摩阻試驗(yàn)報(bào)告

1、 杭州灣跨海大橋北引橋(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁管道摩阻試驗(yàn)報(bào)告鐵科院(北京)工程咨詢(xún)有限公司 杭州灣跨海大橋五合同監(jiān)理工程師辦公室 2005年5月1試驗(yàn)概況 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力張拉是一道極為重要的工序，在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工過(guò)程中如何準(zhǔn)確將設(shè)計(jì)張拉力施加于梁體直接影響梁的耐久性、安全性、剛度及矢拱高度。后張梁管道摩阻是引起預(yù)應(yīng)力損失的五個(gè)主要因素（混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力筋松弛、錨頭變形及預(yù)應(yīng)力筋回縮、摩阻、混凝土彈性壓縮）之一。由于施工過(guò)程中諸多不確定因素及施工水平的差異，張拉前應(yīng)對(duì)重要的梁部結(jié)構(gòu)進(jìn)行管道摩阻現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并根據(jù)

2、測(cè)試結(jié)果對(duì)張拉力及管道進(jìn)行調(diào)整，將設(shè)計(jì)張拉力準(zhǔn)確施加至梁體。 杭州灣跨海大橋北引橋(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，縱向預(yù)應(yīng)力按照美國(guó)ASTM A416-97（270級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)采用直徑為j15.24mm鋼絞線，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度byR1860MPa，彈性模量Ey1.95×105MPa的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線的公稱(chēng)截面積為1.4cm2。本橋縱向預(yù)應(yīng)力均采用12-75鋼絞線，鋼束的錨下控制張拉力為2344kN。12-75鋼絞線采用內(nèi)徑76mm的波紋管制孔，15-12錨具錨固。除部分端孔頂、底板合攏束采用單端張拉，其余縱向束采用兩端張拉。

3、0;本次試驗(yàn)箱梁縱向預(yù)應(yīng)力束布置及管道相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1.1。 表1.1  預(yù)應(yīng)力束鋼束規(guī)范要求塑料波紋管內(nèi)截面面積與鋼絞線截面面積比至少為22.5。實(shí)際所用直徑不同的波紋管與鋼絞線的截面面積關(guān)系見(jiàn)表1.2。表1.2 波紋管內(nèi)截面面積與鋼絞線截面面積關(guān)系表 設(shè)計(jì)管道局部偏差影響系數(shù)k=0.0015、摩擦系數(shù)=0.25。預(yù)應(yīng)力束沿試驗(yàn)節(jié)段梁長(zhǎng)通長(zhǎng)布置，其中腹板彎束采用12-75鋼絞線，錨固在試驗(yàn)節(jié)段梁兩端腹板上。 2 試驗(yàn)依據(jù) (1) 杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范；(2) 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000

4、）；(3) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D622004)；(4) 杭州灣跨海大橋北引橋(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁施工圖；(5) 其他相關(guān)資料規(guī)范。3 基本原理 3.1管道摩阻損失的組成 后張法張拉時(shí)，由于梁體內(nèi)力筋與管道壁接觸并沿管道滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦阻力，摩阻損失可分為彎道影響和管道走動(dòng)影響兩部分。理論上講，直線管道無(wú)摩擦損失，但管道在施工時(shí)因震動(dòng)等原因而變成波形，并非理想順直，加之力筋因自重而下垂，力筋與管道實(shí)際上有接觸，故當(dāng)有相對(duì)滑動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生摩阻力，此項(xiàng)稱(chēng)為管道走動(dòng)影響（或偏差影響、長(zhǎng)度影響）。對(duì)于管道彎轉(zhuǎn)影響除了管道走動(dòng)影響之

5、外，還有力筋對(duì)管道內(nèi)壁的徑向壓力所產(chǎn)生的摩阻力，該部分稱(chēng)為彎道影響，隨力筋彎曲角度的增加而增加。直線管道的摩阻損失較小，而曲線管道的摩擦損失由兩部分組成，因此比直線管道大的多。 3.2 管道摩阻損失的計(jì)算公式 根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D622004)第6.2.2條規(guī)定，后張法構(gòu)件張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失，可按下式計(jì)算：s-=      s-=(3-1) 式中s張拉端鋼絞線錨下控制應(yīng)力(MPa)；  預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)；&

