大吨位预应力束的孔道摩阻试验方法及其应用_图文

1、第22卷第12期2006年12月甘肃科技Gansu Science and TechnologyV ol.22N o.12Dec.2006大吨位预应力束的孔道摩阻试验方法及其应用岳永青(金华市交通规划设计研究院,浙江金华321005摘要:通过对杭州市德胜路快速路工程东段(11标PM23PM28预应力混凝土连续梁段孔道摩阻的测试,阐述了大吨位预应力束的孔道摩阻试验方法,并根据试验结果采取的相应处理措施,为同类型预应力现浇箱梁施工提供了工艺指导。关键词:孔道摩阻;摩擦系数;位置偏差系数;张拉端;被动端;伸长量;超张拉;持荷中图分类号:U415随着预应力技术的飞速发展,大跨径多联跨的现浇预应力箱梁越

2、来越多的应用于高速公路及市政工程中,但在工程实践中,预应力施加时控张应力与伸长量双控却与规范规定的数据出入较大,仔细分析其原因,主要是实际孔道摩阻损失系数与规范给定的数据不相符。随着工程实践反映出来的问题,目前越来越多的设计单位要求在现场测试孔道摩阻损失系数,以便于设计单位调整控制张拉应力,确保桥梁的施工质量及使用安全。但是目前许多工程技术人员对如何在现场测试孔道摩阻损失系数没有经验,不能很好的完成测试工作。下面通过具体的工程实例阐述孔道摩阻损失系数测试方法,并对实测的孔道摩阻损失系数如何应用做出相应的说明。1工程概况杭州市德胜路快速路工程东段(11标试验梁段为PM23PM28预应力混凝土连续

3、梁,跨径组合为26.5×5。梁体断面为箱行,梁高2.0m;梁宽25m;梁体混凝土为c50级,预应力钢筋采用符合ASTMA416(270K级标准的高强低松弛钢绞线,单根刚绞线公称直径j15.24mm,标准强度1860M Pa,弹性模量1.95×105M Pa。预应力钢束管道均采用符合塑料波纹管。该联桥原设计为分段施工,分段张拉,现改为整体浇注,一次性张拉。由此可能造成通长预应力筋,尤其是通长弯曲预应力筋的预应力损失加大。针对目前该联梁体的实际工艺过程,了解预应力张拉过程的各项损失,获取梁体张拉后的有效预应力,为该段同类型桥联施工提供工艺指导的目的。2试验内容与试验方法2.1试

4、验内容孔道摩阻损失系数,即在预应力钢筋张拉时,在预应力钢筋所穿过的预留孔道中由于预应力钢筋与孔道之间摩擦所产生的损失的比例系数。由于孔道摩擦损失与孔道曲线起弯角度和预留孔道位置偏差等相关,因此,孔道摩阻损失系数包含了摩擦系数和位置偏差系数k。通过试验取得的以上摩擦系数和位置偏差系数k实际数据,为该段同类型桥联施工提供工艺指导。2.2大吨位预应力束的孔道摩阻试验方法张拉时,预应力钢束与管道壁接触面产生摩擦力引起预应力损失,称为摩阻损失。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

5、而引起摩擦阻力,其值一般相对较小。预应力束的伸长量可以反映预应力索的总体受拉伸长值。(1试验方法:选取北侧FB1、FZ1、FZ2号共,进行试验。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,计算出孔道摩阻损失。孔道摩阻损失试验传感器安装见图1。FB1、FZ1、FZ2号三束钢绞线的布置见图2。这里需要说明的是:规范建议的预应力损失测试方法中大多数施工、试验单位均直接采用校核的主动千斤顶、被动千斤顶的读数来计算,但由于千斤顶读数精确度低、误差较大,导致试验结果不可靠。安装传感器后可较精确的读数,试验结果相应可靠。(2孔道摩阻的计算原理: 图1孔道摩阻损失试验传感器安装示意图张拉时,预应力

6、钢束距主动端距离为的任意载面上有效拉力为:P x =P k e -(kx 式中:P x 计算载面预应力钢束的拉力;P k 张拉端预应力束的拉力;从张拉端至计算载面的孔道弯角之和,以弧度计;X 从张拉端至计算载面的孔道长度,以m 计;预应力索与孔道的摩阻系数;k 孔道对设计位置的偏差系数。由上式有;A =P x /P k =e -(+kX 则有:lnA =+kx ,令Y =lnA ,由此,对于不同孔道的测量可得一系列方程式:1+kx 1Y 1=02+kx 2Y 2=0n +kx n Y n =0由于存在测试上的误差,上列方程式的右边不等于零,假定:1+kx 1Y 1=F 12+kx 2Y 2=F

