連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力塑料波紋管孔道摩阻損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析

孫海洲

【摘 要】本文通過(guò)預(yù)應(yīng)力塑料波紋管孔道現(xiàn)場(chǎng)摩阻測(cè)試試驗(yàn)的實(shí)踐，使得讀者了解到進(jìn)行孔道摩阻力測(cè)試的重要性及必要性。文中詳細(xì)闡述了摩阻測(cè)試的具體操作技巧及數(shù)據(jù)處理方法，通過(guò)掌握上述測(cè)試試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)及方法，準(zhǔn)確快速測(cè)試出施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際預(yù)應(yīng)力摩阻損失情況，從而調(diào)整預(yù)應(yīng)力張拉控制值，使設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力值能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地施加給結(jié)構(gòu)物，從而確保結(jié)構(gòu)物達(dá)到設(shè)計(jì)要求的使用功能及安全性能。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)箱梁 預(yù)應(yīng)力孔道 塑料波紋管 摩阻測(cè)試 二元線性回歸法

隨著社會(huì)的發(fā)展及科學(xué)的進(jìn)步，橋梁工程越來(lái)越向大跨度、大型及高承載能力方向發(fā)展，以上發(fā)展進(jìn)步很大程度是得益于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)應(yīng)力材料及施工工藝方法不斷發(fā)展提高而得以實(shí)現(xiàn)。

預(yù)應(yīng)力波紋管作為后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重要的成孔材料，在提高混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量及降低預(yù)應(yīng)力管道摩阻力方面無(wú)疑起到重要作用。

對(duì)于目前使用最為廣泛的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的施加，需用在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)采管道材料預(yù)先成孔，故成孔材料已成為后張預(yù)應(yīng)力體系的不可或缺的組成，通常的成孔材料為金屬波紋管，具有施工工藝成熟，布設(shè)簡(jiǎn)便易行等特點(diǎn)。但工程實(shí)踐表明，金屬波紋管具有易破損、易銹蝕、易漏漿及摩阻損失過(guò)大等缺點(diǎn)。目前項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工中逐漸使用塑料波紋管進(jìn)行成孔，其相對(duì)金屬波紋管而言具有耐候、抗銹蝕、抗氧化及化學(xué)腐蝕，特別是摩阻損失值小等特點(diǎn)。

為了將設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力張拉值準(zhǔn)確施予結(jié)構(gòu)物，確保結(jié)構(gòu)物具設(shè)計(jì)要求的使用功能及結(jié)構(gòu)使用的長(zhǎng)期安全性，需在張拉施工前對(duì)摩阻損失進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整實(shí)際張拉控制值。金屬波紋管預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算中的參數(shù)（摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k），一般根據(jù)規(guī)范的取值范圍進(jìn)行取值。塑料波紋管摩阻損失雖然可以確定相對(duì)金屬波紋管少，但施工中難以獲知塑料波紋管摩阻系數(shù)的確切數(shù)值，同時(shí)規(guī)范上沒(méi)能給出參考取值，所以，使用塑料波紋管成孔時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用的塑料波紋管的μ、k系數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，作為準(zhǔn)確施加預(yù)應(yīng)力的保障，特別對(duì)于大跨度，長(zhǎng)大預(yù)應(yīng)力鋼束摩損失的正確計(jì)算尤為重要。

本文結(jié)合作者在工程實(shí)踐中的對(duì)塑料波紋管的摩阻系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究，詳細(xì)介紹了測(cè)試的方法，技術(shù)要點(diǎn)及數(shù)據(jù)的分析計(jì)算方法，以期給讀者一些啟示。

1 工程概況

*****大橋主跨采用（50+75+50）m連續(xù)剛構(gòu)。連續(xù)剛構(gòu)橫斷面采用單箱雙室；箱梁高度按二次拋物線，從跨中2.8m變化至距主墩中心1.75m處4.50m。箱梁底板在橫橋向保持水平，箱頂設(shè)2%單向橫坡。箱梁采用縱向、豎向預(yù)應(yīng)力體系。

