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摘要:本文以南水北調丹江口庫區淅川縣小三峽大橋為工程背景,闡述了進行預應力孔道摩阻損失試驗的目的、方法、實驗過程及結果,并以試驗結果作出參數識別與修正。
關鍵詞:摩阻試驗,摩阻系數,偏差系數,預應力損失
南水北調丹江口庫區淅川縣小三峽大橋,距離丹江口大壩直線距離約50Km,主橋為85m+150m+85m的變截面預應力連續箱梁,總長332m。橋梁基礎為群樁;下部結構為矩形雙薄壁墩;上部設計為三向全預應力混凝土連續剛構,箱梁設計單箱單室斷面,箱梁頂寬11m,翼緣板懸臂長2.5m,箱梁底寬6m,箱梁頂橫坡為2%。
1 目的
確定預應力索與孔道壁的摩阻系數μ與孔道對設計位置的偏差系數k,并與規范作對比。
2 原理
如圖1,鋼束兩端安裝壓力傳感器測試張拉噸位,首先張拉至0.1倍的控制拉力,以此作為初始狀態,然后分級張拉至控制拉力。一端主動,一端被動,主被動端荷載傳感器的差值即為孔道摩阻損失,然后可用最小二乘法計算孔道的摩阻系數及孔道偏差系數。預應力張拉過程中,同時測試鋼絲的伸長量,并與計算伸長量對比。用于孔道摩阻試驗的鋼絞線下料長度應加長二個傳感器的長度。
3 方法
(1)直接測量法;
(2)根據橋面標高測量反分析預應力損失值。
這里采用直接測量法。
4直接測量法
4.1試驗步驟
1)根據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200mm(根據鋼束理論伸長值確定)關閉,兩端預應力鋼束均勻楔緊于千斤頂上;兩端裝置對中。
3)根據張拉分級表,張拉端千斤頂進油分級張拉,兩端同時記錄有關數據。
4)錨固端千斤頂回油后,張拉端千斤頂退回油、退錨。
5)將鋼絲束串動數次,做第二次。
4.2數據處理方法
1)二元線性回歸法計算μ、K值
計算公式為:
其中:xi——第i束孔道長度,單位為m;
θi——第i束曲線孔道切線夾角之和,單位rad;
ri——第i束主動端與被動端傳感器壓力之比;
μ______鋼筋與管道壁間的摩擦系數;
K______管道每米局部偏差對摩擦的影響系數。
二元線性回歸法是建立在數理統計基礎上的計算方法,如果原始數據離散性大,則計算結果不穩定,任意增加或減少幾組數據會造成結果的較大變動,反之則可證明原始數據的穩定性。只有原始數據穩定可靠的情況下方可采用此法。
2)固定μ值算K值
由于梁兩端孔道位置均被端模板固定,故認為彎起的角度一般不會出現較大的波動,整個孔道摩阻系數的變化主要取決于孔道位置偏差;μ值是材料固有性質,和施工工藝沒有關系,故可確定一固定的μ值,計算K。
μ值的確定有兩種方法,一是直接取規范規定值,二是測出μ值。μ值的測試可委托有關機構進行。
3)張拉時鋼絞線非彈性伸長值計算
①從張拉第一級起,逐級記錄千斤頂油缸伸長值li;
②根據每級千斤頂油缸伸長值,計算每一級的鋼絞線伸長值:Δli=li-li-1;
③取Δli相差最小的若干值求其平均值,一般是從第二級算起,并扣除傳力錨固前的一級(該級往往不是級差的整倍數),計算方法為:
④鋼絞線非彈性伸長值= ,此處Δli一般取第一、二級即可。
4)鋼絞線伸長值精確計算
①被動端錨外鋼束伸長值計算
②孔道長度范圍內鋼束伸長值計算
其中:
ΔL2——鋼絞線伸長值;
PA2——持荷5min后主動端錨下力;
L2——鋼絞線工作長度;
Ey——鋼絞線彈性模量;
Ay——鋼絞線束截面積。
③主動端錨外伸長值計算
④鋼絞線伸長值:
5)試驗中鋼絞線伸長值的估算
4.3 有關事項
1)被動端不能安裝工作錨。
2)千斤頂安裝時,要注意油缸的方向,應使油缸向外便于側伸長值。
3)千斤頂和傳感器標定時應采用同一壓力機標定,以消除千斤頂和傳感器的標定系統誤差。標定時要有初讀數、標到額定荷載后要緩慢回零,并記下回零讀數。當三次的讀數差別較大或有兩次差別不大而與另一次差別較大、或逐次增大時,應標第四次。
4)試驗前檢查壓力表指針是否在零讀數位置。
5)千斤頂行程要留20mm,這一段一般不成線性。兩端千斤頂預先伸長一部分以便退錨。
6)讀數根據加載表每級都讀,注意應記錄初始、σK、持荷、錨固、回零幾個狀態的讀數。有關數據應由技術人員負責讀取。由于加壓時壓力表有振動,節流閥密實性的影響,操作人員的控制誤差,實際讀數與計算值有誤差,此時壓力表數據必須讀實際達到的壓力值,并且不得靠回油來調整壓力值。
7)張拉工藝:OVM錨具不能超張拉,張拉中應觀察鋼絞線是否有滑絲。
8)由于實際張拉為兩端張拉,而試驗為一端張拉,因此千斤頂行程可能不夠。可采用兩種方法,一是倒頂,二是張拉端串聯兩臺頂。
9)試驗中應及時處理數據,發現數據反常則增加試驗次數。每做完一束均要計算實測伸長值、理論伸長值并校核誤差。
10)錨具回縮值的測定:在錨固體系下,原定通過測工具錨夾片回縮值的方法不正確,原因是傳力錨固時,鋼絞線與夾片有相對滑移,夾片回縮值不等于鋼絞線回縮值。
11)鋼束彎起角指其圓心角,等于弧長除以半徑。
12)鋼束回縮值和錨固前后的應力損失值不存在對應關系。因為錨固后由于千斤頂內摩阻的影響,錨外鋼束實際還有荷載;傳力錨固時鋼束停止滑移時的長度和對應張拉力無法測出;孔道內鋼束回縮受反向摩阻的影響,存在一個應力不動點,實際參與回縮的鋼束實際長度小于其工作長度。
13)一定要將千斤頂和傳感器系統標定,以消除系統誤差。
14)試驗時要及時松倒,確保各部位受力順暢。
5 試驗鋼束的選取
試驗鋼束假定為設計施工圖中的腹板束T19、T20,如圖2。T19、T20鋼束明細表及鋼束要素表分別如表1和表2。
6 試驗結果與結論
6.1 試驗結果
腹板束T19摩阻損失特征表3,腹板束T20摩阻損失特征表4,K、μ值識別、摩阻損失理論實測比較表5。
6.2試驗結論
1)預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦系數μ=0.155,考慮每米管道對其設計位置的偏差系數k=(0.00328+0.00306)/2=0.00317;
2)被動端摩阻損失比設計值大約5%;若按兩端對稱張拉,實際摩阻損失比理論值約大3%;
3)說明實際施工時,應加強工序管理,防止塑料波紋管內留有雜物或砂漿,避免造成預應力的額外損失。