三河口摩阻試驗報告

1、官家墩大橋錨口、喇叭口及管道摩阻試驗西安至成都客運專線三河口大橋預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁管道摩阻試驗報告-1蘭州交通大學工程檢測有限公司成都分公司 2015年2月曾口巴河特大橋9號墩0#塊管道摩阻試驗、試驗梁錨口摩阻及喇叭口摩阻試驗項目名稱：三河口大橋預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁管道摩阻試驗報告-1合同編號：報告編號：檢測日期：2015.02.27批準：審核：項目負責：報告編寫：檢測人員：檢測單位：蘭州交通大學工程檢測有限公司成都分公司委托單位：中鐵五局西成客專(四川段)工程指揮部第二項目部 2015年2月- 12 -三河口大橋預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁管道摩阻試驗報告-1目 錄1. 概述12. 采用的規(guī)范13. 檢

2、測使用的儀器及設(shè)備24. 應(yīng)力損失機理及試驗原理24.1 管道摩阻應(yīng)力損失機理24.2 管道摩阻試驗原理34.3 參數(shù) 、分析45. 試驗步驟及操作注意事項55.1 試驗步驟55.2 試驗操作注意事項66. 測試結(jié)果77. 結(jié)論9附：現(xiàn)場試驗照片101. 概述預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋的拉應(yīng)力是一個不斷變化的值。在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的施工及使用過程中，由于張拉工藝、材料特性以及環(huán)境條件的影響等原因，預(yù)應(yīng)力筋中的拉應(yīng)力是不斷降低的。這種預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力的降低，即為預(yù)應(yīng)力損失。滿足設(shè)計需要的預(yù)應(yīng)力筋中的拉應(yīng)力，應(yīng)是張拉控制應(yīng)力扣除預(yù)應(yīng)力損失后的有效預(yù)應(yīng)力。因此，一方面需要預(yù)先確定預(yù)應(yīng)力筋張拉時的初始應(yīng)力(一般稱為張

3、拉控制應(yīng)力)，另一方面需要準確估算預(yù)應(yīng)力損失值。規(guī)范規(guī)定，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力損失包括5項，其中預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道之間的摩阻損失所占比例較大，為了給預(yù)應(yīng)力張拉力提供可靠的科學依據(jù)。本橋主梁縱向、豎向均設(shè)預(yù)應(yīng)力。1）縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強度標準值為=1860MPa、彈性模量=195GPa，高強度低松弛鋼絞線，其技術(shù)條件符合GB5224標準。2）管道形成：縱向預(yù)應(yīng)力鋼束孔道采用塑料波紋管成孔，其技術(shù)條件滿足預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管（JT/T529-2004）的標準，豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道采用鐵皮管成孔。3）張拉錨固體系：采用符合國家標準、經(jīng)鐵道部產(chǎn)品認證中心認可的錨具及其配套產(chǎn)品，并核對

4、其尺寸是否滿足設(shè)計要求。2015年2月，受中鐵五局西成客專第二項目部的委托，對西安到成都客運專線三河口大橋預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁進行了管道摩阻試驗，預(yù)應(yīng)力鋼束由13-j15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成。2. 采用的規(guī)范（1）高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）（TB10621-2009）；（2）鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范（TB10002.1TB10002.5-2005）；（3）鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB10002.3-2005）；（4）相關(guān)設(shè)計資料。3. 檢測使用的儀器及設(shè)備管道摩阻測試在實體梁上進行，測試時采用的設(shè)備與實際施工時的設(shè)備相同。（1）2臺千斤頂、2臺高壓油泵，2塊0.4級精密壓力表。（2）

5、壓力傳感器為2臺4000kN穿心式壓力傳感器（精度0.5%），測試儀器為INV60通道應(yīng)變測試儀， 2根配套連接線纜。（3）對中專用工裝，根據(jù)現(xiàn)場條件確定。（4）工具錨2套，工作錨1套，配套限位板1塊。（5）0.5mm精度鋼板尺2把，記錄用夾板2個，鋼筆2，計算器1，記錄紙若干。4. 應(yīng)力損失機理及試驗原理4.1 管道摩阻應(yīng)力損失機理預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道之間的摩阻損失，出現(xiàn)在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中。在張拉預(yù)應(yīng)力筋時，由于預(yù)留管道的位置可能不順直、管道壁粗糙等原因，使預(yù)應(yīng)力筋與管道壁之間產(chǎn)生摩擦，故通過千斤頂對預(yù)應(yīng)力筋在控制應(yīng)力下進行張拉而產(chǎn)生的每個截面應(yīng)力逐漸減小，離張拉端越遠，應(yīng)力減小的越快。

