上述方法能夠準確獲知預應力摩阻損失的實際情況，施工時根據實測所得的摩阻系數和偏差系數進行預應力施加值的調整，有效控制預應力的施加，從而確保上構梁體的預應力張拉質量，保證了預應力梁體結構的安全。

參考文獻：

[1]中華人民共和國交通部.JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2011，08.

[2]朱爾玉，董德祿.現代橋梁預應力結構[M].北京：北京大學出版社，2012，01.

[3]羅永海.橋梁預應力管道摩阻、錨口摩阻和喇叭口摩阻測試研究[J].企業科技與發展，2012（12）.