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

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PAGEPAGE19杭州灣跨海大橋橋橋北引橋(50+880+550))m預(yù)應(yīng)力混混凝凝土連續(xù)續(xù)箱梁梁管道摩阻試驗(yàn)報(bào)報(bào)報(bào)告鐵科院(北京)))工程咨詢?cè)冇杏邢薰舅竞贾轂晨绾４髽驑驑蛭搴贤O(jiān)理理工程師師辦公公室2005年5月月月1試驗(yàn)概況后張法預(yù)應(yīng)力混混混凝土梁梁預(yù)應(yīng)應(yīng)力張拉拉是一一道極為為重要要的工序序，在在后張法法預(yù)應(yīng)應(yīng)力混凝凝土梁梁施工過(guò)過(guò)程中中如何準(zhǔn)準(zhǔn)確將將設(shè)計(jì)張張拉力力施加于于梁體體直接影影響梁梁的耐久久性、安安全性、剛剛度度及矢拱拱高度度。后張張梁管管道摩阻阻是引引起預(yù)應(yīng)應(yīng)力損損失的五五個(gè)主主要因素素（混混凝土收收縮徐徐變、預(yù)預(yù)應(yīng)力力筋松弛弛、錨錨頭變形形及預(yù)預(yù)應(yīng)力筋筋回縮縮、摩阻阻、混混凝土彈彈性壓壓縮）之之一。由由于施工工過(guò)程程中諸多多不確確定因素素及施施工水平平的差差異，張張拉前前應(yīng)對(duì)重重要的的梁部結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行管道道摩阻阻現(xiàn)場(chǎng)測(cè)測(cè)試，并并根據(jù)測(cè)測(cè)試結(jié)結(jié)果對(duì)張張拉力力及管道道進(jìn)行行調(diào)整，將將設(shè)設(shè)計(jì)張拉拉力準(zhǔn)準(zhǔn)確施加加至梁梁體。杭州灣跨海大橋橋橋北引橋(50+880+550))m預(yù)應(yīng)力連連續(xù)續(xù)箱梁為為后張張法預(yù)應(yīng)應(yīng)力混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)，縱縱向預(yù)應(yīng)應(yīng)力按按照美國(guó)ASTMMA4116--97（270級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)采采用直徑徑為φj15.2244mm鋼絞線，抗抗抗拉標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)強(qiáng)度度18600MMPa，彈性模模量Ey＝1.955××105MPa的高強(qiáng)度度低低松弛鋼鋼絞線線，鋼絞絞線的的公稱截截面積積為1.4ccmm2。本橋縱向預(yù)應(yīng)力力力均采用12-7φ5鋼絞線，鋼鋼鋼束的錨錨下控控制張拉拉力為為23444kkN。12-7φ5鋼絞線采采用用內(nèi)徑φ76mm的波紋管管制制孔，15-112錨具錨固固。除除部分端端孔頂頂、底板板合攏攏束采用用單端端張拉，其其余余縱向束束采用用兩端張張拉。本次試驗(yàn)箱梁縱縱縱向預(yù)應(yīng)應(yīng)力束束布置及及管道道相關(guān)參參數(shù)見(jiàn)見(jiàn)表1.1。表1.1預(yù)應(yīng)應(yīng)應(yīng)力束布置置及及管道相相關(guān)參參數(shù)表鋼束編號(hào)鋼束規(guī)格束數(shù)管道長(zhǎng)度L(cccm)管道曲線角θ（度度）管道曲線角θ（rad）位置備注N1112-7φ581316601.0471腹板N1212-7φ581938601.0471腹板N1312-7φ582543601.0471腹板測(cè)試管道N1412-7φ583122601.0471腹板N1512-7φ583899500.8726腹板測(cè)試管道N1612-7φ584699500.8726腹板規(guī)范要求塑料波波波紋管內(nèi)內(nèi)截面面面積與與鋼絞絞線截面面面積積比至少少為2～2.5。實(shí)際所所用用直徑不不同的的波紋管管與鋼鋼絞線的的截面面面積關(guān)關(guān)系見(jiàn)見(jiàn)表1.2。表1.2波紋紋紋管內(nèi)截面面面面積與鋼鋼絞線線截面面面積關(guān)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積積S2(cm2)比值(S1/SS2)1Φ=76mm45.3612-7φ516.82.7設(shè)計(jì)管道局部偏偏偏差影響響系數(shù)數(shù)k=0..00015、摩擦系系數(shù)μ=0.225。