主梁縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。縱向預(yù)應(yīng)力采用15-Φs15.24低松馳鋼鉸線束，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa。采用型號(hào)為SBG-90Y的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管成孔。錨具采用OVM（15）型及配應(yīng)的配套產(chǎn)品。及相應(yīng)配套的張拉千斤頂。

設(shè)計(jì)建議采用的摩阻系數(shù)μ=0.12，偏差系數(shù)k=0.0025。

2 測(cè)試方法及要點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力測(cè)試選用腹板W1、W2、W3"三束鋼絞線，鋼束采用15Φs15.24鋼絞線，鋼絞線長(zhǎng)度及起彎角度等具體參數(shù)見圖1。

按《鐵路橋涵施工規(guī)范》中關(guān)于孔道摩阻試驗(yàn)的有關(guān)要求進(jìn)行測(cè)試，并采用了一些新設(shè)備?？紤]到張拉鋼絞線伸長(zhǎng)量過(guò)大，為避免換頂影響到量測(cè)精度及降低了測(cè)試效率，在鋼絞線束的兩端均串連安設(shè)1～3個(gè)千斤頂（串連的千斤頂數(shù)量根據(jù)鋼絞線伸長(zhǎng)量而定，要求千斤頂量程之和超過(guò)鋼絞線伸長(zhǎng)量）。具體的測(cè)試方法為：

在連續(xù)剛構(gòu)端面與測(cè)力傳感器中間位置安裝工作錨板，工作錨板無(wú)須安裝夾片。測(cè)力傳感器后為串連的千斤頂，最后安裝工具錨。對(duì)安裝好的各工作進(jìn)行檢查及調(diào)整，要求工作錨板、測(cè)力傳感器、千斤頂、工具錨及鋼絞線處于同一中心位置，測(cè)試設(shè)備安裝見圖2所示。

首先再端千斤頂均同時(shí)對(duì)鋼絞線施加10%的初始張拉值，然后固定端千斤頂不張拉，關(guān)閉油閥。張拉端按設(shè)計(jì)最終荷載的20%→40%→60%→80%→100%逐級(jí)增壓張拉至施工控制值，每級(jí)張拉時(shí)均記錄相應(yīng)兩端油壓表壓力及傳感器讀數(shù)。張拉至施工最大控制拉力值后并記錄相應(yīng)讀數(shù)后進(jìn)行卸載，再按以上流程重復(fù)張拉兩次。

然后將固定端及張拉端對(duì)調(diào)，按同樣的流程張拉3次，并記錄兩端油壓表壓力及傳感器讀數(shù)。對(duì)所測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷，將符合要求的壓力值的兩端差值取平均值即為鋼絞線束與孔道的摩阻力。

3 測(cè)試所得數(shù)據(jù)計(jì)算方法

3.1 計(jì)算方法

式中：—進(jìn)行第i個(gè)孔道測(cè)試時(shí)獲得的值。Px為主動(dòng)端傳感器試驗(yàn)所得的拉力值，Pk為被動(dòng)端傳感器試驗(yàn)所得的拉力值。

—第i個(gè)孔道預(yù)應(yīng)力鋼絞線在水平方向的投影長(zhǎng)度，單位以m計(jì)；

—第i個(gè)孔道預(yù)應(yīng)力鋼絞線的空間曲線包角（rad）。因其精確計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，不利于工程實(shí)際使用，在精度滿足要求的情況下采用綜合法進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下：

