摩阻试验方案

目 录

1 试验概况 ................................................. 3 2 试验内容概述 ............................................. 3 3管道摩阻损失 ............................................. 3

§3.1 管道摩阻损失的组成 ......................................................................................................... 3

§3.2 管道摩阻损失计算 ............................................................................................................. 4 §3.3测试方法 .............................................................................................................................. 5 §3.4 实测结果与分析 ............................................................................... 错误！未定义书签。

4 锚口及喇叭口摩阻损失 ..................................... 6

§4.1 测试方法 ............................................................................................................................. 7

§4.2 测试结果与分析 ............................................................................... 错误！未定义书签。

客运专线铁路32 米预应力混凝土简支箱梁摩阻试验方案

1 试验依据

(1)《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005； (2)《通桥(2008)2224A-Ⅰ》施工图； (3)相关计算资料。

2 试验概况

客运专线铁路 32 米预应力混凝土简支箱梁为后张法预应力混凝土结构，纵向预应力筋为1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003，公称直径15.2mm，抗拉强度为1860MPa，弹性模量为1.95×105MPa，管道形成采用直径为80mm或90mm的抽拔管。

3 试验内容概述

本次试验包括管道摩阻试验、锚口与喇叭口摩阻试验。选择制好的两孔箱梁进行管道摩阻试验，锚口摩阻加喇叭口摩阻试验在试件进行。管道摩阻试验的试验每孔箱梁选择了未初张拉的六条管道(2N2b、N4、N5、N8、N9)进行，通过测定张拉束主动端与被动端实测压力值，根据规范规定的公式计算摩擦系数μ和偏差系数k 。

选择9、12孔群锚锚具在混凝土试件上进行锚口与喇叭口摩阻试验。主要测定锚口与喇叭口的摩阻损失，根据主动端与被动端的差值计算锚口与喇叭口的摩阻损失。

预应力摩阻测试包括锚口摩阻、管道摩阻、喇叭口摩阻三部分。摩阻测试的主要目的一是可以检验设计所取计算参数是否正确，防止计算预应力损失偏小，给结构带来安全隐患；二是为在施工提供可靠依据，以便更准确地确定张拉控制应力和力筋伸长量；三是可检验管道及张拉工艺的施工质量；四是通过大量现场测试，在统计的基础上，为规范的修改提供科学依据。

4管道摩阻损失

§4.1 管道摩阻损失的组成

后张法张拉时，由于梁体内力筋与管道壁接触并沿管道滑动而产生摩擦阻力，摩阻损失可分为弯道影响和管道走动影响两部分，理论上讲，直线管道无摩擦损失，但管道在施工时因震动等原因而变成波形，并非理想顺直，加之力筋因自重而下垂，力筋与管道实际上有接触，故当有相对滑动时就会产生摩阻力，此项称为管道走动影响（或偏差影响、长度影响）。对于管道弯转影响除了管道走动影响之外，还有力筋对管道内壁的

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径向压力所产生的摩阻力，该部分称为弯道影响，随力筋弯曲角度的增加而增加。直线管道的摩阻损失较小，而曲线管道的摩阻损失有两部分组成，因此比直线管道大的多。

§4.2 管道摩阻损失计算

根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005第6.3.4 条规定，后张法构件张拉时，由于钢筋与管道间的摩擦引起的应力损失按下式计算：

平面曲线和空间曲线力筋的管道摩阻损失的计算公式统一为:

s4k(1e(kx))

(1)

式中： 为力筋张拉端曲线的切线与计算截面曲线的切线之夹角，称为曲线包角；

x为从张拉端至计算截面的管道长度，一般可取在水平面上的投影长度；

为力筋与管道壁之间的摩擦系数，k为考虑管道对其设计位置的偏差系数。

曲线包角的实用计算以综合法的计算精度较好，其表达式为：

2HV2

(2)

