2011年6月第2卷第3期高 速 铁 路 技 术H I GH SPEED RA ILWAY TEC HNOLOGY N o .3,V o.l 2
Jun .2011
收稿日期:2011-03-10
作者简介:程海根(1971-),男,教授,硕士生导师。
文章编号:1674)8247(2011)03)0001)04后张预应力混凝土连续梁孔道摩阻试验研究
与实例分析
程海根 凌青松 温 婷
(华东交通大学土木建筑学院, 南昌330013)
摘 要:鉴于对后张梁孔道摩阻测试的必要性,文章介绍了后张梁孔道摩阻系数的试验原理和试验方法,通过采用线性回归原理,由规范中给出的公式推导预应力孔道摩组系数的计算公式,结合向莆铁路沙溪特大桥现场测试数据进行分析处理,计算出实际预应力孔道摩阻系数的值,并与设计值进行对比分析,对其影响因素作出总结。
关键词:后张梁;线性回归;摩阻试验;摩阻系数;有效预应力中图分类号:TU 75711+4 文献标识码:A
Research and Case Anal ysis on Experi m e nt of Post -tensioni ng Prestressed Concrete Conti nuous Bea m P i pe FrictionalResistance
C HENG H a-i gen LI NG Q ing -song W EN Ting
(C i v il Constr uction Institute ,East Ch i n a Jiaotong Un i v ersity ,N anchang 330013,China)
Abstract :I n v ie w o f the necessity o f pos-t tension i n g bea m p i p e fricti o n tes,t th is paper describes the princ i p les o f pos-t tension i n g bea m p i p e friction testi n g and testm et h od ,by using the pr i n ci p le o f li n ear regression ,and using standar d for -m ula to put out the ca lculative for mu la of prestressed pipe li n e h i n deri n g .In co m b i n ati o n w ith the loca l test data ofX ian -gpu Ra il w ay Shax i super m ajor br i d ge ,ca lculates t h e va l u e o f practical prestressed pi p eline hindering m odulus ,co m -paresw ith desi g n value ,and m akes summ aries on the affecti n g factors ,w hich m ay prov i d e reference for bri d ge engineer -i n g technic i a ns .K ey w ords :pos-t tension i n g bea m;linear regressi o n ;fr i c ti o n testi n g ;frictional coefficien;t effecti v e prestressi n g force
1 前言
随着现代预应力混凝土技术的飞速发展,预应力混凝土已经广泛应用于各类建筑工程中,尤其是桥梁结构,其采用后张法施工所占的比例很大。后张法预应力混凝土梁(以下简称为/后张梁0)的预应力张拉是一道极为重要的工序,其有效预应力是梁体承受载荷、防止开裂的重要保证。孔道摩阻是影响有效预应力值的重要因素之一。根据JTG D62-20045公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范6和TB 10002.3-20055铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范6的规定,预应力孔道摩阻损失是损失计算中相当重要的一项
[1-2]
。它的准确计算与否,关
系到预应力筋是否能够满足梁体使用阶段的要求。笔者认为对重要的梁部结构应当进行孔道摩阻现场测试,以保证梁体有效预应力设计符合要求。并建议根据测试结果对张拉力与管道布置进行适当调整,使梁体的设计预应力与实际值吻合。因此,后张梁的孔道
摩阻损失测试已逐渐成为人们研究和关注的焦点[3]
。
2 试验摩阻计算原理
2.1 摩阻损失的组成
