简述孔道摩阻试验方法与研究

简述孔道摩阻试验方法与研究

摘要：介绍桥梁预应力摩阻试验内容和方法,提出了以往预应力摩阻试验方法中存在的问题,针对问题从摩阻试验的测试技术上进行改进,使得桥梁预应力摩阻试验方法更具实际、合理。通过现场实践验证,其可操作性甚佳、具有较高的测试精度。总结了现场试验的一些经验和体会。

关键词：桥梁预应力控制张拉力摩阻损失

1 前言：在桥梁预应力钢绞线张拉施工过程中,总张拉力应为控制张拉力与千斤顶内摩阻力、钢铰线束与管道摩阻力、锚固端摩阻(工作锚、夹片)及固端喇叭口摩阻损失力之和。其中,千斤顶的内摩阻力在校准千斤顶时可确定;锚具产品其张拉的损失率为可确定数;而钢铰线束与管道摩阻力、锚固端摩阻及固端喇叭口摩阻损失力则需现场试验方可得到 。对于后张法预应力混凝土桥梁而言,管道摩阻损失是预应力张拉各种损失的主要部分。因此,在桥梁预应力钢绞线张拉施工中,要施加多少张拉力,才能满足设计的要求尤为重要,而准确测定管道摩阻损失,是确定施工张拉力的重要依据。

试验的方法和测试的技术是获取高精度试验数据的手段。而在以往的实践中,试验方法及技术的实操难以实现,数据准确性难以保证。可见,在管道摩阻损失试验中,改进试验方法和测试技术,是提高试验精度,减少测试误差的有效途径。本文就是针对桥梁的摩阻试验,阐述了现场试验方法,对桥梁预应力管道摩阻损失试验方法进行改进,使试验方法更趋实际、合理、准确。同时,文章还总结了本课题组现场试验的一些做法和经验,可为同行提供借鉴和参考。

2 试验内容和方法

2.1试验方案

预应力摩阻损失包含:管道摩阻损失、喇叭口损失、锚具摩阻损失和工具锚损失等。为了得到预应力管道摩阻损失,就必须剔除喇叭口、锚具和工具锚摩阻损失。进行现场试验,获取现场张拉预应力摩阻损失。试验与实际预应力张拉的工况一样采用液压千斤顶加力,预应力摩阻损失量为主动、被动端斤顶的力差,所不同是张拉时喇叭口处的工作锚板不装夹片。喇叭口摩阻损失量可通过另做试验取得；厂家成型生产锚具可提供锚具摩阻损失率。

本项目预应力摩阻损失试验所用的张拉设备与现场施工时使用的张拉设备完全一致,仅是对长管道而采用多个千斤顶。为保证试验数据的精度,测定张拉力的系统由张拉千斤顶（YCW400型千斤顶）、压力传感器、游标卡尺。

2.2试验方法

（1） 将经标定的压力传器与千斤顶安装在需试验的孔道上。将千斤顶与电

动油泵串接，并装上相应的压力表，然后调试是否正常运行并对千斤顶进行排空。被动端千斤顶主缸进油空顶10cm关闭，两端预应力钢束均匀楔紧于张拉千斤顶上。两端装置对中。

（2） 主动端千斤顶进油张拉至张拉控制应力的10%做为初张拉应力，记录两端读数（油压表压力、压力传感器和千斤顶活塞伸长值）。

（3）主动端千斤顶进油张拉，另一端封闭。以油压表压力从初张拉应力到张拉控制应力分5级逐级增压张拉。每级持载时间为2min,最后一级持载时间为5min。每级张拉时均记录两端读数（油压表压力、压力传感器和千斤顶活塞伸长值）。

（4）当千斤顶张拉到设计张拉力值时，逐渐回油到0，再重复逐级张拉一次，并记录各级读数。之后将主、被动端互换，调整工作状态重复上述张拉过程。

试验布置见下图

3 孔道摩阻系数的分析

3.1所有试验的孔道中如有直线孔道，先进行直线孔道摩阻试验，按

σn=σk[1－e－(μθ＋kx)]公式θ为零时求得孔道偏差系数k值。再进行与直线孔道同样工艺及施工条件带有曲线孔道的摩阻力试验，并以上项k值代入上式求得孔道摩阻系数μ值。