6、而任何兩個截面之間的應(yīng)力差，在短時間內(nèi)，主要就是由所造成的，可以近似的看成這兩個截面之間的預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失值。摩阻損失主要由管道的彎曲和管道的偏差兩部分影響所產(chǎn)生的。理論上，直線管道無摩阻損失，但由于施工中管道主要由分布在一定間距上的定位鋼筋來固定的，這樣任何兩個定位鋼筋之間的管道必然會產(chǎn)生一定的弧度，因而直線預(yù)應(yīng)力筋在張拉時實際上仍會與周圍管道接觸、摩擦而引起摩擦損失，此項損失被稱為管道偏差影響摩擦損失(偏差系數(shù))，其值較小。主要與預(yù)應(yīng)力筋的長度、管道的施工質(zhì)量以及管道的材料系數(shù)有關(guān)。彎道部分除了管道偏差影響外，還有因管道彎曲、張拉時預(yù)應(yīng)力筋對管道內(nèi)壁的徑向垂直擠壓力所引起的摩擦損失，此項

7、損失被稱為彎道影響的摩擦損失(摩阻系數(shù))，其值較大，并隨預(yù)應(yīng)力筋彎曲角度之和的增加而增加。管道摩阻常規(guī)測試方法以主被動千斤頂法為主，該方法主要存在測試不夠準確和測試工藝等問題。1，由于千斤頂內(nèi)部存在摩擦阻力，雖然主被動端交替測試可消除大部分影響，但仍存在一定的影響；2，千斤頂主動和被動張拉的油表讀數(shù)是不同的，需要在測試前進行現(xiàn)場標定被動張拉曲線；3，在測試工藝上，力筋從喇叭口到千斤頂張拉端的長度不足，使得力筋和喇叭口有接觸，產(chǎn)生一定的摩擦阻力，也使得測試數(shù)據(jù)包含了該部分的影響。為解決上述問題，保證測試數(shù)據(jù)的準確，使用壓力傳感器測取張拉端和被張拉端的壓力，不再使用千斤頂油表讀取數(shù)據(jù)的方法。為保證

8、所測數(shù)據(jù)準確反映管道部分的摩阻影響，在傳感器外采用約束墊板的測試工藝，其測試原理如圖1所示。采用該試驗裝置，由于力傳感器直接作用在工具錨或千斤頂與梁體之間，因此各種壓縮變形等影響因素在張拉中予以及時補償，同時測試的時間歷程比較短，避免了收縮與徐變等問題，因而兩端力的差值即為管道的摩阻損失。4.2 管道摩阻試驗原理在預(yù)應(yīng)力張拉時，距離張拉端L1處因管道摩阻而損失的力筋束內(nèi)力值按下式計算： （4.1）式中：預(yù)應(yīng)力鋼筋錨下的張拉控制應(yīng)力（MPa）；從張拉端至計算截面曲線管道部分切線的夾角之和（rad）；從張拉端至計算截面的管道長度，可近似取該管道在構(gòu)件縱軸上的投影長度（m）；預(yù)應(yīng)力鋼束與管道壁的摩擦

9、系數(shù)；管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)。圖1 管道摩阻試驗示意圖4.3 參數(shù) 、分析根據(jù)式(4.1)推導和的計算公式。設(shè)張拉端傳感器測試值為，錨固端傳感器測試值為，此時為管道長度l，為管道全長的總曲線包角，考慮式兩邊同乘以預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的有效面積，則可得： （4.3）對上式兩邊取對數(shù)得： （4.4）一般情況下，預(yù)應(yīng)力施工采用一種制孔方法，這時管道質(zhì)量比較均勻，可以不考慮摩阻系數(shù)和變異。由于設(shè)計和實際施工存在差異，故不可避免的產(chǎn)生誤差，假設(shè)誤差為，即： （4.5）若有n束預(yù)應(yīng)力鋼束，則： （4.6）利用最小二乘法原理，全部預(yù)應(yīng)力鋼束誤差的平方和為： （4.7）欲使試驗誤差最小，應(yīng)使 （4.8）由式

10、（3.8）對式（3.7）求導，并整理得： （4.9）式中：第管道對應(yīng)的（）值；第管道對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線長度；第管道對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線包角（rad）；為實測的管道數(shù)目，且不同線形的預(yù)應(yīng)力筋數(shù)目不小于2。根據(jù)式（4.9）可求得參數(shù)和k。 （4.10）5. 試驗步驟及操作注意事項5.1 試驗步驟（1）根據(jù)試驗布置圖安裝傳感器、錨具、錨墊板、千斤頂。（2）錨固端千斤頂主缸進油空頂100mm（根據(jù)鋼束理論伸長值確定）關(guān)閉，兩端預(yù)應(yīng)力鋼束均勻楔緊于千斤頂上，兩端裝置對中。（3）千斤頂充油，保持一定數(shù)值（約4MPa）。（4）甲端封閉，乙端張拉。根據(jù)張拉分級表，張拉端千斤頂進油分級張拉，實驗級數(shù)制定為

