跨海大橋北引橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁管道摩阻試驗(yàn)報(bào)告

1、杭州灣跨海大橋北引橋(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁管道摩阻試驗(yàn)報(bào)告 PAGE PAGE 14杭州灣跨海大橋北引橋(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁管道摩阻試驗(yàn)報(bào)告鐵科院(北京)工程咨詢有限公司杭州灣跨海大橋五合同監(jiān)理工程師辦公室2005年5月1 試驗(yàn)概況后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力張拉是一道極為重要的工序，在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工過程中如何準(zhǔn)確將設(shè)計(jì)張拉力施加于梁體直接影響梁的耐久性、安全性、剛度及矢拱高度。后張梁管道摩阻是引起預(yù)應(yīng)力損失的五個(gè)主要因素（混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力筋松弛、錨頭變形及預(yù)應(yīng)力筋回縮、摩阻、混凝土彈性壓縮）之一。由于施工過程中諸多不確定因素及施工水平的差異，

2、張拉前應(yīng)對(duì)重要的梁部結(jié)構(gòu)進(jìn)行管道摩阻現(xiàn)場測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)張拉力及管道進(jìn)行調(diào)整，將設(shè)計(jì)張拉力準(zhǔn)確施加至梁體。杭州灣跨海大橋北引橋(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，縱向預(yù)應(yīng)力按照美國ASTM A416-97（270級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)采用直徑為j15.24mm鋼絞線，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa，彈性模量Ey1.95105MPa的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線的公稱截面積為1.4cm2。本橋縱向預(yù)應(yīng)力均采用12-75鋼絞線，鋼束的錨下控制張拉力為2344kN。12-75鋼絞線采用內(nèi)徑76mm的波紋管制孔，15-12錨具錨固。除部分端孔頂、底板合攏束采用單端張拉，其余縱向束采用兩端張

3、拉。本次試驗(yàn)箱梁縱向預(yù)應(yīng)力束布置及管道相關(guān)參數(shù)見表1.1。表1.1 預(yù)應(yīng)力束布置及管道相關(guān)參數(shù)表鋼束編號(hào)鋼束規(guī)格束數(shù)管道長度L(cm)管道曲線角（度）管道曲線角（rad）位 置備 注N1112-7581316601.0471腹板N1212-7581938601.0471腹板N1312-7582543601.0471腹板測(cè)試管道N1412-7583122601.0471腹板N1512-7583899500.8726腹板測(cè)試管道N1612-7584699500.8726腹板規(guī)范要求塑料波紋管內(nèi)截面面積與鋼絞線截面面積比至少為22.5。實(shí)際所用直徑不同的波紋管與鋼絞線的截面面積關(guān)系見表1.2。表1.

4、2 波紋管內(nèi)截面面積與鋼絞線截面面積關(guān)系表序號(hào)波紋管類型截面面積S1(cm2)鋼絞線類型鋼絞線截面面積S2(cm2)比值(S1/S2)1=76mm45.3612-7516.82.7設(shè)計(jì)管道局部偏差影響系數(shù)k=0.0015、摩擦系數(shù)=0.25。預(yù)應(yīng)力束沿試驗(yàn)節(jié)段梁長通長布置，其中腹板彎束采用12-75鋼絞線，錨固在試驗(yàn)節(jié)段梁兩端腹板上。2 試驗(yàn)依據(jù)(1) 杭州灣跨海大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g(shù)規(guī)范；(2) 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）；(3) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D622004)；(4) 杭州灣跨海大橋北引橋(50+80+50)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁施工圖；(5)

5、 其他相關(guān)資料規(guī)范。3 基本原理3.1 管道摩阻損失的組成后張法張拉時(shí)，由于梁體內(nèi)力筋與管道壁接觸并沿管道滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦阻力，摩阻損失可分為彎道影響和管道走動(dòng)影響兩部分。理論上講，直線管道無摩擦損失，但管道在施工時(shí)因震動(dòng)等原因而變成波形，并非理想順直，加之力筋因自重而下垂，力筋與管道實(shí)際上有接觸，故當(dāng)有相對(duì)滑動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生摩阻力，此項(xiàng)稱為管道走動(dòng)影響（或偏差影響、長度影響）。對(duì)于管道彎轉(zhuǎn)影響除了管道走動(dòng)影響之外，還有力筋對(duì)管道內(nèi)壁的徑向壓力所產(chǎn)生的摩阻力，該部分稱為彎道影響，隨力筋彎曲角度的增加而增加。直線管道的摩阻損失較小，而曲線管道的摩擦損失由兩部分組成，因此比直線管道大的多。3.2 管道摩

6、阻損失的計(jì)算公式根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D622004)第6.2.2條規(guī)定，后張法構(gòu)件張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失，可按下式計(jì)算： (3-1)式中 張拉端鋼絞線錨下控制應(yīng)力(MPa)； 預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)； 從張拉端至計(jì)算截面曲線管道部分切線的夾角之和(rad)； 管道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)； 從張拉端至計(jì)算截面的管道長度，可近似地取該段管道在構(gòu)件縱軸上的投影長度(m)。根據(jù)式(3-1)推導(dǎo)k和計(jì)算公式，設(shè)主動(dòng)端壓力傳感器測(cè)試值為P1,被動(dòng)端為P2，此時(shí)管道長度為, 為管道全長的曲線包角，考慮式(3-1)兩邊同乘以預(yù)應(yīng)力鋼絞線

