連續箱梁預應力塑料波紋管孔道摩阻損失現場測試及分析

孫海洲

【摘 要】本文通過預應力塑料波紋管孔道現場摩阻測試試驗的實踐，使得讀者了解到進行孔道摩阻力測試的重要性及必要性。文中詳細闡述了摩阻測試的具體操作技巧及數據處理方法，通過掌握上述測試試驗的關鍵點及方法，準確快速測試出施工現場的實際預應力摩阻損失情況，從而調整預應力張拉控制值，使設計要求的預應力值能夠準確無誤地施加給結構物，從而確保結構物達到設計要求的使用功能及安全性能。

【關鍵詞】連續箱梁 預應力孔道 塑料波紋管 摩阻測試 二元線性回歸法

隨著社會的發展及科學的進步，橋梁工程越來越向大跨度、大型及高承載能力方向發展，以上發展進步很大程度是得益于預應力結構設計、預應力材料及施工工藝方法不斷發展提高而得以實現。

預應力波紋管作為后張預應力混凝土結構的重要的成孔材料，在提高混凝土結構質量及降低預應力管道摩阻力方面無疑起到重要作用。

對于目前使用最為廣泛的后張法預應力混凝土結構，為了實現預應力的施加，需用在混凝土結構內采管道材料預先成孔，故成孔材料已成為后張預應力體系的不可或缺的組成，通常的成孔材料為金屬波紋管，具有施工工藝成熟，布設簡便易行等特點。但工程實踐表明，金屬波紋管具有易破損、易銹蝕、易漏漿及摩阻損失過大等缺點。目前項目設計及施工中逐漸使用塑料波紋管進行成孔，其相對金屬波紋管而言具有耐候、抗銹蝕、抗氧化及化學腐蝕，特別是摩阻損失值小等特點。

為了將設計要求的預應力張拉值準確施予結構物，確保結構物具設計要求的使用功能及結構使用的長期安全性，需在張拉施工前對摩阻損失進行計算，然后根據計算結果調整實際張拉控制值。金屬波紋管預應力損失計算中的參數（摩阻系數μ和偏差系數k），一般根據規范的取值范圍進行取值。塑料波紋管摩阻損失雖然可以確定相對金屬波紋管少，但施工中難以獲知塑料波紋管摩阻系數的確切數值，同時規范上沒能給出參考取值，所以，使用塑料波紋管成孔時，應當對現場實際采用的塑料波紋管的μ、k系數進行實測，作為準確施加預應力的保障，特別對于大跨度，長大預應力鋼束摩損失的正確計算尤為重要。

本文結合作者在工程實踐中的對塑料波紋管的摩阻系數測試實驗研究，詳細介紹了測試的方法，技術要點及數據的分析計算方法，以期給讀者一些啟示。

1 工程概況

*****大橋主跨采用（50+75+50）m連續剛構。連續剛構橫斷面采用單箱雙室；箱梁高度按二次拋物線，從跨中2.8m變化至距主墩中心1.75m處4.50m。箱梁底板在橫橋向保持水平，箱頂設2%單向橫坡。箱梁采用縱向、豎向預應力體系。

主梁縱向按全預應力構件設計。縱向預應力采用15-Φs15.24低松馳鋼鉸線束，鋼絞線標準強度fpk=1860MPa。采用型號為SBG-90Y的預應力混凝土橋梁用塑料波紋管成孔。錨具采用OVM（15）型及配應的配套產品。及相應配套的張拉千斤頂。

設計建議采用的摩阻系數μ=0.12，偏差系數k=0.0025。

2 測試方法及要點

預應力測試選用腹板W1、W2、W3"三束鋼絞線，鋼束采用15Φs15.24鋼絞線，鋼絞線長度及起彎角度等具體參數見圖1。

按《鐵路橋涵施工規范》中關于孔道摩阻試驗的有關要求進行測試，并采用了一些新設備。考慮到張拉鋼絞線伸長量過大，為避免換頂影響到量測精度及降低了測試效率，在鋼絞線束的兩端均串連安設1～3個千斤頂（串連的千斤頂數量根據鋼絞線伸長量而定，要求千斤頂量程之和超過鋼絞線伸長量）。具體的測試方法為：