11、20%，40%，60%，80%。記錄乙端壓力傳感器的讀數(shù)，甲端壓力傳感器的讀數(shù)，如此反復(fù)進行三次，取三次測試的平均值分布記為和；（5）仍按上述方法，但乙端封閉，甲端張拉，分級張拉至控制應(yīng)力。記錄甲端壓力傳感器的讀數(shù)，乙端壓力傳感器的讀數(shù)，如此反復(fù)進行三次，取三次測試的平均值分布記為和；（6)將上述和進行平均記為， 和進行平均記為。則和即為該孔道的張拉端和被動端壓力。（7）張拉完后卸載至初始位置，退錨進行下一孔道鋼絞線的測試。（8）如時間允許，每個孔道測三個循環(huán)。讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：張拉端與被動端壓力傳感器讀數(shù)、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。5.2 試驗操作注意事項

12、（1）張拉千斤頂與壓力傳感器的安裝順序如圖1所示，被動端（錨固端）的鋼環(huán)板換成千斤頂，約束墊板換成對中套（和壓力傳感器配套的）或限位板。（2）安裝傳感器應(yīng)滿足其受壓面均勻受壓，不得偏心或偏離，使其平面與錨墊板相接觸，并與千斤頂油缸對中接觸。傳感器壓力環(huán)與錨墊板、千斤頂、錨具之間的過渡環(huán)需要有針對性地加工制作，應(yīng)盡量滿足過渡環(huán)與傳感器壓力環(huán)接觸面積大于壓力環(huán)面積的23。（3）被動端錨固用的千斤頂，在張拉前主缸空頂10cm關(guān)閉，以便于退錨。（4）千斤頂安裝時，要注意油缸的方向，應(yīng)使油缸向外便于側(cè)伸長值。（5）試驗前檢查壓力表指針是否在零讀數(shù)位置。（6）由于實際張拉為兩端張拉，而試驗為單端張拉，因此

13、千斤頂行程可能不夠，可采用張拉端串聯(lián)兩臺頂。（7）試驗中應(yīng)及時處理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)反常，應(yīng)查找原因，看傳感器是否對中或千斤頂是否已經(jīng)穩(wěn)住，并應(yīng)增加試驗次數(shù)。每做完一束均要計算實測伸長值、理論伸長值并校核誤差。（8）鋼束彎起角指其圓心角，等于弧長除以半徑。（9）測試用壓力傳感器安裝時，應(yīng)注意保護傳感器上突起的轉(zhuǎn)換裝置，防止磕碰，同時應(yīng)注意防水。（10）初始測試時，應(yīng)預(yù)拉1次對傳感器做預(yù)壓處理，使其處于最佳工作狀態(tài)。（11）分級測試時，應(yīng)要求油泵操作人員控制好每級荷載，在壓力顯示值穩(wěn)定后，迅速讀取主、被動兩端讀數(shù)。（12）1次循環(huán)完成后，應(yīng)對整個測試系統(tǒng)進行仔細檢查，包括：安裝傳感器位置是否偏心偏離

14、，千斤頂油泵等是否狀態(tài)良好、鋼鉸線是否出現(xiàn)問題等，之后放置約10 min，方可進行下一次測試。（13）試驗過程中，所有試驗人員應(yīng)注意安全，千斤頂前方及側(cè)前方不得有人員活動。6. 測試結(jié)果管道摩阻試驗測試數(shù)據(jù)包括每級荷載下主動端壓力FZ和被動端壓力FB，2個管道共計4組數(shù)據(jù)。圖2 N2a鋼束第一次張拉回歸曲線圖3 N2a鋼束第二次張拉回歸曲線圖4 N10鋼束第一次張拉回歸曲線圖5 N10鋼束第二次張拉回歸曲線試驗鋼束對應(yīng)的管道長度、彎道彎起角、FB/ FZ設(shè)計值和實測回歸值列于表5.1。表5.1 連續(xù)梁橋預(yù)應(yīng)力管道摩阻測試結(jié)果預(yù)應(yīng)力束編號管道長度L（m）管道總彎起角（rad）FB/ FZ設(shè)計比值FB/ FZ實測回歸比值第一次第二次N2c31.6120.01400.922750.92160.9239N1031.7580.48940.818450.81520.8217經(jīng)計算可得測試連續(xù)梁橋的管道摩擦系數(shù)值和管道偏差系數(shù)k值分別為0.251和0.00243，對應(yīng)設(shè)計值管道摩擦系數(shù)值為0.25、