式中： H为空间曲线在水平面内投影的切线角之和；

V为空间曲线在圆柱面内展开的竖向切线角之和；

（3）测试数据的处理

根据图1测试原理，设张拉端压力传感器测试值为P1，被动端压力传感器测试值为

P2，此时x为管道长度l，为管道全长的曲线包角，考虑式(1)两边同乘以预应力钢筋

的有效面积，则式(1)可写为：

P2P1e(kl)

(3)

两边取对数可得：

klln(P2/P1)c

(4)

一般情况下，制梁现场均采用一种制孔方法，或所测试的管道均为一种制孔方法，这时管道质量比较均匀，可以不考虑摩阻系数和k的变异，利用最小二乘原理，试验误差最小时的和k应使下式取得最小值：

客运专线铁路32 米预应力混凝土简支箱梁摩阻试验方案 故有：

y0y0k

1ny(iklici)2

ni1 (5)

kilicii2innn 整理得 nnnilikli2cilii1i1i1i1i1i1 (6)

式中：ci为第i个管道对应的值ciln(P2/P1)，li为第i个管道对应的力筋空间曲线长度(m)，i为第i个管道对应的力筋空间曲线包角(rad)，n为实际测试的管道数目，且不同线形的力筋数目不小于2。

实际测试的数据代入式(6)，联立求得摩阻系数和k。

§4.3测试方法

管道摩阻常规测试方法以主被动千斤顶法为主，该方法主要存在测试不够准确和测试工艺等问题。其一由于千斤顶内部存在摩擦阻力，虽然主被动端交替测试可消除大部分影响，但仍存在一定的影响；其二千斤顶主动和被动张拉的油表读数是不同的，需要在测试前进行现场标定被动张拉曲线；其三在测试工艺上，力筋从喇叭口到千斤顶张拉端的长度不足，使得力筋和喇叭口有接触，产生一定的摩擦阻力，也使得测试数据包含了该部分的影响。为解决上述问题，我们改进了测试方法，取得了良好的效果。 工具锚压力传感器压力传感器工具锚梁体局部喇叭体管道力筋张拉千斤顶钢环板约束垫板约束垫板 图1 管道摩阻测试原理 为保证测试数据的准确，使用压力传感器测取张拉端和被张拉端的压力，不再使用千斤顶油表读取数据的方法。为保证所测数据准确反映管道部分的摩阻影响，在传感器外采用约束垫板的测试工艺，其测试原理如图1所示。 客运专线铁路32 米预应力混凝土简支箱梁摩阻试验方案

该测试方法与常规测试方法比较主要特点如下：

(1) 测试原理正确：图中约束垫板的圆孔直径与管道直径基本相等，如此可使力筋以直线形式穿过喇叭口和压力传感器，力筋与二者没有接触，所测数据仅包括管道摩阻力，保证了管道摩阻损失测试的正确性。而常规测试中所测摩阻力包括了喇叭口的摩阻力，测试原理上存在缺陷。

(2) 数据准确可靠：采用穿心式压力传感器提高了测试数据的可靠性和准确性，不受张拉千斤顶的影响。

(3) 安装简单，拆卸方便：实测中仅使用一个千斤顶，被动端不再安装千斤顶，使得测试安装工作量大为减小。实测时预先将千斤顶油缸略加顶出，以便拆卸张拉端夹片；被动端夹片的拆卸待张拉千斤顶回油后，摇晃力筋即可拆卸夹片。

(4) 力筋可正常使用：从喇叭口到压力传感器外端，力筋与二者没有接触，不会对这部分力筋造成损伤，即两个工作锚之间的力筋没有损伤，可以正常使用。

具体试验步骤如下：

(1)试验时采用单端张拉，张拉前应标定好试验用的千斤顶和高压油泵，并在试验中配套使用，以校核传感器读数。

(2)从10％张拉控制拉力开始，荷载分8级张拉至设计张拉力，每个管道张拉两 次(以第一次为准，第二次作复核用)。试验时根据千斤顶油表读数控制张拉荷载级，并校核数据，以确保试验结果的可靠性。