7、的有效面積，則可得： 即： (3-2)兩邊取對(duì)數(shù)可得; (3-3)令 , 則由此，對(duì)不同管道的測(cè)量可得一系列方程式： 即 即 即 由于測(cè)試存在誤差，上式右邊不會(huì)為零，假設(shè)則利用最小二乘法原理，同時(shí)令有： (3-4)當(dāng) (3-5)時(shí)，取得最小值。由式(3-4)、(3-5)可得： (3-6)式中：為第i管道對(duì)應(yīng)的值，為第i個(gè)管道對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線長度(m)，為第i個(gè)管道對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋空間曲線包角(rad)，n為實(shí)測(cè)的管道數(shù)目，且不同線形的預(yù)應(yīng)力筋數(shù)目不小于2。解方程組(3-6)得k及值。4 試驗(yàn)內(nèi)容和方法4.1 測(cè)試內(nèi)容 本次試驗(yàn)為管道摩阻試驗(yàn)，進(jìn)行管道摩阻試驗(yàn)的連續(xù)梁懸澆段為32號(hào)墩右幅2號(hào)

8、塊及31號(hào)墩左幅4號(hào)塊，試驗(yàn)管道為腹板高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道。試驗(yàn)主要通過測(cè)定這四個(gè)管道張拉束主動(dòng)端與被動(dòng)端實(shí)測(cè)壓力值，根據(jù)規(guī)范規(guī)定的公式計(jì)算摩擦系數(shù)和偏差系數(shù)k。4.2 測(cè)試儀器及元件 試驗(yàn)時(shí)所用的張拉設(shè)備與實(shí)際施工時(shí)所用設(shè)備相同：350t千斤頂2臺(tái)；壓力傳感器采用2臺(tái)湖南長沙金碼公司的量程為6000kN、靈敏度為1kN的JMZX-3360AT智能六弦數(shù)碼穿心式壓力傳感器。測(cè)試儀器為湖南長沙金碼公司的JMZX-2006綜合測(cè)試儀。4.3 管道摩阻測(cè)試方法 試驗(yàn)時(shí)采用一端張拉，應(yīng)用兩臺(tái)壓力傳感器。主動(dòng)端、被動(dòng)端均有一臺(tái)千斤頂，試驗(yàn)時(shí)僅主動(dòng)端千斤頂進(jìn)行張拉，被動(dòng)端不張拉。

9、張拉前應(yīng)標(biāo)定好試驗(yàn)用的千斤頂和高壓油泵，并在試驗(yàn)中配套使用，以校核傳感器讀數(shù)。高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道12-75預(yù)應(yīng)力鋼絞線分5級(jí)加載。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)千斤頂油表讀數(shù)控制張拉荷載級(jí)，并校核數(shù)據(jù)，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。安裝傳感器與千斤頂時(shí)，應(yīng)確保兩者中線位置與錨墊板保持一致，使之張拉時(shí)與鋼絞線脫離接觸。安裝示意圖見圖4.1、4.2。圖4.1 管道摩阻試驗(yàn)示意圖圖4.2 高側(cè)N15束主動(dòng)端千斤頂安裝分級(jí)測(cè)試預(yù)應(yīng)力束張拉過程中主動(dòng)端與被動(dòng)端的荷載，并通過線性回歸確定管道被動(dòng)端和主動(dòng)端荷載的比值，然后利用二元線性回歸的方法確定預(yù)應(yīng)力管道的k、值。以一端作主動(dòng)端，一端作被動(dòng)端逐級(jí)加載，

10、兩端均讀取傳感器讀數(shù)，并測(cè)量鋼絞線伸長量，分別對(duì)每個(gè)管道張拉。5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析試驗(yàn)分別于2005年4月26日及5月2日進(jìn)行。所得的高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道的基本數(shù)據(jù)，包括主動(dòng)端讀數(shù)P1、被動(dòng)端讀數(shù)P2、以及管道摩阻實(shí)測(cè)損失值的結(jié)果列于表5.1、5.2、5.3、5.4中。表5.1 高側(cè)N13束測(cè)試結(jié)果N13 位置：32號(hào)墩右幅2號(hào)塊腹板高側(cè) 主動(dòng)端在南側(cè)第一次張拉（2005年4月26日17：10）序號(hào)主動(dòng)端P1(南)(kN)被動(dòng)端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1624371 253 21032666 366 314851004 481 419681387 58

11、1 523631697 666 第二次張拉（2005年4月26日17：40）序號(hào)主動(dòng)端P1(南)(kN)被動(dòng)端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1607375 232 21010674 336 314561008 448 419281398 530 523571685 672 第三次張拉（2005年4月26日18：00）序號(hào)主動(dòng)端P1(南)(kN)被動(dòng)端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1582368 214 21004676 328 314561010 446 419381395 543 523621670 692 根據(jù)表5.1中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過線性回歸確定其比值，