7、 2n +kx n Y n =F n 根据最小二乘法原理,则有:(1+kx 1Y 12+(n +kx n Y n 2=ni =1(F i 2当9(F 129=0且9(F 129k=0时,(F 2取得最小值,由此可得:i 2+k x i i-y i i =0x i i +k x i 2-y i x i =0(方程组1将预应力钢束两端压力荷载传感器测得的数据通过千斤顶标定曲线换算成对应的荷载值后,即可计算得到各级荷载作用下张拉主动端至被动端的有效系数A 及其相对的Y 值。各预应俩钢束孔道摩阻测试数据如表1、2所示。在此基础上,将表1、2中各预应力的转角和孔道长度值代入上述求解、k 值的线性回归方程

8、组中,解之可得、k 值。2.3预应力钢束的实测伸长量为了更好的了解预应力钢束的实际伸长量,配合试验时采用的分级张拉程序,测量每根预应力钢束在各级荷栽下的实际伸长量。3现场试验操作流程为了减少对正常施工的干扰,缩短试验时间,做到试验与施工同步的要求,将试验操作程序与正常张拉程序相结合,试验的操作流程如下:北侧FZ2号钢束:两端同时张拉至0.2Pk 后,在东端按0.2P k 、0.3P k 、0.4P k 、0.5P k 、0.6P k 、0.7P k 、0.8P k 、0.9P k 、1.0P k 分级主动张拉,西端被动锚固;同步完成测试后,换成另一端主动分级张拉补足1.0P K.同步测试相应的

9、指标,最后两端同时张051甘肃科技第22卷拉各自补足1.0P K ,持荷2分钟后锚固。同步测试 压力传感器的数值。北侧FZ1号钢束:西端按0.1Pk 、0.2Pk 、0.3Pk 、0.4Pk 、0.5Pk 、0.6Pk 、0.7Pk 、0.8Pk 、0.9Pk 、1.0Pk 分级主动张拉,东端被锚固;同步完成测试后,换成另一端主动分级张拉1.0P K ,同步测试相应的指标,最后两端同时张拉各自补足1.0贫苦,持荷2分钟后锚固。同步测试测试压力传感器的数值。北侧FB1号钢束:东端按0.1Pk 、0.2Pk 、0.3Pk 、0.4Pk 、0.5Pk 、0.6Pk 、0.7Pk 、0.8Pk 、0.

10、9Pk 、1.0Pk 分级主动张拉,西端被动锚固;同步完成测试后,换成另一端主动分级张拉补足1.0P K ,同步测试相应的指标,最后两端同时张拉各自补足1.0P K ,持荷2分钟后锚固。同步测试压力传感器的数值。4试验结果及分析4.1 大吨位预应力束的孔道摩阻试验结果图2各预应力束布置图表1孔道摩阻损失试验数据钢束号主动端荷载等级主动端拉力P K (KN 被动端拉力P K (KN A =Px/Pk Y=-lnA北侧中腹板FZ1束西端0.8P K23564950.195 1.2680.9P K 25755180.201 1.2691.0P K 29365670.193 1.262北侧中腹板FB1

11、束东端0.8P K23384510.193 1.6130.9P K 26365320.202 1.5821.0P K 29015830.201 1.581北侧中腹板FZ2束东端0.8P K22303370.151 1.8900.9P K 24363610.148 1.9111.0P K27784140.1491.904表2实测有效预应力与理论有效预应力比值的比较钢束号实测平均有效预应力比值设计有效预应力比值差值(%FZ10.19640.44124.46%FZ20.19870.40720.83%FB10.14930.39424.47%由表1可看出,同处与中腹板的两根FZ1、FZ2束,由于其所状态

12、基本相同,张拉的有效预应力比值非常接近;边腹板FB1束的张拉有效预应力比值小于中腹板上预应力束的张拉有效预应力比值。以上结果与预计的规律吻合,说明本次实验所采集的数据可靠。表2列出比较实测有效预应力与理论有效预应力比值。实测值均小于计算值。设计有效预应力比值系采用设计提供的预应力筋与管道壁之间摩擦系数u 为0.20管道每米局部偏差对摩擦的影响系数K 为0.005计算所得;有效预应力的比值系指被动端与主动端的有效应力比值。根据实测的有效预应力进行分析计算,将Fz1、Fz2、Fb1的具体数据(分别为306、354、362.6度,计算时转化为弧度;x 分别为123.014、127.278、124.1