預(yù)應(yīng)力力束束沿試驗(yàn)驗(yàn)節(jié)段段梁長(zhǎng)通通長(zhǎng)布布置，其其中腹腹板彎束束采用用12-7φ5鋼絞線，錨錨錨固在試試驗(yàn)節(jié)節(jié)段梁兩兩端腹腹板上。2試驗(yàn)依據(jù)(1)《杭州州州灣跨海大大橋橋?qū)Ｓ檬┦┕ぜ技夹g(shù)規(guī)范范》；；(2)《公路路路橋涵施工工技技術(shù)規(guī)范范》（JTJ0041--20000）；(3)《公路鋼鋼鋼筋混凝土土及及預(yù)應(yīng)力力混凝凝土橋涵涵設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》(JTGD62—20044)；(4)《杭州州州灣跨海大大橋橋北引橋(50+880+550))m預(yù)應(yīng)力連連續(xù)續(xù)箱梁施施工圖圖》；(5)其他他他相關(guān)資資料規(guī)規(guī)范。3基本原理3.1管道道道摩阻損損失的的組成后張法張拉時(shí)，由由于梁體內(nèi)力力筋與管道壁壁接觸并沿管管道滑動(dòng)而產(chǎn)產(chǎn)生摩擦阻力力，摩阻損失失可分為彎道道影響和管道道走動(dòng)影響兩兩部分。理論論上講，直線線管道無(wú)摩擦擦損失，但管管道在施工時(shí)時(shí)因震動(dòng)等原原因而變成波波形，并非理理想順直，加加之力筋因自自重而下垂，力力筋與管道實(shí)實(shí)際上有接觸觸，故當(dāng)有相相對(duì)滑動(dòng)時(shí)就就會(huì)產(chǎn)生摩阻阻力，此項(xiàng)稱稱為管道走動(dòng)動(dòng)影響（或偏偏差影響、長(zhǎng)長(zhǎng)度影響）。對(duì)對(duì)于管道彎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)影響除了管管道走動(dòng)影響響之外，還有有力筋對(duì)管道道內(nèi)壁的徑向向壓力所產(chǎn)生生的摩阻力，該該部分稱為彎彎道影響，隨隨力筋彎曲角角度的增加而而增加。直線線管道的摩阻阻損失較小，而而曲線管道的的摩擦損失由由兩部分組成成，因此比直直線管道大的的多。3.2管道道道摩阻損損失的的計(jì)算公公式根據(jù)《公路鋼筋筋筋混凝土土及預(yù)預(yù)應(yīng)力混混凝土土橋涵設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》(JTGD62—20044)第6.2..2條規(guī)定，后后后張法構(gòu)構(gòu)件張張拉時(shí)，預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼筋筋與管管道壁之之間摩摩擦引起起的預(yù)預(yù)應(yīng)力損損失，可可按下式式計(jì)算算：(3-1)式中———張拉拉拉端鋼絞絞線錨錨下控制制應(yīng)力力(MPaa)；———預(yù)應(yīng)力鋼鋼鋼筋與管管道壁壁的摩擦擦系數(shù)數(shù)；———從張拉端端端至計(jì)算算截面面曲線管管道部部分切線線的夾夾角之和(radd)；———管道每米米米局部偏偏差對(duì)對(duì)摩擦的的影響響系數(shù)；；———從張拉端端端至計(jì)算算截面面的管道道長(zhǎng)度度，可近近似地地取該段段管道道在構(gòu)件件縱軸軸上的投投影長(zhǎng)長(zhǎng)度(m)。根據(jù)式(3-111)推導(dǎo)k和μ計(jì)算公式式，設(shè)設(shè)主動(dòng)端端壓力力傳感器器測(cè)試試值為P1,被動(dòng)端為為P2，此時(shí)管管道道長(zhǎng)度為為,θ為管道全全長(zhǎng)長(zhǎng)的曲線線包角角，考慮慮式(3-11)兩邊同乘乘以以預(yù)應(yīng)力力鋼絞絞線的有有效面面積，則則可得得：即：((3-2))兩邊取對(duì)數(shù)可得得得;(3-3)令,則由此，對(duì)不同管管管道的測(cè)測(cè)量可可得一系系列方方程式：：即即即由于測(cè)試存在誤誤誤差，上上式右右邊不會(huì)會(huì)為零零，假設(shè)設(shè)則利用最小二乘乘乘法原理理，同同時(shí)令有：：(3-4)當(dāng)(3-5)時(shí)，取得最小值值值。