12、數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見圖5.1。圖5.1 高側(cè)N13束線性回歸分析表5.2 低側(cè)N13束測(cè)試結(jié)果N13 位置：32號(hào)墩右幅2號(hào)塊腹板低側(cè)主動(dòng)端在南側(cè)第一次張拉（2005年4月26日21：20）序號(hào)主動(dòng)端P1(南)(kN)被動(dòng)端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1531270 216 21011576 381 31472885 525 419091206 632 523551556 719 第二次張拉（2005年4月26日21：45）序號(hào)主動(dòng)端P1(南)(kN)被動(dòng)端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1532281 205 2951547 351 31455891 502 4189612

13、14 611 523461563 702 第三次張拉（2005年4月26日22：10）序號(hào)主動(dòng)端P1(南)(kN)被動(dòng)端P2(北)(kN)P=P1-P2(kN)1544286 212 2953549 351 31443878 503 419221239 611 523581564 713 根據(jù)表5.2中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過線性回歸確定其比值，數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見圖5.2。圖5.2 低側(cè)N13束線性回歸分析表5.3 高側(cè)N15束測(cè)試結(jié)果N15 位置：31號(hào)墩左幅4號(hào)塊腹板高側(cè)主動(dòng)端在北側(cè)第一次張拉（2005年5月2日10：40）序號(hào)主動(dòng)端P1(北)(kN)被動(dòng)端P2(南)(kN)P=P1

14、-P2(kN)1549338 211 21039715 324 31288904 384 415251100 425 518621350 512 第二次張拉（2005年5月2日11：05）序號(hào)主動(dòng)端P1(北)(kN)被動(dòng)端P2(南)(kN)P=P1-P2(kN)1573349 224 21063717 346 31307907 400 415451097 448 518401320 520 根據(jù)表5.3中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過線性回歸確定其比值，數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見圖5.3。圖5.3 高側(cè)N15束線性回歸分析表5.4 低側(cè)N15束測(cè)試結(jié)果N15 位置：31號(hào)墩左幅4號(hào)塊腹板低側(cè)主動(dòng)端在南

15、側(cè)第一次張拉（2005年5月2日16：20）序號(hào)主動(dòng)端P1(北)(kN)被動(dòng)端P2(南)(kN)P=P1-P2(kN)1493374 119 2990746 244 31220916 304 414561085 371 517311281 450 第二次張拉（2005年5月2日16：40）序號(hào)主動(dòng)端P1(北)(kN)被動(dòng)端P2(南)(kN)P=P1-P2(kN)1509412 97 2983774 209 31218946 272 414501106 344 517281296 432 根據(jù)表5.4中被動(dòng)端與主動(dòng)端的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過線性回歸確定其比值，數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果見圖5.4。圖5.4 低側(cè)N

16、15束線性回歸分析整理圖5.15.4中被動(dòng)端和主動(dòng)端比值的回歸值見表5.5，并與設(shè)計(jì)及規(guī)范情況下相比較。表5.5 管道摩阻測(cè)試計(jì)算結(jié)果鋼束編號(hào)管道長度L(m)起彎角度(rad)按設(shè)計(jì)P2/P1計(jì)算值按規(guī)范P2/P1計(jì)算值P2/P1實(shí)測(cè)回歸值第一次第二次第三次高側(cè)N1325.431.04710.74090.80560.83130.76430.75720.7398低側(cè)N130.70380.70650.7063高側(cè)N1538.990.87260.75830.81320.83470.77350.7687低側(cè)N150.73310.7257由表5.5中P2/P1實(shí)測(cè)回歸值結(jié)果，根據(jù)式3-6按最小二乘法原理

17、計(jì)算管道摩阻系數(shù)和k值，計(jì)算過程及分析結(jié)果見表5.6、5.7、5.8。表5.6 管道摩阻系數(shù)計(jì)算表鋼束編號(hào)li (m)i (rad)次序P2/P1yi2ii liyiil2iyili高側(cè)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 0.316 646.685 7.664 低側(cè)N1310.70380.3513 1.0964 26.628 0.368 646.685 8.

18、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 高側(cè)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 低側(cè)N1510.73310.3105 0.7614 34.023 0.271 1520.220 12.105 20.72570.3206 0.7614 34.023 0.280 1520.220 12.501 9.624 295.857 2.988 9960.990 93.059 表5.7 管道摩阻系數(shù)計(jì)算結(jié)果實(shí)測(cè)計(jì)算值設(shè)計(jì)值規(guī)范值kkk0.001380.2680.00150.250.00150.140.17表5.8 管道摩阻計(jì)算結(jié)果比較表鋼束編號(hào)實(shí)測(cè)設(shè)計(jì)管道摩阻力(kN)管道摩阻力錨下控制應(yīng)力(%)管道摩阻力(kN)管道摩阻力錨下控制應(yīng)力(%)高側(cè)N1363527.0760725.91低側(cè)N13高側(cè)N1558625.0056624.17低側(cè)N1