13、74m 代入方程组1,得出如下方程组2106.74731379+2227.1065374k -30.71029479=02227.1065374+46668.974444k -641.3714916=0(方程组2151第11期岳永青:大吨位预应力束的孔道摩阻试验方法及其应用解方程组2得出实测预应力筋与管道壁之间摩擦系数u 为0.22,管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k 为0.003194。4.2预应力钢束的实测伸长量对于摩阻的FZ 1、FZ 2和FB1三束预应力钢绞线,配合试验采用的分级张拉程序,测量每根预应力钢束在各级荷裁下的实际单侧张拉伸长量。具体如下表3预应力钢束的实测单侧张拉伸长量钢绞

14、线编号实测伸长量(cm 设计伸长量(cm 根据实测u 、K 值计算伸长量(cm k =0.001500,u =0.20k =0.003194,u =0.22FZ143.649.9541.71FZ237.347.3339.32FB140.546.4238.58参考铁道科学研究院西南分院桥梁室在其它桥梁上的试验结果,本次测试数据处于中间;另外,实测伸长量与根据实测预应力筋与管道壁之间摩擦系数为0.22、管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k 为0.003194计算的伸长量比较吻合,表明本次试验结论是可靠的。5大吨位预应力束的孔道摩阻试验结果的应用根据试验结果分析,鉴于孔道摩阻损失较大,跨中截面预应力不

15、能满足设计要求的应力。为此,组织了设计、业主、施工、监理并邀请了杭州市有关专家进行专题讨论。经过讨论,一致认为由设计综合考虑预应力各损失项对结构进行验算,决定备用索的张拉情况,并适当提高控制张拉应力。通过验算张拉10束备用索(设计预留了20束,同时将控制张拉应力提高3%,即由原设计要求的Pk =0.75×11860M Pa (标准强度=1395MPa 提高到Pk =0.78×1860M Pa=1451M Pa (规范要求超张拉不得超过5%。另外将持荷时间由2min 增加至5min ,并确定适当放宽双控指标中的伸长量限制。根据该会议精神,现场重新组织张拉作业,同时在部分束跨中

16、钢绞线上粘贴应力片进行钢绞线束的实际应力测试。采用实测的孔道摩阻及提高的控制张拉应力,另张拉10束备用索,将新采聚的数据提供给设计进行结构验算,验算结果表明经过上述处理,该联箱梁满足结构安全使用要求。实测伸长量均在计算伸长量的±6.8%以内。通过本次试验及处理方法,及以往从事预应力工作的经验,笔者认为在大联跨大吨位预应力砼结构施工时需作好以下各项要求方可保证工程质量:根据现场实际施工情况进行孔道摩阻试验;根据试验结果由设计进行结构验算,确定适当提高控制张拉应力的幅度及备用束的的数量、适当增加的持荷时间;要严格控制预应力管道的安装精度,尽量做到平顺圆滑,注意局部偏差的调整,着重防止管道

17、平面外弯曲;张拉前应逐根张拉,并在混凝土有足够龄期时张拉;注意防止预应力筋锈蚀,张拉锚固后及时进行管道注浆;由于大联跨预应力筋布置为连续凹凸状,与一般的单调凹凸不同,采用规范推荐的计算伸长量公式的计算结果和实际情况存在一定的误差,实际施工时可适当放宽预应力张拉双控中的伸长量限制;施工期间,严格控制施工荷载的大小和施工部位并加强对结构的变形观测。限于笔者的水平及经验,本文难免存在不足,在此恳请广大同仁指正。衷心希望本文能为大联跨大吨位预应力砼结构施工做出一点贡献。(上接第146页盘库等。数据从数据管理设备迁移到数据保护设备的过程,需要复杂的数据管理软件,不仅要管理数据备份、数据恢复过程,还在根据不同的应用需求制定相应的策略。离线存储作为保障数据安全的主要方法,仍然是十分必要的一种存储备份手段。通过以上分析,可以肯定目前虚拟磁带库技术是当前宣传档案数字化数据存储备份系统中值得推广使用