6、#160;q   從張拉端至計(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角之和(rad)； k 管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)； x 從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度，可近似地取該段管道在構(gòu)件縱軸上的投影長(zhǎng)度(m)。 根據(jù)式(3-1)推導(dǎo)k和計(jì)算公式，設(shè)主動(dòng)端壓力傳感器測(cè)試值為P1,被動(dòng)端為P2，此時(shí)管道長(zhǎng)度為l,為管道全長(zhǎng)的曲線包角，考慮式(3-1)兩邊同乘以預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效面積，則可得： 即：             (3-2)

7、 兩邊取對(duì)數(shù)可得： (3-3)令,則： 由此，對(duì)不同管道的測(cè)量可得一系列方程式： 由于測(cè)試存在誤差，上式右邊不會(huì)為零，假設(shè) 則利用最小二乘法原理，同時(shí)令=有 (3-4)當(dāng) (3-5)時(shí)，取得最小值。由式(3-4)、(3-5)可得： (3-6)式中：為第i管道對(duì)應(yīng)的值，為第i個(gè)管道對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線長(zhǎng)度(m)，為第i個(gè)管道對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線包角(rad)，n為實(shí)測(cè)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。解方程組(3-6)得k及值。4 試驗(yàn)內(nèi)容和方法 4.1測(cè)試內(nèi)容  本次試驗(yàn)為管道摩阻試驗(yàn)，進(jìn)行管道摩阻試驗(yàn)的連續(xù)梁懸澆段為32號(hào)墩右

8、幅2號(hào)塊及31號(hào)墩左幅4號(hào)塊，試驗(yàn)管道為腹板高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道。 試驗(yàn)主要通過(guò)測(cè)定這四個(gè)管道張拉束主動(dòng)端與被動(dòng)端實(shí)測(cè)壓力值，根據(jù)規(guī)范規(guī)定的公式計(jì)算摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)k。 4.2測(cè)試儀器及元件  試驗(yàn)時(shí)所用的張拉設(shè)備與實(shí)際施工時(shí)所用設(shè)備相同：350t千斤頂2臺(tái)；壓力傳感器采用2臺(tái)湖南長(zhǎng)沙金碼公司的量程為6000kN、靈敏度為1kN的JMZX-3360AT智能六弦數(shù)碼穿心式壓力傳感器。測(cè)試儀器為湖南長(zhǎng)沙金碼公司的JMZX-2006綜合測(cè)試儀。4.3管道摩阻測(cè)試方法  試驗(yàn)時(shí)采用一端張拉，應(yīng)用兩臺(tái)壓力傳感器。主動(dòng)

9、端、被動(dòng)端均有一臺(tái)千斤頂，試驗(yàn)時(shí)僅主動(dòng)端千斤頂進(jìn)行張拉，被動(dòng)端不張拉。張拉前應(yīng)標(biāo)定好試驗(yàn)用的千斤頂和高壓油泵，并在試驗(yàn)中配套使用，以校核傳感器讀數(shù)。高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道 12-75預(yù)應(yīng)力鋼絞線分5級(jí)加載。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)千斤頂油表讀數(shù)控制張拉荷載級(jí)，并校核數(shù)據(jù)，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。安裝傳感器與千斤頂時(shí)，應(yīng)確保兩者中線位置與錨墊板保持一致，使之張拉時(shí)與鋼絞線脫離接觸。安裝示意圖見(jiàn)圖4.1、4.2。分級(jí)測(cè)試預(yù)應(yīng)力束張拉過(guò)程中主動(dòng)端與被動(dòng)端的荷載，并通過(guò)線性回歸確定管道被動(dòng)端和主動(dòng)端荷載的比值，然后利用二元線性回歸的方法確定預(yù)應(yīng)力管道的k、值。以一端作主動(dòng)端，一端作