(3)试验采用两台压力传感器，分级测试预应力束张拉过程中主动端与被动端的荷载数值，通过线性回归确定管道被动端和主动端荷载的比值，然后利用二元线性回归的 方法确定预应力管道的k、μ值。

(4)钢束伸长量和夹片外露量通过直钢尺测量。

5 锚口及喇叭口摩阻损失

由于张拉过程中力筋不可避免的与喇叭口和锚圈口接触并发生相对滑动，必然产生摩擦阻力，而这些摩擦阻力包括在张拉控制应力中。设计规范中给出了参考值，设计采用的喇叭口和锚圈口摩阻损失之和为张拉控制应力的6%，锚圈口摩阻与喇叭口摩阻需要进行现场实测。

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§5.1 测试方法

锚口加喇叭口摩阻试验在混凝土试件上进行，截面中心处的预应力管道为直管道(φ80mm、φ90mm)，成孔方式及锚具、锚垫板与箱梁采用的完全相同。测试时需采用工作状态的锚头(安装夹片)，试验采用单端张拉方式，在试件两端分别安装千斤顶，被动端测试前首先张拉，以便完成测试后进行退锚。试验时示意图见图2。 试验时千斤顶分两次直接张拉至 ptk p 0.8 f ⋅ A (Ap－9、12 根钢绞线的面积)，分别读取主动端和被动端传感器读数。 压力传感器工具锚喇叭体试验台座管道力筋喇叭体工作锚压力传感器(上夹片)工具锚钢环板约束垫板限位板约束垫板张拉千斤顶 图2 喇叭口和锚圈口损失测试原理 5 注意及需准备事项 在测试过程中需注意及准备以下事项： (1) 提前计算好每级荷载（10.00%、21.25%、32.50%、43.75%、55.00%、66.25%、77.50%、88.75%、100.00%）对应油表读数。分级测试时，要求油泵操作人员控制好每级荷载，在压力显示值稳定后，迅速读取主、被动两端读数。 (2) 管道摩阻试验最后一级荷载根据油缸最大行程不超过 195mm 控制(现场和施工单位协商，也可190mm)。 (3) 摩阻试验前，被动端油缸应预留行程至少 150mm 左右，以便退锚。 (4) 锚口加喇叭口摩阻试验，工作夹片退锚方法应提前和施工人员协商。 (5) 一次测试循环完成后，应对整个测试系统进行仔细检查，包括安装传感器位置是否偏心偏离，千斤顶油泵等是否状态良好，钢绞线是否出现问题等，之后搁置约十分钟左右，方可进行下次测试。

(6) 摩阻试验时箱梁混凝土强度需达到设计值的80%以上，试验前要对管道进行清孔，对锚垫板及锚穴内平面整理清平，安装传感器时需保证传感器位置准确，且垂直于

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锚垫板，以保证试验数据准确性。

(7) 现场需提供电源、倒链、操作平台；安排技术人员 1～2 人（指导工人操作、 协助记录数据），工人6~8 人（能够熟练进行装卸千斤顶、退锚等工作）配合试验。 (8) 根据摩阻试验示意图，试验管道钢绞线需提前下料，下料长度满足要求，钢束切割整齐。

(9) 试验过程中，所有试验人员注意安全，千斤顶前方及侧前方禁止有人员活动。 (10) 用作锚口及喇叭口试验的试件应采用与主梁相同混凝土标号、相同制造工艺预制，并配置适当数量的钢筋，防止局部受压破坏；管道平直，与锚垫板管口同心，接口处无错台，否则无法取得理想试验结果。

(11) 准备游标卡尺 1 把（量取锚垫板限位深度、钢绞线直径）。

注意：

被测试的孔道只穿相应的钢绞线，而不安装工作锚具和夹片；钢绞线的下料长度：工作长度+70cm×2。