由式(3-4))、((3-5))可得：(3-6)式中：為第i管管管道對(duì)應(yīng)應(yīng)的值值，為第i個(gè)管道對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋筋空間曲曲線長(zhǎng)長(zhǎng)度(m)，為第i個(gè)管道對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋筋空間曲曲線包包角(radd)，n為實(shí)測(cè)的的管管道數(shù)目目，且且不同線線形的的預(yù)應(yīng)力力筋數(shù)數(shù)目不小小于2。解方程程組(3-66)得k及μ值。4試驗(yàn)內(nèi)容和和方方法4.1測(cè)試內(nèi)容容容本次試驗(yàn)為管道道道摩阻試試驗(yàn)，進(jìn)進(jìn)行管道道摩阻阻試驗(yàn)的的連續(xù)續(xù)梁懸澆澆段為為32號(hào)墩右幅2號(hào)塊及31號(hào)墩左幅4號(hào)塊，試試驗(yàn)驗(yàn)管道為為腹板板高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道道。試驗(yàn)主要通過(guò)測(cè)測(cè)測(cè)定這四四個(gè)管管道張拉拉束主主動(dòng)端與與被動(dòng)動(dòng)端實(shí)測(cè)測(cè)壓力力值，根根據(jù)規(guī)規(guī)范規(guī)定定的公公式計(jì)算算摩擦擦系數(shù)μ和偏差系系數(shù)k。4.2測(cè)試試試儀器及及元件件試驗(yàn)時(shí)所用的張張張拉設(shè)備備與實(shí)實(shí)際施工工時(shí)所所用設(shè)備備相同同：350t千斤頂2臺(tái)；壓力傳傳感感器采用2臺(tái)湖南長(zhǎng)長(zhǎng)沙沙金碼公公司的的量程為60000kkN、靈敏度度為1kN的JMZXX--33660AAT智能六弦弦數(shù)數(shù)碼穿心心式壓壓力傳感感器。測(cè)測(cè)試儀器器為湖湖南長(zhǎng)沙沙金碼碼公司的JMZXX--20006綜合測(cè)試試儀儀。4.3管道摩阻阻阻測(cè)試方法法試驗(yàn)時(shí)采用一端端端張拉，應(yīng)應(yīng)用用兩臺(tái)壓壓力傳傳感器。主主動(dòng)動(dòng)端、被被動(dòng)端端均有一一臺(tái)千千斤頂，試試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)僅主主動(dòng)端端千斤頂頂進(jìn)行行張拉，被被動(dòng)動(dòng)端不張張拉。張張拉前應(yīng)應(yīng)標(biāo)定定好試驗(yàn)驗(yàn)用的的千斤頂頂和高高壓油泵泵，并并在試驗(yàn)驗(yàn)中配配套使用用，以以校核傳傳感器器讀數(shù)。高高側(cè)側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道道12-7φ5預(yù)預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼鋼絞線線分5級(jí)加載。試試試驗(yàn)時(shí)根根據(jù)千千斤頂油油表讀讀數(shù)控制制張拉拉荷載級(jí)級(jí)，并并校核數(shù)數(shù)據(jù)，以以確保試試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)的可可靠性性。安裝裝傳感感器與千千斤頂頂時(shí)，應(yīng)應(yīng)確保保兩者中中線位位置與錨錨墊板板保持一一致，使使之張拉拉時(shí)與與鋼絞線線脫離離接觸。安安裝裝示意圖圖見(jiàn)圖圖4.1、4.2。圖4.1管管管道摩阻試試驗(yàn)驗(yàn)示意圖圖圖4.2高高高側(cè)N15束主動(dòng)端端千千斤頂安安裝分級(jí)測(cè)試預(yù)應(yīng)力力力束張拉拉過(guò)程程中主動(dòng)動(dòng)端與與被動(dòng)端端的荷荷載，并并通過(guò)過(guò)線性回回歸確確定管道道被動(dòng)動(dòng)端和主主動(dòng)端端荷載的的比值值，然后后利用用二元線線性回回歸的方方法確確定預(yù)應(yīng)應(yīng)力管管道的k、μ值。以一一端端作主動(dòng)動(dòng)端，一一端作被被動(dòng)端端逐級(jí)加加載，兩兩端均讀讀取傳傳感器讀讀數(shù)，并并測(cè)量鋼鋼絞線線伸長(zhǎng)量量，分分別對(duì)每每個(gè)管管道張拉拉。5試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理理理分析試驗(yàn)分別于200005年4月26日及5月2日進(jìn)行。