附图片曲线孔道摩阻损失测试方法概要

1、大跨度刚构 -连续组合体系杜步 1号桥曲线孔道摩阻损失测试方法研究宋磊 1向学建 2(1. 广东清连公路发展有限公司 清远 511515 2. 交通部公路科学研究院 北京 100088 摘 要:介绍了两种曲线孔道摩阻损失的测试方法 -千斤顶法和传感器法, 采用传感器法对广东清连高 速公路杜步 1号桥的曲线孔道摩阻损失进行了测试。结论表明,测试方法可靠,实测结果对设计者具有较 好的参考价值,可为类似预应力结构的曲线孔道摩阻损失测试提供参考和借鉴。关键词:大跨度;连续刚构桥;摩阻损失;测试1 概述已建大跨径预应力混凝土连续刚构桥目前在使用 4年左右后,出现比较明显的裂缝,与之对应的是中 跨跨中下挠

2、超过设计者的预期,且有持续不断进行,没有停止的迹象。其中预应力没有按照施工规范操作, 预应力损失过大是下挠量远远超过设计预拱度的原因之一。目前预应力的张拉施工是由油泵驱动千斤顶进 行张拉,由压力表读数控制张拉力,人工测量控制张拉伸长值的施工工艺。长期以来,对张拉后的锚下压 力的大小无从得知,如果需要知道锚下压力的大小,必须预埋价格昂贵的穿心式压力传感器,况且不可能 每束钢绞线都埋设,很难获得全桥预应力受力的资料。总而言之,一方面,随着桥梁跨度的加大,预应力技术越来越受到设计者们和建设者们的高度重视, 对于弯桥来说,曲率对预应力是否有很大影响是设计大跨度预应力弯桥所必须关心的问题,设计者往往希

3、望预应力在抵抗外弯矩的同时也希望对扭矩有一定的贡献,在应力检验不满足设计的情况下通过增设预应 力束或普通预应力筋抵抗扭矩;另一方面,随着预应力在我国桥梁设计中的广泛普及和预应力束的越来越 长,由于实际桥梁的荷载工况、材料性质、施工工艺以及其他外界因素的影响,难以单纯地从理论上预测 摩阻系数,导致很难通过理论计算准确求出曲线预应力的孔道摩阻损失,因此有必要进行曲线孔道摩阻损 失测试方法的研究,以满足设计和施工的需要。目前曲线孔道摩阻损失的测试方法按照测力仪器不同有千斤顶法和传感器法,结合广东清连高速公路 杜步 1号桥的工程实例,对大跨度刚构 -连续组合体系桥曲线孔道摩阻损失的现场测试方法进行了探

4、讨。2 两种测试方法的特点2.1千斤顶法2.1.1 测试方法千斤顶法是预应力两端使用油压千斤顶,采用油压换算测力的方法,采用公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000中附录 G-9提供的测试步骤。预应力钢束两端(甲乙同时张拉到一定数值 (根据钢束长、以及千斤顶的油缸行程确定 ;甲端封闭,乙端张拉。张拉时分级升压,直至张拉控制应力 (根据钢束长、以及千斤顶的油缸行程确 定 。如此反复进行 3次,取两端压力差的平均值;重复上述方法,但乙端封闭,甲端张拉,取两端 3次压力差的平均值;将上述两次压力差平均值再次平均,即为孔道摩阻力的测定值,然后代入相关公式计算摩阻系数。2.1.2 特点千斤顶法根据

5、千斤顶油压换算成锚下压力,不用采用其它辅助设备,测试方法简单,测试费用低,封 闭端承压状态时根据油压表换算的压力较不准,测试结果不能较准确得到孔道摩阻力和摩阻系数。2.2传感器法2.2.1 测试方法 传感器法是预应力两端的锚垫板下安装压力 传感器,直接测力的方法,如图 1所示。有的称 为锚索测力计 (简称锚力计 。压力传感器由 3部 分组成 :承载感压体、压力传感器和信号传输电 缆。2.2.2 特点传感器法通过二次仪表直接读取锚下压力传感器的压力,测试简单,制作和现场安装压力传感器较为 复杂,且测试费用较为昂贵,测试结果能较准确得到孔道摩阻力和摩阻系数。其主要特点如下: 压力传感器的圆孔直径与

6、锚垫板直径基本相等, 如此可使预应力束以直线形式穿过喇叭口和压力传 感器,预应力与二者没有接触,只是相当于将预应力束加长了,实验所测数据仅包括孔道摩阻力,保证了 曲线孔道摩阻损失测试的正确性; 从喇叭口到压力传感器外端, 预应力与二者没有接触, 不会对这部分预应力束造成损伤, 即两个工 作锚之间的预应力束没有损伤,可以正常使用。2.3两种方法的比较由以上的分析可知,千斤顶法和传感器法可以说是各有千秋,笔者通过对广州市南部地区南沙港快速 路官洲河特大桥和广东清连高速公路杜步 1号桥预应力曲线孔道摩阻损失的现场测试实践后认为(前者采 用千斤顶法,后者采用传感器法 :在大跨度连续刚构桥曲线孔道摩阻损

7、失测试中 , 传感器法明显优于千斤 顶法。笔者在清连高速公路杜步 1号桥曲线孔道摩阻损失的现场测试中,取得了令人满意的效果。3 测试方法应用3.1工程概况杜步 1号高架桥(图 2是广东清远 -连州一级公路升级改造 (高速 工程中新建的一座大型预应力混凝 土刚构 -连梁组合桥 (图 3 。图 1 压力传感器的安装 图 3杜步 1号高架桥英姿大桥主桥结构形式采用(75+6×125+75 m 的八跨预应力混凝土刚构 -连续组合体系,上部结构采用三 向预应力混凝土变截面箱梁,下部采用双薄壁 +单空心薄壁组合桥墩、钻孔灌注桩基础。 0号桥台为双柱式 台, 8号桥台采用扶壁台, 钻孔桩灌注基础。