式中：為空間曲線在水平面內(nèi)投影的切線角之和；為空間曲線在圓柱面內(nèi)展開的豎向切線角之和；

—進(jìn)行孔道測(cè)試試驗(yàn)的數(shù)量，要求測(cè)試的不同線形預(yù)應(yīng)力孔道數(shù)量超過(guò)2道；

μ—塑料波紋管壁與預(yù)應(yīng)力鋼絞線之間的摩擦系數(shù)；

k—由于孔道局部偏差而影響摩擦力的系數(shù)（每米）。

3.2 孔道摩阻試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算

經(jīng)過(guò)對(duì)本次現(xiàn)場(chǎng)的孔道摩阻損失測(cè)試所得的3組數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析及評(píng)估，無(wú)明顯異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，結(jié)果表明試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為穩(wěn)定可靠，為合理有效數(shù)據(jù)，表1為本次孔道摩阻測(cè)試固定端及張拉端張拉力數(shù)據(jù)記錄（拉力（Px、Pk）值為同一鋼束的多組數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)平均數(shù)）及計(jì)算表。

本次試驗(yàn)共得到3組測(cè)試數(shù)據(jù)，經(jīng)分析所測(cè)得的原始數(shù)據(jù)均為穩(wěn)定可靠，將所得數(shù)據(jù)采用二元線性回歸法進(jìn)行處理及運(yùn)算后，代入采用按（2）式以計(jì)算出摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k，圖3、4、5分別為W1、W2、W3"三束鋼絞線PK/PX回歸計(jì)算圖。

經(jīng)對(duì)所得3組測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算及匯總后得出：

通過(guò)計(jì)算結(jié)果，表明塑料波紋管預(yù)應(yīng)力孔道的摩阻系數(shù)相對(duì)于金屬波紋管的摩阻系數(shù)（通常為μ=0.23，k=0.0025）而言偏小不少。

同時(shí)測(cè)試結(jié)果也與設(shè)計(jì)要求的值存在一定偏差，表2為按設(shè)計(jì)要求的摩阻系數(shù)計(jì)算的摩阻損失值與實(shí)測(cè)摩阻系數(shù)計(jì)算的摩阻損失值對(duì)比表。

由表2可看出，本次測(cè)試所采用的三個(gè)孔道摩阻損失實(shí)測(cè)值均小于按設(shè)計(jì)的摩阻系數(shù)計(jì)算所得的摩阻損失，差值最大為W3"孔道的1.3%，最小值為W2孔道的0.4%。如是不進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)摩阻測(cè)試試驗(yàn)，而按設(shè)計(jì)的摩阻系數(shù)計(jì)處張拉力，則為超張拉。輕者影響了結(jié)構(gòu)物線形型控制，嚴(yán)重者造成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)破壞，留下安全隱患。

通過(guò)本次測(cè)試試驗(yàn)所獲得的摩阻系數(shù)，對(duì)后續(xù)施工的預(yù)應(yīng)力拉張控制值進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，從而確保了本項(xiàng)目超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

為了了解施工現(xiàn)場(chǎng)塑料波紋管實(shí)際孔道摩阻系數(shù)和孔道偏差系數(shù)，將預(yù)應(yīng)力按設(shè)計(jì)值正確施加予連續(xù)箱梁等結(jié)構(gòu)物，保證預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工質(zhì)量及確保結(jié)構(gòu)物使用安全，進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)摩助損失測(cè)試及研究進(jìn)行非常必要的。特別是塑料波紋管相對(duì)金屬波紋管具有較有很多優(yōu)點(diǎn)，將在鐵路橋梁等建設(shè)方面逐漸得到推廣應(yīng)用，但是規(guī)范尚未能給定其合理取值范圍，故更是需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，不僅作為施工的依據(jù)，給設(shè)計(jì)提供借鑒及參考作用，提高工藝設(shè)計(jì)水平。同時(shí)也為塑料波紋管的推廣使用起到促進(jìn)作用。

現(xiàn)場(chǎng)摩阻損失測(cè)試通常為高空作業(yè)，作業(yè)場(chǎng)地狹小，條件受限。試驗(yàn)前應(yīng)充分評(píng)估測(cè)試過(guò)程中可能遇到難題，并預(yù)先制定解決問(wèn)題的預(yù)案及措施，以確保測(cè)試任務(wù)快速順利的完成，且結(jié)果合理可靠。同時(shí)要注意盡量減少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的影響。

參考文獻(xiàn)

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