摘要：本文以南水北調(diào)丹江口庫區(qū)淅川縣小三峽大橋為工程背景,闡述了進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道摩阻損失試驗的目的、方法、實驗過程及結(jié)果，并以試驗結(jié)果作出參數(shù)識別與修正。

　　關(guān)鍵詞：摩阻試驗,摩阻系數(shù),偏差系數(shù),預(yù)應(yīng)力損失

　　南水北調(diào)丹江口庫區(qū)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(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，總長332m。橋梁基礎(chǔ)為群樁;下部結(jié)構(gòu)為矩形雙薄壁墩;上部設(shè)計為三向全預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，箱梁設(shè)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(yù)應(yīng)力索與孔道壁的摩阻系數(shù)μ與孔道對設(shè)計位置的偏差系數(shù)k，并與規(guī)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(tài)，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(shù)及孔道偏差系數(shù)。預(yù)應(yīng)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(yīng)加長二個傳感器的長度。

　　3 方法

　　(1)直接測量法;

　　(2)根據(jù)橋面標(biāo)高測量反分析預(yù)應(yīng)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(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(jìn)油空頂200mm(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)根據(jù)張拉分級表，張拉端千斤頂進(jìn)油分級張拉，兩端同時記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

　　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(shù)次，做第二次。

　　4.2數(shù)據(jù)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(shù);

　　K______管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)。

　　二元線性回歸法是建立在數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)上的計算方法，如果原始數(shù)據(jù)離散性大，則計算結(jié)果不穩(wěn)定，任意增加或減少幾組數(shù)據(jù)會造成結(jié)果的較大變動，反之則可證明原始數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。只有原始數(shù)據(jù)穩(wěn)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(rèn)為彎起的角度一般不會出現(xiàn)較大的波動，整個孔道摩阻系數(shù)的變化主要取決于孔道位置偏差;μ值是材料固有性質(zhì)，和施工工藝沒有關(guān)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(guī)范規(guī)定值，二是測出μ值。μ值的測試可委托有關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jù)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(shù))，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(nèi)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(guān)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(yīng)使油缸向外便于側(cè)伸長值。

　　3)千斤頂和傳感器標(biāo)定時應(yīng)采用同一壓力機(jī)標(biāo)定，以消除千斤頂和傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)誤差。標(biāo)定時要有初讀數(shù)、標(biāo)到額定荷載后要緩慢回零，并記下回零讀數(shù)。當(dāng)三次的讀數(shù)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(yīng)標(biāo)第四次。

　　4)試驗前檢查壓力表指針是否在零讀數(shù)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(yù)先伸長一部分以便退錨。

　　6)讀數(shù)根據(jù)加載表每級都讀，注意應(yīng)記錄初始、σK、持荷、錨固、回零幾個狀態(tài)的讀數(shù)。有關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)由技術(shù)人員負(fù)責(zé)讀取。由于加壓時壓力表有振動，節(jié)流閥密實性的影響，操作人員的控制誤差，實際讀數(shù)與計算值有誤差，此時壓力表數(shù)據(jù)必須讀實際達(dá)到的壓力值，并且不得靠回油來調(diào)整壓力值。

　　7)張拉工藝：OVM錨具不能超張拉，張拉中應(yīng)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(lián)兩臺頂。

　　9)試驗中應(yīng)及時處理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)反常則增加試驗次數(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。

　　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(yīng)力損失值不存在對應(yīng)關(guān)系。因為錨固后由于千斤頂內(nèi)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(yīng)張拉力無法測出;孔道內(nèi)鋼束回縮受反向摩阻的影響，存在一個應(yīng)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(tǒng)標(biāo)定，以消除系統(tǒng)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(shè)計施工圖中的腹板束T19、T20，如圖2。T19、T20鋼束明細(xì)表及鋼束要素表分別如表1和表2。

　　6 試驗結(jié)果與結(jié)論

　　6.1 試驗結(jié)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(jié)論

　　1)預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁之間的摩擦系數(shù)μ=0.155，考慮每米管道對其設(shè)計位置的偏差系數(shù)k=(0.00328+0.00306)/2=0.00317;

　　2)被動端摩阻損失比設(shè)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(yīng)加強(qiáng)工序管理，防止塑料波紋管內(nèi)留有雜物或砂漿，避免造成預(yù)應(yīng)力的額外損失。