有效预应力测试方案

1、襄樊市内环线工程汉江五桥有效预应力测试研究方案中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司二O一一年九月目 录1概述12测试研究目的23测试研究依据24测试研究内容35测试研究方法55.1 孔道摩阻损失测试55.2锚圈摩阻口损失85.3锚固回缩损失测试85.4应力传递时间测试95.5初始张拉力的确定95.6有效预应力106拟提交的成果107测试研究费用101 概述江汉五桥属于襄樊市内环线工程（东津营盘段）B1标。其引桥包含洲上、岸上引桥及坡道桥工程。其中东岸引桥长352.2m，西岸引桥长317.2m，洲上引桥主线桥长1390m。桥梁结构为分幅布置，岸上引桥单幅桥宽l3.0m，洲上引桥主线桥单幅桥宽

2、13.025.5m。江汉五桥洲上引桥主线桥为等高度连续箱梁，跨径布置为(2×45)+3×(3×50) +(4×50)+3×(3×50)+4×50=1390m，共9联，编号依次为Z1Z9联。江汉五桥岸上引桥为等截面连续箱梁，其中东岸引桥跨径布置为2×(3×35)+(4×35)=350m，共3联，编号依次为E1E3联。西岸引桥跨径布置为3×(3×35)=315m，共3联，编号依次为W1W3联。江汉五桥道路等级为城市主干道I级，汽车荷载为公路I级，计算行车速度V=60km/h。岸上

3、引桥双向6车道；洲上引桥主线桥双向68车道。江汉五桥的岸上引桥和洲上引桥纵、横向预应力束采用高强度低松弛钢绞线，标准强度fpk=1860MPa。张拉控制应力为0.75fpk=1395MPa，公称直径s15.2mm，公称面积139mm2，弹性模量Ep=1.95×105MPa。预应力束采用夹片锚锚固体系，金属波纹管成孔。岸上引桥箱梁纵向预应力钢束规格有17-s'15.2、12-s'15.2及9-s'15.2钢绞线，分别布置在箱梁腹板、顶板及底板上；洲上引桥箱梁纵向预应力钢束采用19-s15.2、12-s15.2、9-s15.2钢绞线，分别布置在箱梁腹板、顶板及底板

4、上。岸上引桥采用钢管桩支架法现浇施工。洲上引桥除Z9联采用支架逐孔施工外其余均采用支架法现浇施工。张拉预应力时要求混凝土强度及弹性模量达到设计值的90%以上，且养护龄期不少于7天。预应力张拉顺序严格按照施工图要求顺序进行张拉。预应力钢束采用两端张拉时，两端应保持对称张拉，并保持同步。箱梁预应力束张拉顺序为：横梁横向束桥面板横向束一一腹板纵向束一一底板纵向束一一顶板纵向束。腹板从高处束开始向低处束顺序张拉，底板束先中间后两侧。左右腹板束及顶、底板束均沿箱梁中心线对称张拉。所有预应力束张拉均要求按伸长量与张拉力双控，以张拉力为主，以张拉伸长量作为校核，要求实测伸长量与设计伸长量两者误差在+6%以内

5、。设计提供的钢绞线伸长量是以初张拉应力为0.2con时为测量起点计算。2 测试研究目的通过对襄樊市内环线工程汉江五桥引桥现浇连续箱梁的长预应力钢束进行系列测试，分别提供预应力钢束锚圈口摩阻损失、锚固回缩损失、有效预应力、预应力传递时间及初始张拉力测试结果；将实测有效预应力与设计值进行比较，若不满足设计要求，则提出合理的提高有效预应力的措施，并根据测试结果对汉江五桥引桥的长预应力初始张拉力参考值及张拉持荷时间提出合理的建议，用以指导实桥施工。同时，测试成果也为今后长预应力束的设计和施工提供重要的参考。3 测试研究依据（1）襄樊市内环线工程（东津营盘段）B1合同段两阶段施工图设计（2）公路桥涵设计

6、通用规范（JTG D60-2004）（3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）（4）公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）4 测试研究内容本项目测试研究的内容主要包括以下几项：（1）锚圈口摩阻损失测试；（2）锚固回缩损失测试；（3）有效预应力及应力传递时间测试；（4）伸长量测量及初始张拉力的确定。拟选择洲上引桥Z3、Z5联、岸上引桥E2联的预应力束进行有效预应力测试研究，这几联的长度分别为150m、200m、105m，均有超长的预应力钢束，并且包括了19-s15.2、17-s15.2、12-s15.2、9-s15.2四种不同型号的预应力钢束，具有一