10、被動(dòng)端逐級(jí)加載，兩端均讀取傳感器讀數(shù)，并測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)量，分別對(duì)每個(gè)管道張拉。 5  試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析 試驗(yàn)分別于2005年4月26日及5月2日進(jìn)行。所得的高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道的基本數(shù)據(jù)，包括主動(dòng)端讀數(shù)P1、被動(dòng)端讀數(shù)P2、以及管道摩阻實(shí)測(cè)損失值的結(jié)果列于表5.1、5.2、5.3、5.4中。根據(jù)表5.1中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)線性回歸確定其比值，數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見(jiàn)圖5.1。圖5.1  高側(cè)N13束線性回歸分析根據(jù)表5.2中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)線性回歸確定其比值，數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見(jiàn)圖5.2。圖

11、5.2  低側(cè)N13束線性回歸分析根據(jù)表5.3中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)線性回歸確定其比值，數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見(jiàn)圖5.3。圖5.3  高側(cè)N15束線性回歸分析表5.4  低側(cè)N15束測(cè)試結(jié)果根據(jù)表5.4中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)線性回歸確定其比值，數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見(jiàn)圖5.4。圖5.4  低側(cè)N15束線性回歸分析整理圖5.15.4中被動(dòng)端和主動(dòng)端比值的回歸值見(jiàn)表5.5，并與設(shè)計(jì)及規(guī)范情況下相比較。 表5.5 管道摩阻測(cè)試計(jì)算結(jié)果由表5.5中P2/P1實(shí)測(cè)回歸值結(jié)果，根據(jù)式3-6按最小二乘

12、法原理計(jì)算管道摩阻系數(shù)和k值，計(jì)算過(guò)程及分析結(jié)果見(jiàn)表5.6、5.7、5.8。表5.6  管道摩阻系數(shù)計(jì)算表表5.7  管道摩阻系數(shù)計(jì)算結(jié)果表5.8  管道摩阻計(jì)算結(jié)果比較表從表5.7可見(jiàn)，實(shí)測(cè)的管道局部偏差影響系數(shù)k、摩擦系數(shù)分別為0.00138、0.268，這與設(shè)計(jì)值0.0015、 0.25極為接近。從表5.8所計(jì)算的管道摩阻力，實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)相比較看，四個(gè)管道按實(shí)測(cè)值計(jì)算平均比按設(shè)計(jì)值計(jì)算大0.995%，實(shí)測(cè)管道摩阻力較設(shè)計(jì)略大，差值影響是在工程允許范圍之內(nèi)的。6  結(jié)論 1實(shí)測(cè)管道局部偏差影響

13、系數(shù)k值為0.00138，管道摩擦系數(shù)為0.268。 2根據(jù)表5.6中計(jì)算實(shí)測(cè)管道摩阻力和設(shè)計(jì)計(jì)算管道摩阻力比較來(lái)看，二者非常接近，按實(shí)測(cè)值計(jì)算平均比按設(shè)計(jì)值計(jì)算大0.995%。表明管道整體線形較為順暢，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 3據(jù)此，建議在正式張拉按設(shè)計(jì)管道摩阻系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。  附件1 測(cè)試記錄表格表1  孔道摩阻試驗(yàn)記錄表工程項(xiàng)目                 

14、0;      主動(dòng)端傳感器編號(hào)                讀數(shù)儀編號(hào)            施工單位                &

15、#160;          被動(dòng)端傳感器編號(hào)                       鋼束編號(hào) 記    錄         時(shí)     

16、60; 間         日      期   序號(hào)荷載（t）主動(dòng)端P1（kn)被動(dòng)端P2（kn)=P1-P2損失率(%)P/P1油表讀數(shù)(主)(MPa)油表讀數(shù)(被)(MPa)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量（mm）表2 錨口和錨墊板摩阻損失記錄表工程項(xiàng)目                 

17、;       主動(dòng)端傳感器編號(hào)                讀數(shù)儀編號(hào)            施工單位                           被動(dòng)端傳感器編號(hào)                       錨具編號(hào)