8、 平面部分在桩号 K2177+094.998之前位于 R=910, Ls=208.162, R=3750m的缓和曲线上, 此桩号之后位于 R=3750m的圆曲线内。 桥梁跨径按桥梁中心线布置, 桥墩台径向布 设。全长 904.711m ,最大墩高达 110m ,边跨比为 0.6,根部梁高 6.8m ,跨中及端部梁高 2.8m ,箱梁高度按 1.8次抛物线变化 . 横断面为单箱单室斜腹板箱梁 , 腹板斜率 8:1, 箱梁顶板宽为 12.25m , 底板宽度由 471.3cm 变化到 571.3cm , 翼缘悬臂长度 3.0m ; 箱梁底板厚度连续梁 0号块为 120cm 、 刚构 0号块底板厚度

9、为 100cm , 各梁段底板厚从悬臂根部至悬浇段结束处由 10030,其间按 1.8次抛物线变化,跨中合拢段及边跨现 浇为 30;箱梁顶板厚度 0号块为 50cm, 其它梁段顶板厚度为 28cm ;箱梁腹板厚度 0号块为 80cm , 18号块为 65、 910号块为 65-50、其余梁段为 50;箱梁腹板厚度 0号块为 80、 18号块 65cm 、 910号块腹板厚度 6550cm 、 其余梁段腹板厚度为 50cm 。 全桥除在梁端及 0号块设置横梁外 , 其余均不设 置横梁。连续梁 0号块横梁厚 70cm ,连续钢构 0号块横梁厚 150cm ,端横梁厚 150cm 。上部结构采用悬臂

10、浇筑施工方法,箱梁纵向分 0、 1(1´号段、悬浇段(共计 15个块 、合拢段及边 跨现浇段,其中 0、 1(1´号段长 12.0m ,悬臂纵向分段长度为 5×3.5m+5×4.0m+4×4.5m ,合拢段 2.0m , 边跨现浇段为 11.02m 。采用三角形挂篮和菱形挂篮施工,三角形挂篮 57t ,菱形挂篮 50t 。挂篮悬臂梁段最 大重量 141.70t 。纵向预应力采用 j15.24mm 高强低松弛钢绞线,有 15-19、 15-17和 15-14三种钢绞线, 顶板束布置以平弯线形为主,锚固端附近采用局部竖弯,腹板束布置在锚固端附近采用

11、局部竖弯,底板束 采用平、竖弯结合布置,管道采用塑料波纹管,内径为 100,真空压浆工艺灌浆。3.2测试对象 测试对象如图 4和表 1所示,测试对象均为曲线腹板束,张拉控制力为 332.01t ,选择三束,每组 2束,共计 6束。在做摩阻损失测试之前,应该对现场所使用的压力传感器进行标定。图 5为现场孔道摩阻 损失测试。表 1摩阻损失测试对象测试位置 (含 左、右幅桥 钢束 编号 规格 每束下料 长度 /m 6#墩 2号块 2F2 17j 15.24 21.72 6#墩 3号块 2F3 17j 15.24 28.59 6#墩 4号块2F417j 15.2435.57图 5 孔道摩阻损失测试3.

12、3测试结果与分析 摩阻损失的计算公式平面曲线和空间曲线力筋的孔道摩阻损失的计算公式统一为 :1(4kx k s e +-= (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。22VH +=(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。 测试数据的处理方法根据图 1,设张拉端压力传感器测试值为 zN ,被动端压力传感器测试值为 bN ,此时 x 为管道长度 l , 为管道全长的曲线

13、包角,考虑式 (1两边同乘以预应力钢束的有效面积,则式 (1可写为:(kl z b eN N +-=(3两边取对数可得:cN N kl b z =+ /ln( (4对于直束,上式为:(5Nz 、 Nb 可以通过实际测试得来,一元一次方程直接可以求得 K 值。对于曲线束,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:=-+=ni i i ic kl ny 12(1(6故有:(7 式中:ic 为第 i 个管道对应的/ln(b z N N 值, i l

14、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 (7,联立求得摩阻系数 和 k 。从本桥纵向预应力塑料波纹管的曲线孔道摩阻损失测试数据得到 8: 实测管道偏差系数 k=0.00225, 实测管道摩阻系数 =0.248; 测试数据表明, 如果在设计时摩阻系数按设计规范中规定的最小值取值 (规范值范围 0.140.17 , 既按以 K=0.0015, =0.14取值,则实测摩阻系数比设计值大,建议采用 k=0.003, =0.30;设计单位根据实测结果和建议对主桥结构进

15、行了重新分析计算和预应力的动态调整设计,尽量使调整 后的预应力新设计与实际相符。4 结束语通过实践和分析曲线孔道摩阻损失测试方法可知: 曲线孔道摩阻损失的测定宜至少选择竖弯预应力束和平、竖弯空间预应力束各一组进行; 公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000附录 G-9测定曲线孔道摩阻时预应力钢束两端(甲乙 同时张拉到一定数值,必须根据预应力钢束长、以及千斤顶的油缸行程具体确定; 千斤顶法在条件限制的情况下进行,千斤顶法和传感器法实测曲线孔道摩阻损失各有利弊,传感器 法能较为真实地反映曲线孔道摩阻,求得的摩阻系数也较为准确; 摩阻系数实测值(=0.248比规范最大值(=0.17大 45.9%,在平弯梁桥中摩阻系数有增大的 趋势; 实际工程中 , 推广使用预应力数控张拉技术有望解决目前预应力施工中存在的锚下压力不足和预 应力钢筋