7、定的代表性。洲上引桥Z3联Z3联单幅箱梁纵向预应力束有10根腹板束、24根顶板束、12根底板束，编号分别为F1F5、T1T4、B1B4，F代表腹板束，T代表顶板束，B代表底板束。各束规格如表1所示。表1 Z3联单幅箱梁纵向预应力束表钢束编号规格束数每束管道长度(cm)张拉方式F119-s15.2213979.8两端张拉F219-s15.2214226.3两端张拉F319-s15.2214473.6两端张拉F419-s15.2214721.0两端张拉F519-s15.2214968.4两端张拉T19-s15.2411375.5单端张拉T29-s15.2411375.5单端张拉T312-s15.2

8、81179.5单端张拉T412-s15.281179.5单端张拉B19-s15.2414596.6单端张拉B29-s15.2414596.6单端张拉B312-s15.223806.6单端张拉B412-s15.223806.6单端张拉洲上引桥Z5联Z5联单幅箱梁纵向预应力束有10根腹板束、32根顶板束、12根底板束，编号分别为F1F5、T1T4、B1B4。各束规格如表2所示。表2 Z5联单幅箱梁纵向预应力束表钢束编号规格束数每束管道长度(cm)张拉方式F119-s15.2218999.1两端张拉F219-s15.2219245.2两端张拉F319-s15.2219492.6两端张拉F419-s1

9、5.2219740.0两端张拉F519-s15.2219987.3两端张拉T19-s15.2416375.5单端张拉T29-s15.2416375.5单端张拉T312-s15.2121179.5单端张拉T412-s15.2121179.5单端张拉B19-s15.2419596.6单端张拉B29-s15.2419596.6单端张拉B312-s15.223806.6单端张拉B412-s15.223806.6单端张拉岸上引桥E2联E2联单幅箱梁纵向预应力束有8根腹板束、18根顶板束、16根底板束，编号分别为F1F4、T1T4、B1B4。各束规格如表3所示。表3 E2联单幅箱梁纵向预应力束表钢束编号规

10、格束数每束管道长度(cm)张拉方式F117-s15.229724.7两端张拉F217-s15.229971.4两端张拉F317-s15.2210218.8两端张拉F417-s15.2210466.2两端张拉T112-s15.229877.4单端张拉T212-s15.249877.4单端张拉T312-s15.281190.1单端张拉T412-s15.241190.1单端张拉B19-s15.2610098.0单端张拉B29-s15.2610098.0单端张拉B39-s15.2210098.0单端张拉B49-s15.223118.0单端张拉这几联箱梁中顶板预应力钢束T1T4和底板预应力钢束B1B4孔

11、道弯角很小，且有的长度还很短，均不是此次研究的对象。本次测试对象为长预应力束，因此，选取这几联中的腹板钢束进行有效预应力测试，具体为Z3、Z5联箱梁中F1、F3、F4或F5中每联选取三束，E2联箱梁中F1F4中共选取三束，包含了19-s15.2、17-s15.2两种型号的预应力钢束。5 测试研究方法5.1 孔道摩阻损失测试（1）孔道摩阻损失的组成张拉时，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，称为孔道摩阻损失。主要有两种形式：一是由于曲线处钢束张拉时对管道壁施以正压力而引起的摩擦，其值随钢束弯曲角度总和而增加，阻力较大；另一是由于管道对其设计位置的偏差致使接触面增多，从而引起摩擦阻

12、力，其值一般相对较小。从理论上讲，直线预应力孔道没有摩阻损失，但由于施工中孔道位置的偏差及孔道不光滑等原因，在实际张拉时仍会与孔道壁接触而产生摩阻损失，此项称为孔道偏差影响（长度影响）摩阻损失，其值一般相对较小。（2）试验原理及测试方法孔道摩阻试验数据的计算分析如下：张拉时，预应力束距固定端距离为x的任意截面上有效拉力为：式中：Px 计算截面预应力束的拉力，测量时取至固定端； Pk 张拉端预应力束的拉力； 从张拉端至计算截面的孔道弯角之和，以弧度计； x 从张拉端至计算截面的孔道长度，以米计； 预应力束与孔道壁的摩阻系数； k 孔道对设计位置的偏差系数。令则有：，再令，由此，对于同一片梁不同孔