预应力混凝土连续梁的预应力钢束布置一般分为直线和曲线布置2种。预应力钢束张拉时与孔道壁接触并沿孔道滑动会产生摩擦阻力,其摩阻引起的预应力损失与诸多因素有关,如孔道的材质、线形、预应力筋束的种类以及施工质量等。预应力工程实际施工中,需要测定的孔道摩阻损失可分为2个部分:第1部
分是孔道弯曲所引起的预应力损失,可用系数L来表
征;第2部分是孔道的尺寸和位置偏差所引起的预应
力损失,可用系数k来表征。直线孔道的线形摩阻损
失较小,而曲线孔道的摩阻损失由以上两部分组成,比
直线孔道摩阻损失大得多[4]。
2.2摩阻损失计算式的推导
根据文献[1-2],后张法构件张拉时,预应力钢
筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失可按下式计
算:
R l1=R con1-e-(L H+kx)(1)
式中:R l1)))构件由于摩擦引起的应力损失;
R con)))张拉端钢绞线锚下控制应力(MPa);
L)))预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数;
H)))从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线
的夹角之和(rad);
k)))孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数;
x)))从张拉端至计算截面的孔道长度,可近似
地取该段孔道在构件纵轴上的投影长
度(m)。
根据式(1)推导L和k的计算公式,可设主动端
压力传感器测试值为P,被动端为P0,此时孔道长度
为,l H为孔道全长的曲线包角,将式(1)两边同乘以
预应力钢绞线的有效面积,则可以得到:
P0=P e-(L H+kx)(2)
对式(2)两边同时取对数可得:
ln
P
P0
=-(LH+kx)(3)
由P和P0之间的线性方程式中的斜率可确定钢
束的ln P
P0
值,进一步推导出下列方程:
LH i+kx i=A i;i=1~3或i=1~2(4)
式中:i)))指管道数;A i=-ln
P
P0
。
通过上式可建立一个二元线性回归模型,采用二
元线形回归的方法(最小二乘法原理)可解出L、k值,
其方程式为:
k=
E(A i#H i)#E(H i#x i)-E(A i#x i)#E H2i
(E(H i#x i))2-E x2i#E H2i
(5)
L=
E(A i#H i)-k#E(x i#H i)
E H2i(6)
在此需要说明的是,由于参数L和k是相互耦联
的,所以试验中必须至少对两束预应力钢束进行测试,
方能计算出L和k的值。
3现场试验
3.1工程概况
向莆铁路FJ-2标段联络线沙溪特大桥(48+2@
80+48)m预应力混凝土连续箱梁采用悬臂浇筑施工
(以下简称为/沙溪特大桥0),箱梁为单箱单室直腹板
截面,箱梁顶板宽度716m,底板宽度412m,翼缘板长
117m,支点处梁高616m,跨中梁高318m,梁底板线
形按半径R=2521216m圆曲线变化。腹板厚65c m
(支点)~45c m(跨中),底板厚度为78c m(支点)~
4315c m(跨中),顶板厚度保持3614c m不变,设支点
横隔板及中跨跨中横隔板。箱梁顶面设2%单向横
坡,腹板上方设通气孔。预应力钢绞线以13-<15124
和9-<15124两种规格为主。预应力孔道采用铁皮
波纹管成孔方式,设计孔道局部偏差影响系数k=
010025,摩阻系数L=0123。为了保证箱梁的施工满
足设计要求,对箱梁进行了孔道摩阻现场试验。
3.2试验内容
本次摩阻试验选取该桥8号墩处M2和T2孔道
及钢束作为对象。其中M2孔道长度为171976m,管
道总弯起角度为70b,T2孔道长度17m,为直管道。
孔道局部偏差影响系数设计值k=010025,摩阻系数
L=0123。M2预应力束为9-<15124,波纹管内径中
80mm,管道净面积与预应力筋面积比为3199;T2为
13-<15124钢绞线束,波纹管内径90mm,管道净面
积与预应力筋面积比为31495。
3.3试验仪器设备
试验时所用的张拉设备与实际施工时所用设备相
同:张拉千斤顶的油压表精度为115级。压力传感器
的量程为5000kN、灵敏度为1k N,测试仪器为J M ZX-
2006综合测试仪。
3.4试验方法
试验采用一端张拉另一端固定的方法,通过被动
端与主动端传感器读数的比值来分析实际孔道的摩阻
情况,试验现场如图1所示。
试验时T2索的最大张拉力为23691kN,M2索
张拉力为10152kN。张拉时将最大荷载张拉力分
为5级,T2索每级增加473192kN,M2索每级增加
32811k N。试验时在主动端逐级加载,读取主动端与
被动端传感器显示的荷载值,并同时测量主动端钢绞
线伸长量和夹片的外露量。每个孔道交叉张拉端各测
试2次。
试验前在实验室对传感器进行标定,试验设备进
