跨海大桥北引桥预应力混凝土连续箱梁管道摩阻试验报告[全面]

1、杭州湾跨海大桥北引桥(50+80+50)m预应力连续箱梁管道摩阻试验报告 杭州湾跨海大 桥北引桥(50+80+50)米预应力混凝土连续箱梁管道摩阻试验报告铁科院(北京)工程咨询有限公司杭州湾跨海大 桥五合同监理工程师办公室2005年5月1 试验概况后张法预应力混凝土梁预应力张拉是一道极为重要的 工序,在后张法预应力混凝土梁施工过程中如何准确将设计张拉力施加于梁体直接影响梁的 耐久性、安全性、刚度 及矢拱高度 .后张梁管道摩阻是引起预应力损失的 五个主要因素(混凝土收缩徐变、预应力筋松弛、锚头变形及预应力筋回缩、摩阻、混凝土弹性压缩)之一.由于施工过程中诸多不确定因素及施工水平的 差异,张拉前应

2、对重要的 梁部结构进行管道摩阻现场测试,并根据测试结果对张拉力及管道进行调整,将设计张拉力准确施加至梁体.杭州湾跨海大 桥北引桥(50+80+50)米预应力连续箱梁为后张法预应力混凝土结构,纵向预应力按照美国AST米 A416-97(270级)标准采用直径为j15.24米米钢绞线,抗拉标准强度 1860米Pa,弹性模量Ey1.95105米Pa的 高强度 低松弛钢绞线,钢绞线的 公称截面积为1.4厘米2.本桥纵向预应力均采用12-75钢绞线,钢束的 锚下控制张拉力为2344kN.12-75钢绞线采用内径76米米的 波纹管制孔,15-12锚具锚固.除部分端孔顶、底板合拢束采用单端张拉,其余纵向束采

3、用两端张拉.本次试验箱梁纵向预应力束布置及管道相关参数见表1.1.表1.1 预应力束布置及管道相关参数表钢束编号钢束规格束数管道长度 L(厘米)管道曲线角(度 )管道曲线角(rad)位 置备 注N1112-7581316601.0471腹板N1212-7581938601.0471腹板N1312-7582543601.0471腹板测试管道N1412-7583122601.0471腹板N1512-7583899500.8726腹板测试管道N1612-7584699500.8726腹板规范要求塑料波纹管内截面面积与钢绞线截面面积比至少为22.5.实际所用直径不同的 波纹管与钢绞线的 截面面积关系见

4、表1.2.表1.2 波纹管内截面面积与钢绞线截面面积关系表序号波纹管类型截面面积S1(厘米2)钢绞线类型钢绞线截面面积S2(厘米2)比值(S1/S2)1=76米米45.3612-7516.82.7设计管道局部偏差影响系数k=0.0015、摩擦系数=0.25.预应力束沿试验节段梁长通长布置,其中腹板弯束采用12-75钢绞线,锚固在试验节段梁两端腹板上.2 试验依据(1) 杭州湾跨海大 桥专用施工技术规范;(2) 公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000);(3) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004);(4) 杭州湾跨海大 桥北引桥(50+80+50)米预应力连

5、续箱梁施工图;(5) 其他相关资料规范.3 基本原理3.1 管道摩阻损失的 组成后张法张拉时,由于梁体内力筋与管道壁接触并沿管道滑动而产生摩擦阻力,摩阻损失可分为弯道影响和管道走动影响两部分.理论上讲,直线管道无摩擦损失,但管道在施工时因震动等原因而变成波形,并非理想顺直,加之力筋因自重而下垂,力筋与管道实际上有接触,故当有相对滑动时就会产生摩阻力,此项称为管道走动影响(或偏差影响、长度 影响).对于管道弯转影响除了 管道走动影响之外,还有力筋对管道内壁的 径向压力所产生的 摩阻力,该部分称为弯道影响,随力筋弯曲角度 的 增加而增加.直线管道的 摩阻损失较小 ,而曲线管道的 摩擦损失由两部分组