3.2如所有试验的孔道均为曲线孔道时按下式计算孔道摩阻系数和孔道偏差系数。

式中：yi为第i管道对应的-ln(P2/P1)值（P1为主动端力值，p2为被动端力值），li为第i个管道对应的预应力筋空间曲线长度，θi为第i个管道对应的预应力筋空间曲线包角(rad),n为实测的管道数目。解方程组得孔道偏差系数k及孔道摩阻系数μ值。

4 摩阻试验注意事项

（1）被动端不能安装工作锚。

（2）限位板两面的槽深不同，一侧为6.5mm，另一侧为7.5mm，适用于不同的钢绞线类型，一侧为1860MPa，另一侧为1650MPa。注意安装面。

（3）千斤顶安装时，要注意油缸的方向，应使油缸向外便于侧伸长值。

（4）千斤顶和传感器标定时应采用同一压力机标定，以消除千斤顶和传感器的标定系统误差。标定时要有初读数、标到额定荷载后要缓慢回零，并记下回零读数。当三次的读数差别较大或有两次差别不大而与另一次差别较大、或逐次增大时，应标第四次。应变仪AC、BD接头可互换。

（5）试验前检查压力表指针是否在零读数位置。

（6）千斤顶行程要留20mm，这一段一般不成线性。两端千斤顶预先伸长一部分以便退锚。

（7）读数根据加载表每级都读，注意应记录初始、σK、持荷、锚固、回零几个状态的读数。有关数据应由技术人员负责读取。由于加压时压力表有振动，节流阀密实性的影响，操作人员的控制误差，实际读数与计算值有误差，此时压力表数据必须读实际达到的压力值，并且不得靠回油来调整压力值。

（8）张拉工艺：OVM锚具不能超张拉，张拉中应观察钢绞线是否有滑丝。

（9）由于实际张拉为两端张拉，而试验为一端张拉，因此千斤顶行程可能不够。可采用两种方法，一是倒顶，二是张拉端串联两台顶。

（10）试验中应及时处理数据，发现数据反常则增加试验次数。每做完一束均要计算实测伸长值、理论伸长值并校核误差。

（11）．锚具回缩值的测定：在OVM锚体系下，原定通过测工具锚夹片回缩值的方法不正确，原因是传力锚固时，钢绞线与夹片有相对滑移，夹片回缩值不等于钢绞线回缩值。

（12）钢束弯起角指其圆心角，等于弧长除以半径。

（13）钢束回缩值和锚固前后的应力损失值不存在对应关系。因为锚固后由于千斤顶内摩阻的影响，锚外钢束实际还有荷载；传力锚固时钢束停止滑移时的长度和对应张拉力无法测出；孔道内钢束回缩受反向摩阻的影响，存在一个应力不动点，实际参与回缩的钢束实际长度小于其工作长度。

（14）一定要将千斤顶和传感器系统标定，以消除系统误差。

（15）试验时要及时松倒，确保各部位受力顺畅。

5 经验与体会

在探究桥梁预应力摩阻试验方法中,本项目经历过成功和失败,总结一些实践中的经验和体会,可为同行借鉴:

1)试验前,应认真调整各器具件(千斤顶、锚具、预制喇叭口混凝土件等)与管道中心线重合 ,

确保张拉为同轴心受力,工作锚不装工作夹片,工具锚安装工具夹片应涂有脱摸油。

2)采用千斤顶串联组方式,应尽量选用同型号规格的千斤顶。试验前,主、被动端千斤顶与测力系统的“校准”要采用串联、同步地进行。

3)试验时,控制好加油阀,加载速度应缓慢、均匀。如有异常,应立即停止加载,查明原因,确认无问题,方可继续试验。

4)一般情况下,试验加载中途不宜停止,应尽可能一次张拉到试验要求的最大荷载。否则,会出现主动端荷载减小,而被动端荷载增加的现象以及预应力筋回缩引起的误差等。

5)试验表明,随着对同一管道的摩阻试验次数的增加,管道摩阻损失略有所降低。原因是预应力筋在管道中经过几次来回“走动”,使得二者之间的接触面逐渐光滑引起的摩阻有所减小所致

结语：本文提出了桥梁预应力管道摩阻损失试验的一种方法,与以往的试验方法不同之处:第一,千斤顶的“校准”采用串联的方式,解决了主动端与被动端千斤顶同步“正向”测力差异的问题;第二,试验采用主动端串联多个千斤顶,实现一次连续性加载可以完成试验,消除了分级、间断张拉或多次重复“倒顶”造成反向张拉所引起误差的问题。

注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看