预应力混凝土结构管道摩阻试验研究

预应力混凝土结构管道摩阻试验研究 2011年第5期 铁道建筑 RailwayEngineering9 文章编号:1003—1995(2011)05—0009—03 预应力混凝土结构管道摩阻试验研究 黄标良 (广州铁路(集团)公司,』州510600) 摘要:详细阐述了预应力钢筋管道摩阻试验的原理及计算方法,采用最小二乘法对 试验结果进行数据处 理.继而通过在施工现场进行管道摩阻试验,得到了合理的预应力管道摩阻系数和 偏差系数.为施工 过程中合理地确定张拉力提供了依据. 关键词:预应力混凝土管道摩阻摩阻系数最小二乘法 中图分类号:U445.471文献标识码:B 1管道摩阻试验的目的 随着预应力技术的发展,后张法预应力技术在土 建工程中的应用越来越广泛,在桥梁工程中应用得更 为普遍.在后张法预应力混凝土梁的预应力损失中, 管道摩阻损失是其中的主要部分之一.近年来,随着 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 水平和施工技术的进步,桥梁结构形式日趋多样, 如曲线连续梁,异型桥梁,大跨度桥梁等,预应力筋的 线型也更加复杂,大部分为空间曲线.因而,预应力摩 阻损失的影响就更难以精确估算. 后张法进行预应力筋张拉时,预应力钢束与管道 壁接触面间产生摩擦力引起预应力损失,称为管道摩 阻损失,以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示.摩阻损失主要由于管道的弯曲和 管道的偏差两部分因素影响所产生.从理论上说,直 线管道应该没有摩擦损失,但是由于施工中管道定位 的偏差及管道不光滑等原因,预应力筋与孔壁材料之 间形成接触摩擦,称此项为管道偏差影响(长度影响) 摩擦损失,其值较小,反应在系数k上.对于弯道部 分,除了管道偏差影响之外,预加应力的预应力筋对弯 曲管道内壁产生的径向挤压力,使预应力筋与孔壁材 料之间形成挤压摩擦,一般将这部分称为弯道影响摩 擦损失,其值较大,并随预应力筋弯曲角度的增加而增 加,反应在系数上. 在预应力混凝土梁的设计及施工过程中,准确地 计算预应力筋的应力损失,并进行细致的施工控制,都 是非常重要的,而且是很必要的,它直接决定预应力筋 中的有效预应力,关系到梁体在使用阶段的质量.因 此寻求合理的摩阻系数肛和管道偏差系数k值是后张 收稿日期:2010-11-19;修回日期:2011-01-10 作者简介:黄标良(1982一),男,广东佛山人,工程师,硕士. 法预应力梁施工的关键. 为了确定预应力混凝土内预应力的摩擦损失,以往 已经进行了大量有价值的研究工作.英国水泥和混凝 土协会做了大量的试验,致力于确定摩擦系数和偏摆效 应.试验指出,和k值取决于下述多种因素:所用钢 筋的类型,是钢丝,钢绞线或是粗钢筋;表面特征,是刻 痕还是波纹,是锈蚀还是清洁,或是镀锌的;管道弯曲角 度,管道尺寸成型偏差,管壁粗糙度,管道的总尺寸及管 道超过其中钢筋的空余量,以及管道成型材料和管道成 型的顺直度.因此,施工过程中所用材料的质量及施工 质量在很大程度上影响摩阻损失的大小. 虽然 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 中已经提供了摩阻系数及偏差系数的建 议值,但是因施工材料及施工工艺的差异,它们的偏差 还是较大的.因此,有必要通过现场管道摩阻试验,确 定合理的摩阻系数及管道偏差系数,以准确求得 预应力管道摩阻损失,从而为施工中更加准确地确定 张拉控制应力及钢束伸长量,充分发挥预应力钢束的 作用提供可靠的依据. 2试验方法 本次管道摩阻损失测试在常规测试方法上做出一 定的改进,即采用穿心式电子压力传感器测取张拉端 图1管道摩阻试验布置 l0铁道建筑 和被张拉端的压力方法,代替千斤顶油压表读取数据 的方法,在传感器外使用约束垫板,取得了良好的效 果.测试布置如图1所示. 3管道摩阻损失试验中,k的计算方法 由《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设 计规范》(TBIO002.3—2005)可知,孔道摩阻预应力损 失的计算公式如下 fl= … (1一e一'"h)(1) 式中…——预应力筋锚下控制张拉应力; —— 预应力筋与孔壁的摩擦系数; —— 若管道只是平面曲线,则是从张拉端至计 算截面部分的夹角之和;若管道为三维曲 线,一般指包括竖弯曲线和平弯曲线,则 可按0=?臼+计算,其中:0,0分 别为该段内的水平夹角和竖向夹角,以 rad(弧度)计; j}——每米孑L道对其设计位置的偏差系数; —— 从张拉端至计算截面的孔道长度,一般可 取该段孔道在构件轴线上的投影长度. 在距离张拉端In处的钢束内力 F=F…e一'.(2) 其中F——计算截面的钢束拉力; F… —— 张拉端控制张拉力. 对式(2)两边取对数,可得 ln()=k(3) 令Y=In(F…/F),则 Y=+(4) 在施工现场,管道成型方法和材料一般是相同的, 管道成型质量比较均匀,计算时可以忽略摩阻系数 与偏差系数k的变异性.利用最小二乘法原理,令 A=??