场后,在现场对试验用油表、千斤顶进行校验,达到规
图1 现场试验仪器安装图
范要求后用于试验。该桥采用挂篮悬浇,用于孔道摩阻试验的梁段为8号墩1号块,梁体混凝土为C50高强度耐久混凝土。试验均以传感器数据为准,用千斤顶张拉力进行校核。在数据读取时,先读主动端,再读被动端。主动端读数是在显示器所显示的数据变化较为稳定后读取。
4 试验结果与数据分析
该桥孔道摩阻试验共测试了2个孔道,每个孔道测试4次,其实测数据包括每级荷载下主动端读数P 、
被动端读数P 0。实测数据如表1所示。
表1 沙溪特大桥预应力管道摩阻试验计算结果表
预应力钢束编号
管道长度L
(m )管道总弯起角度
(rad)
P 0/P 实测回归值
第1
次张拉第2次张拉第3次张拉
第4
次张拉M 217.976 1.2566
0.52140.50230.5550.529T2
17.0
0.9303
0.68
0.8471
0.8665
针对被动端和主动端比值(P 0/P )的线性回归分
析结果如图2~图5所示。
图2 M 2孔道回归分析(第1次,第2次)
图3 M 2孔道回归分析(交换张拉端第1次,第2次)
综合上述数据分析得到的被动端和主动端比值的线性回归值(如表1),并与设计值相比较。根据表1中的实测线性回归结果,由二元线性回归分析原理(最小二乘法原理)按式(5)、式(6)计算孔道摩阻系数的值。实测计算值与设计值的比较如表2所示。
表2沙溪特大桥预应力管道摩阻测试计算结果与设计值比较表
实测计算值设计值
k L k L 0.0042
0.44
0.0025
0.23
由表2可见,设计时摩阻参数L 和k 是规范建议
图4T2孔道回归分析(第1次,第2次
)
图5T2孔道回归分析(交换张拉端第1次,第2次)
值,通过现场试验得出的值比设计值偏大,说明试验钢
束的实测孔道摩阻损失偏大于理论计算摩阻损失值,
从而施加于梁体的实际张拉力小于设计值。经分析认
为造成实测值偏大的原因主要有:
(1)由于波纹管的孔道成型不够良好,孔道定位不
够准确或者受到外界因素的影响发生偏移而造成孔道
不顺直,特别是在节段连接处孔道易产生一定的转角。
(2)在整理数据时未考虑千斤顶、油泵等张拉机
具系统内摩阻的影响。所以可将千斤顶和油泵进行重
新标定,以消除系统内摩阻影响。
(3)在施工过程中可能由于波纹管破损而存在少
许漏浆的现象。
(4)由于在加压时压力表有振动,节流阀密实性
的影响,操作人员存在控制误差,从而使得实际读数与
理论计算值有误差,所以在读压力表数据时必须读实
际达到的压力值,并且不能靠回油来调整压力值。
综合上述原因,在实际施工过程中,应该严格控制
预应力孔道的安装精度以保证孔道成型良好;严格按
照设计要求进行两端对称张拉从而减少预应力摩阻损
失。为了避免上述一些情况的发生,在施工过程中可
以采取相应措施并及时将信息反馈到设计单位,从而
可将设计取值或施工工艺进行适当的调整。
5结语
通过孔道摩阻系数的理论推导和沙溪特大桥现场
测试分析,可以得到如下几点结论:
(1)孔道摩阻损失是后张梁预应力损失的重要组
成部分,对其进行现场准确测试是十分必要的,并根据
实测结果进行施工控制。
(2)以后张梁孔道摩阻测试理论为依据,通过主、
被动端千斤顶法测试孔道摩阻系数,应用线性回归原
理分析数据的方法合理可靠、简单易行。
(3)本试验的梁节段孔道摩阻参数实测值较设计
值略大,但相差不是很大。试验表明,孔道摩组参数的
值受施工工艺等各种因素的制约,往往大于设计值。
(4)建议在实际施工过程中,应该尽可能采取相
应的技术措施减小孔道摩阻损失或弥补有效预应力,
并保证预应力张拉施工质量和孔道压浆质量,从而达
到设计所要求的预应力值。
参考文献:
[1]J TG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
[S].
[2]TB10002.3-2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设
计规范[S].
[3]刘永前,张彦兵,王新敏.后张梁管道摩阻损失测试技术与数据处
理[J].中全科学学报,2005(1):104-107.
[4]邹焕祖,刘自明.预应力混凝土空间长钢绞线束孔道摩阻损失测
试方法[J].桥梁建设,1993(4):38-41.
[5]铁辉邦.预应力混凝土箱梁管道摩阻现场试验研究[J].广东建
材,2009(10):12-14.
[6]范立础.预应力混凝土连续梁[M].北京:人民交通出版社,1988.
[7]李国平.预应力混凝土结构设计原理[M].北京:人民交通出版
社,2000.
[8]张继尧.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出
版社,2003.
[9]王鹏,楼普增,范厚彬.悬臂浇筑施工中连续箱梁预应力管道摩阻
测试研究[J].铁道建筑,2006(11):58-61.下载本文