6、成,因此比直线管道大 的 多.3.2 管道摩阻损失的 计算公式根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004)第6.2.2条规定,后张法构件张拉时,预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的 预应力损失,可按下式计算： (3-1)式中 张拉端钢绞线锚下控制应力(米Pa); 预应力钢筋与管道壁的 摩擦系数; 从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的 夹角之和(rad); 管道每米局部偏差对摩擦的 影响系数; 从张拉端至计算截面的 管道长度 ,可近似地取该段管道在构件纵轴上的 投影长度 (米).根据式(3-1)推导k和计算公式,设主动端压力传感器测试值为P1,被动端为P2,此时管道长度 为

7、, 为管道全长的 曲线包角,考虑式(3-1)两边同乘以预应力钢绞线的 有效面积,则可得： 即： (3-2)两边取对数可得; (3-3)令 , 则由此,对不同管道的 测量可得一系列方程式： 即 即 即 由于测试存在误差,上式右边不会为零,假设则利用最小 二乘法原理,同时令有： (3-4)当 (3-5)时,取得最小 值.由式(3-4)、(3-5)可得： (3-6)式中：为第i管道对应的 值,为第i个管道对应的 预应力筋空间曲线长度 (米),为第i个管道对应的 预应力筋空间曲线包角(rad),n为实测的 管道数目,且不同线形的 预应力筋数目不小 于2.解方程组(3-6)得k及值.4 试验内容和方法4

8、.1 测试内容 本次试验为管道摩阻试验,进行管道摩阻试验的 连续梁悬浇段为32号墩右幅2号块及31号墩左幅4号块,试验管道为腹板高侧N13、N15和低侧N13、N15四个管道.试验主要通过测定这四个管道张拉束主动端与被动端实测压力值,根据规范规定的 公式计算摩擦系数和偏差系数k.4.2 测试仪器及元件 试验时所用的 张拉设备与实际施工时所用设备相同：350t千斤顶2台;压力传感器采用2台湖南长沙金码公司的 量程为6000kN、灵敏度 为1kN的 J米ZX-3360AT智能六弦数码穿心式压力传感器.测试仪器为湖南长沙金码公司的 J米ZX-2006综合测试仪.4.3 管道摩阻测试方法 试验时采用一

9、端张拉,应用两台压力传感器.主动端、被动端均有一台千斤顶,试验时仅主动端千斤顶进行张拉,被动端不张拉.张拉前应标定好试验用的 千斤顶和高压油泵,并在试验中配套使用,以校核传感器读数.高侧N13、N15和低侧N13、N15四个管道12-75预应力钢绞线分5级加载.试验时根据千斤顶油表读数控制张拉荷载级,并校核数据,以确保试验数据的 可靠性.安装传感器与千斤顶时,应确保两者中线位置与锚垫板保持一致,使之张拉时与钢绞线脱离接触.安装示意图见图4.1、4.2.图4.1 管道摩阻试验示意图图4.2 高侧N15束主动端千斤顶安装分级测试预应力束张拉过程中主动端与被动端的 荷载,并通过线性回归确定管道被动端

10、和主动端荷载的 比值,然后利用二元线性回归的 方法确定预应力管道的 k、值.以一端作主动端,一端作被动端逐级加载,两端均读取传感器读数,并测量钢绞线伸长量,分别对每个管道张拉.5 试验数据处理分析试验分别于2005年4月26日及5月2日进行.所得的 高侧N13、N15和低侧N13、N15四个管道的 基本数据,包括主动端读数P1、被动端读数P2、以及管道摩阻实测损失值的 结果列于表5.1、5.2、5.3、5.4中.表5.1 高侧N13束测试结果N13 位置：32号墩右幅2号块腹板高侧 主动端在南侧第一次张拉(2005年4月26日17：10)序号主动端P1(南)(kN)被动端P2(北)(kN)P=

11、P1-P2(kN)1624371 253 21032666 366 314851004 481 419681387 581 523631697 666 第二次张拉(2005年4月26日17：40)序号主动端P1(南)(kN)被动端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1607375 232 21010674 336 314561008 448 419281398 530 523571685 672 第三次张拉(2005年4月26日18：00)序号主动端P1(南)(kN)被动端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1582368 214 21004676 328 314561010 446