所所所得的高高側(cè)N13、N15和低側(cè)N13、N15四個(gè)管道道的的基本數(shù)數(shù)據(jù)，包包括主動(dòng)動(dòng)端讀讀數(shù)P1、被動(dòng)端端讀讀數(shù)P2、以及管管道道摩阻實(shí)實(shí)測(cè)損損失值的的結(jié)果果列于表5.1、5.2、5.3、5.4中。表5.1高高高側(cè)N13束測(cè)試結(jié)結(jié)果果N13位置：：：32號(hào)墩右幅2號(hào)塊腹板板高高側(cè)主動(dòng)端在南側(cè)第一次張拉（222005年4月26日17：10）序號(hào)主動(dòng)端P1(南南南)(kNN))被動(dòng)端P2(北北北)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)162437125321032666366314851004481419681387581523631697666第二次張拉（222005年4月26日17：40）序號(hào)主動(dòng)端P1(南南南)(kNN))被動(dòng)端P2(北北北)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)160737523221010674336314561008448419281398530523571685672第三次張拉（222005年4月26日18：00）序號(hào)主動(dòng)端P1(南南南)(kNN))被動(dòng)端P2(北北北)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)158236821421004676328314561010446419381395543523621670692根據(jù)表5.1中中中被動(dòng)端端與主主動(dòng)端的的實(shí)測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)，通通過(guò)過(guò)線性回回歸確確定其比比值，數(shù)數(shù)據(jù)回歸歸分析析結(jié)果見(jiàn)見(jiàn)圖5.1。圖5.1高高高側(cè)N13束線性回回歸歸分析表5.2低側(cè)NNN13束測(cè)試結(jié)結(jié)果果N13位置：：：32號(hào)墩右幅2號(hào)塊腹板板低低側(cè)主動(dòng)端在南側(cè)第一次張拉（222005年4月26日21：20）序號(hào)主動(dòng)端P1(南南南)(kNN))被動(dòng)端P2(北北北)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)15312702162101157638131472885525419091206632523551556719第二次張拉（222005年4月26日21：45）序號(hào)主動(dòng)端P1(南南南)(kNN))被動(dòng)端P2(北北北)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)1532281205295154735131455891502418961214611523461563702第三次張拉（222005年4月26日22：10）序號(hào)主動(dòng)端P1(南南南)(kNN))被動(dòng)端P2(北北北)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)1544286212295354935131443878503419221239611523581564713根據(jù)表5.2中中中被動(dòng)端端與主主動(dòng)端的的實(shí)測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)，通通過(guò)過(guò)線性回回歸確確定其比比值，數(shù)數(shù)據(jù)回歸歸分析析結(jié)果見(jiàn)見(jiàn)圖5.2。圖5.2低側(cè)NNN13束線性回回歸歸分析表5.3高側(cè)NNN15束測(cè)試結(jié)結(jié)果果N15位置：：：31號(hào)墩左幅4號(hào)塊腹板板高高側(cè)主動(dòng)端在北側(cè)第一次張拉（222005年5月2日10：40）序號(hào)主動(dòng)端P1(北北北)(kNN))被動(dòng)端P2(南南南)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)15493382112103971532431288904384415251100425518621350512第二次張拉（222005年5月2日11：05）序號(hào)主動(dòng)端P1(北北北)(kNN))被動(dòng)端P2(南南南)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)15733492242106371734631307907400415451097448518401320520根據(jù)表5.3中中中被動(dòng)端端與主主動(dòng)端的的實(shí)測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)，通通過(guò)過(guò)線性回回歸確確定其比比值，數(shù)數(shù)據(jù)回歸歸分析析結(jié)果見(jiàn)見(jiàn)圖5.3。