13、道的测量可得一系列方程式：由于存在测试上的误差，上列方程式的右边不等于零，假定：根据最小二乘法原理，则有：当且时，取得最小值，由此可得：解方程组即可得m、k值。图1 孔道摩阻试验方法试验方法：试验的预应力束张拉端和被动端安装压力传感器测试张拉吨位，根据传感器读数，计算出孔道摩阻损失。孔道摩阻试验方法见图1。根据不同形状、不同长度的预应力束的测试结果，通过最小二乘法可统计出钢筋与管道壁的摩擦系数和孔道偏差系数k。5.2锚圈摩阻口损失张拉时锚具与预应力钢束之间发生摩擦及锚具本身的变形引起的预应力损失称为锚圈口摩阻损失。试验方法：试验时在预应力钢束两端各安装2个压力荷载传感器，一个安置在工作锚锚具内

14、，一个在工作锚锚具外，张拉时主动端锚具内外传感器测得的荷载差值即为锚圈口摩阻损失。锚圈口摩阻损失测试方案示意图见图2。在选取的几联试验箱梁中，每一种型号的试验预应力钢束各选取两束，进行锚圈口摩阻损失的测试，即19-s15.2、17-s15.2两种型号各选择两束进行测试。图2 锚圈口摩阻损失试验方法5.3锚固回缩损失测试在锚固预应力钢束的时候，钢束端头拉力从千斤顶传给锚具，不可避免地要引起钢束少量的回缩，承压的锚垫板也可能被压进梁端混凝土，这些原因引起钢束缩短，从而引起预应力损失，称为锚固回缩损失。试验方法：试验时在预应力钢束张拉端的工作锚具与锚垫板之间各安装压力荷载传感器，张拉至设计吨位后，测

15、量传感器锚固前和锚固后的数值，换算成对应的荷载，传感器各自锚固前、后测得的荷载差值即为锚固回缩损失。图3 锚固回缩损失测试方法5.4应力传递时间测试预应力钢束张拉应力传递时间测试方法：Z3、Z5、E2联各选择两束腹板预应力钢束，在两端锚下安装压力荷载传感器，先两端同时张拉至10%设计张拉控制力，然后一端封闭一端张拉，分级张拉顺序为：00.2Pk0.5Pk0.8Pk1.0Pk，每级荷载张拉到位后进行持荷，持荷时间以被动端压力荷载传感器的读数稳定为准。每级张拉荷载下测读并记录两端压力荷载传感器读数，以及读数至稳定的时间长短。5.5初始张拉力的确定在Z3、Z5、E2联上各选两束试验预应力钢束，两端均

16、安装压力荷载传感器，试验时一端封闭作为被动端，一端主动张拉，按每级5%的设计张拉控制力分级张拉，每张拉到位后持荷至两端传感器读数稳定，然后记录两端传感器读数，并同时记下伸长量。通过绘制伸长量和张拉力的关系曲线，并结合被动端应力测试结果，以伸长量和张拉力开始成近似线性关系，且被动端产生了一定的初始预应力时的张拉力作为初始张拉力。5.6有效预应力根据上述各类型预应力钢束的实测孔道摩阻系数、锚圈口摩阻损失、锚固回缩损失，计算出长预应力钢束两端张拉时中间位置的有效预应力。6 拟提交的成果（1）19-s15.2、17-s15.2两种型号预应力锚具的锚圈口摩阻损失。（2）试验预应力钢束锚固回缩损失测试结果

17、。（3）试验长预应力钢束初张力测试结果及建议。（4）试验预应力钢束张拉锚固后的锚下及跨中有效预应力。（5）试验预应力钢束张拉持荷时间及建议。（6）将有效预应力测试结果与设计值进行对比，判断是否需要提高有效预应力，如需要则提出提高有效预应力的具体措施。7 测试研究费用本项目试验研究费用为人民币叁拾陆万捌仟元整（￥383300.00元），该费用不包含现场试验所需支架、预应力张拉设备及人员费用。测试研究费用清单序号项 目计量式分项费用(万元)合计费用（万元）1仪器设备使用费5000元/月×1月×1套0.50.52传感器制作、标定费6000元/个×18个10.810.83现场测试费21.73.1锚圈口摩