(+kx一Yi)(5) 要使式(5)得最小值,必须满足下列条件 警:0;等:0(6) 且: 』会=毫十j}—l,7 【OA=塞(+一y 整理式(7),可得 f?+k?X,i0.一?Yi0=0J 一(8) 【?xi0.+?一?Y=0 式中Y——第i管道对应的ln(F…/F)值; Xi——第i管道对应的管道长度; —— 第i管道对应的管道曲线包角; n——参与计算管道数目. 将实测数据代入式(8)中,解方程就可求得和k 的数值,当然,参与计算的管道数目不得低于2个. 4实测结果与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 本次试验对客运专线32Ill组合箱梁进行管道摩 阻损失测试.该试验梁全长32.6m,计算跨径31.5 m,预应力钢绞线采用I×7—15.2一I860一GB/ T5524--2003,钢绞线强度等级为1860MPa,设计锚外 控制张拉力F…分别为1687.39kN和2249.86kN.梁 体共有15个预应力管道,管道采用橡胶抽拔管成孔, 穿束采用人工喂推作业,其中7个预应力管道为9根 预应力钢绞线,另外8个管道为12根预应力钢绞线, 梁端横截面管道布置图如图2所示(其中.表示9— 76s,?表示12—765). 1dI11dl 图2支点截面管道布置(单位:mm) l N6N5l u—耳— |N2\N1a2N1b2N1C 图3管道纵向立面布置 跨 中 对 称 线 2011年第5期预应力混凝土结构管道摩阻试验研究 本次试验选取4个管道,分别为图2中2个直线 管道N1e(12—7+5),左边曲线管道N3(9—7+5)和右 边曲线管道N5(9—7th5),各个管道顺桥向布置如图3 所示. 试验管道的相应参数见表l. 表1管道的相应参数 通过测试得到的管道摩阻损失率平均值见表2. 表2管道摩阻损失率及y值 根据表1及表2的数据,采用二元线性回归与数 值平均方法可计算得到管道的参数测试结果:= 0.4666,k=0.0024.在正常情况下,管道摩擦系数比 较稳定,管道偏差系数因受施工水平的影响波动较大. 施工过程中,预应力的张拉方式一般采用两端同 时张拉,根据规范中的取值=0.55,k=0.0015,以及 肛,k的实测值分别计算摩阻损失对张拉控制应力的影 响,计算结果如表3所示. 表3不同摩阻系数结果对比 注:摩阻系数为1一e". 摩阻系数的规范计算值与实测计算值的对应值见 图4. 从表3,图4可知,直线型预应力筋的实测值与规 0.10 0.O9 0.O8 O.07 籁O.06 訾o.05 登O.04 0.03 0.O2 O.0l O l }l 哭aL| ,i _J/,规范值 --,,r Nlc左Nlc右N3左N5左 钢束编号 图4摩阻系数的规范值与实测值对比 范值之间的误差相对较大,而曲线型预应力筋的实测 值与规范值则比较接近.由试验数据可知:管道摩阻 损失受材料性能,施工工艺等多方面因素的影响较大, 而规范值对于一般工程具备良好的指导性. 5小结 由试验结果可知,本次管道摩阻试验是成功的,测 试原理简明,测试工艺简单方便,利用最小二乘法原理 对数据进行处理,数据准确可靠.比较真实地反映了 该片梁的管道摩阻损失,为现场预应力筋的张拉提供 了重要的依据,保证了施工质量. 对于后张法预应力混凝土梁,施工过程中要重视 管道的定位及固定,在浇筑梁体混凝土过程中,尽量避 免扰动预埋管道,特别是长预应力束管道;如果在施工 过程中产生较大的误差,将影响预应力管道的平顺,进 而对摩阻损失会产生很大的影响. 对于重点工程和复杂桥式的后张法预应力梁,特 别是含长预应力筋和空间曲线预应力筋的梁,应该尽 量进行现场的管道摩阻试验,确定准确的,k值,并根 据实际情况对锚下控制应力进行调整. 摩阻系数很大程度上取决于施工质量.在施工现 场,可以通过超张拉和两端张拉来减小摩阻损失的影 响.当摩阻损失不太大时,一般是使超张力等于最大 摩阻损失,应以计算摩阻损失对应的钢丝伸长量作为 超张拉时的校核.为了克服摩阻所需要的超张拉量, 并不需要和为了克服锚具损失或尽量减小钢丝徐变所 需要的超张拉量累积在一起. 由两端张拉,当然是降低摩擦损失的另一种手段, 这样,曲线的切线夹角0以及管道计算长度即可减 少一半.当预力筋较长或当弯曲角度较大时常常要凭 借这一方法.对于简支梁,控制点是在它的跨中处,由 两端张拉不会明显地影响跨中的控制预应力,虽然它 会较多地改变梁的挠度. 参考文献 [1]李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理[M].北京:人 民交通出版社,2004. [2]林同炎,BURNSN.预应力混凝土结构设计(第三版)[M]. 路湛沁,黄棠,译.北京:中国铁道出版社,1983. [3]中华人民共和国铁道部.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].北京:中国铁道出版 社.2005. [4]贺拴海.桥梁结构理论与计算方法[M].北京:人民交通出 版社,2003. [5]金秀梅,彭彦彬,杜彦良.大型预应力混凝土结构预应力筋 应力测试技术研究[J].铁道建筑,2008(9):9—11. (责任审编孟庆伶)