12、419381395 543 523621670 692 根据表5.1中被动端与主动端的 实测数据,通过线性回归确定其比值,数据回归分析结果见图5.1.图5.1 高侧N13束线性回归分析表5.2 低侧N13束测试结果N13 位置：32号墩右幅2号块腹板低侧主动端在南侧第一次张拉(2005年4月26日21：20)序号主动端P1(南)(kN)被动端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1531270 216 21011576 381 31472885 525 419091206 632 523551556 719 第二次张拉(2005年4月26日21：45)序号主动端P1(南)(kN)被动端P2(

13、北)(kN)P=P1-P2(kN)1532281 205 2951547 351 31455891 502 418961214 611 523461563 702 第三次张拉(2005年4月26日22：10)序号主动端P1(南)(kN)被动端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1544286 212 2953549 351 31443878 503 419221239 611 523581564 713 根据表5.2中被动端与主动端的 实测数据,通过线性回归确定其比值,数据回归分析结果见图5.2.图5.2 低侧N13束线性回归分析表5.3 高侧N15束测试结果N15 位置：31号墩左幅4号

14、块腹板高侧主动端在北侧第一次张拉(2005年5月2日10：40)序号主动端P1(北)(kN)被动端P2(南)(kN)P=P1-P2(kN)1549338 211 21039715 324 31288904 384 415251100 425 518621350 512 第二次张拉(2005年5月2日11：05)序号主动端P1(北)(kN)被动端P2(南)(kN)P=P1-P2(kN)1573349 224 21063717 346 31307907 400 415451097 448 518401320 520 根据表5.3中被动端与主动端的 实测数据,通过线性回归确定其比值,数据回归分析结果

15、见图5.3.图5.3 高侧N15束线性回归分析表5.4 低侧N15束测试结果N15 位置：31号墩左幅4号块腹板低侧主动端在南侧第一次张拉(2005年5月2日16：20)序号主动端P1(北)(kN)被动端P2(南)(kN)P=P1-P2(kN)1493374 119 2990746 244 31220916 304 414561085 371 517311281 450 第二次张拉(2005年5月2日16：40)序号主动端P1(北)(kN)被动端P2(南)(kN)P=P1-P2(kN)1509412 97 2983774 209 31218946 272 414501106 344 51728

16、1296 432 根据表5.4中被动端与主动端的 实测数据,通过线性回归确定其比值,数据回归分析结果见图5.4.图5.4 低侧N15束线性回归分析整理图5.15.4中被动端和主动端比值的 回归值见表5.5,并与设计及规范情况下相比较.表5.5 管道摩阻测试计算结果钢束编号管道长度 L(米)起弯角度 (rad)按设计P2/P1计算值按规范P2/P1计算值P2/P1实测回归值第一次第二次第三次高侧N1325.431.04710.74090.80560.83130.76430.75720.7398低侧N130.70380.70650.7063高侧N1538.990.87260.75830.81320

17、.83470.77350.7687低侧N150.73310.7257由表5.5中P2/P1实测回归值结果,根据式3-6按最小 二乘法原理计算管道摩阻系数和k值,计算过程及分析结果见表5.6、5.7、5.8.表5.6 管道摩阻系数计算表钢束编号li (米)i (rad)次序P2/P1yi2ii liyiil2iyili高侧N1325.431.047110.76430.2688 1.0964 26.628 0.281 646.685 6.835 20.75720.2781 1.0964 26.628 0.291 646.685 7.073 30.73980.3014 1.0964 26.628 0

18、.316 646.685 7.664 低侧N1310.70380.3513 1.0964 26.628 0.368 646.685 8.933 20.70650.3474 1.0964 26.628 0.364 646.685 8.835 30.70630.3477 1.0964 26.628 0.364 646.685 8.842 高侧N1538.990.872610.77350.2568 0.7614 34.023 0.224 1520.220 10.014 20.76870.2631 0.7614 34.023 0.230 1520.220 10.256 低侧N1510.73310.3105 0.7614 34.0