圖5.3高側(cè)NNN15束線性回回歸歸分析表5.4低側(cè)NNN15束測(cè)試結(jié)結(jié)果果N15位置：：：31號(hào)墩左幅4號(hào)塊腹板板低低側(cè)主動(dòng)端在南側(cè)第一次張拉（222005年5月2日16：20）序號(hào)主動(dòng)端P1(北北北)(kNN))被動(dòng)端P2(南南南)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)1493374119299074624431220916304414561085371517311281450第二次張拉（222005年5月2日16：40）序號(hào)主動(dòng)端P1(北北北)(kNN))被動(dòng)端P2(南南南)(kNN))ΔP=P1-PPP2(kN)150941297298377420931218946272414501106344517281296432根據(jù)表5.4中中中被動(dòng)端端與主主動(dòng)端的的實(shí)測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)，通通過(guò)過(guò)線性回回歸確確定其比比值，數(shù)數(shù)據(jù)回歸歸分析析結(jié)果見(jiàn)見(jiàn)圖5.4。圖5.4低側(cè)NNN15束線性回回歸歸分析整理圖5.1～～～5.4中被動(dòng)端端和和主動(dòng)端端比值值的回歸歸值見(jiàn)見(jiàn)表5.5，并與設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)及規(guī)范范情況況下相比比較。表5.5管道道道摩阻測(cè)試試計(jì)計(jì)算結(jié)果果鋼束編號(hào)管道長(zhǎng)度L(mmm)起彎角度(raaad)按設(shè)計(jì)P2/P1計(jì)算算值值按規(guī)范P2/P1計(jì)算算值值P2/P1實(shí)測(cè)測(cè)回回歸值第一次第二次第三次高側(cè)N1325.431.04710.74090.8056~~~0.8831130.76430.75720.7398低側(cè)N130.70380.70650.7063高側(cè)N1538.990.87260.75830.8132~~~0.8834470.77350.7687低側(cè)N150.73310.7257由表5.5中PP22/P1實(shí)測(cè)回歸歸值值結(jié)果，根根據(jù)據(jù)式3-6按最小二二乘乘法原理理計(jì)算算管道摩摩阻系系數(shù)μ和k值，計(jì)算算過(guò)過(guò)程及分分析結(jié)結(jié)果見(jiàn)表5.6、5.7、5.8。表5.6管道道道摩阻系數(shù)數(shù)計(jì)計(jì)算表鋼束編號(hào)li(m)))θi(rrrad)次序P2/P1yiθ2iθiliyiθil2iyili高側(cè)N1325.431.047110.76430.26881.096426.6280.281646.685556.83520.75720.27811.096426.6280.291646.685557.07330.73980.30141.096426.6280.316646.685557.664低側(cè)N1310.70380.35131.096426.6280.368646.685558.93320.70650.34741.096426.6280.364646.685558.83530.70630.34771.096426.6280.364646.685558.842高側(cè)N1538.990.872610.77350.25680.761434.0230.2241520.2222010.01420.76870.26310.761434.0230.2301520.2222010.256低側(cè)N1510.73310.31050.761434.023