在連續剛構端面與測力傳感器中間位置安裝工作錨板，工作錨板無須安裝夾片。測力傳感器后為串連的千斤頂，最后安裝工具錨。對安裝好的各工作進行檢查及調整，要求工作錨板、測力傳感器、千斤頂、工具錨及鋼絞線處于同一中心位置，測試設備安裝見圖2所示。

首先再端千斤頂均同時對鋼絞線施加10%的初始張拉值，然后固定端千斤頂不張拉，關閉油閥。張拉端按設計最終荷載的20%→40%→60%→80%→100%逐級增壓張拉至施工控制值，每級張拉時均記錄相應兩端油壓表壓力及傳感器讀數。張拉至施工最大控制拉力值后并記錄相應讀數后進行卸載，再按以上流程重復張拉兩次。

然后將固定端及張拉端對調，按同樣的流程張拉3次，并記錄兩端油壓表壓力及傳感器讀數。對所測試的數據進行有效性判斷，將符合要求的壓力值的兩端差值取平均值即為鋼絞線束與孔道的摩阻力。

3 測試所得數據計算方法

3.1 計算方法

式中：—進行第i個孔道測試時獲得的值。Px為主動端傳感器試驗所得的拉力值，Pk為被動端傳感器試驗所得的拉力值。

—第i個孔道預應力鋼絞線在水平方向的投影長度，單位以m計；

—第i個孔道預應力鋼絞線的空間曲線包角（rad）。因其精確計算相當復雜，不利于工程實際使用，在精度滿足要求的情況下采用綜合法進行計算，其計算公式如下：

式中：為空間曲線在水平面內投影的切線角之和；為空間曲線在圓柱面內展開的豎向切線角之和；

—進行孔道測試試驗的數量，要求測試的不同線形預應力孔道數量超過2道；

μ—塑料波紋管壁與預應力鋼絞線之間的摩擦系數；

k—由于孔道局部偏差而影響摩擦力的系數（每米）。

3.2 孔道摩阻試驗結果數據計算

經過對本次現場的孔道摩阻損失測試所得的3組數據進行了分析及評估，無明顯異常數據出現，結果表明試驗數據均為穩定可靠，為合理有效數據，表1為本次孔道摩阻測試固定端及張拉端張拉力數據記錄（拉力（Px、Pk）值為同一鋼束的多組數據的數學平均數）及計算表。

本次試驗共得到3組測試數據，經分析所測得的原始數據均為穩定可靠，將所得數據采用二元線性回歸法進行處理及運算后，代入采用按（2）式以計算出摩阻系數μ和偏差系數k，圖3、4、5分別為W1、W2、W3"三束鋼絞線PK/PX回歸計算圖。

經對所得3組測試數據進行分析計算及匯總后得出：

通過計算結果，表明塑料波紋管預應力孔道的摩阻系數相對于金屬波紋管的摩阻系數（通常為μ=0.23，k=0.0025）而言偏小不少。

同時測試結果也與設計要求的值存在一定偏差，表2為按設計要求的摩阻系數計算的摩阻損失值與實測摩阻系數計算的摩阻損失值對比表。

由表2可看出，本次測試所采用的三個孔道摩阻損失實測值均小于按設計的摩阻系數計算所得的摩阻損失，差值最大為W3"孔道的1.3%，最小值為W2孔道的0.4%。如是不進行現場摩阻測試試驗，而按設計的摩阻系數計處張拉力，則為超張拉。輕者影響了結構物線形型控制，嚴重者造成預應力結構破壞，留下安全隱患。

通過本次測試試驗所獲得的摩阻系數，對后續施工的預應力拉張控制值進行了相應調整，從而確保了本項目超長預應力結構的施工質量。

4 結語

為了了解施工現場塑料波紋管實際孔道摩阻系數和孔道偏差系數，將預應力按設計值正確施加予連續箱梁等結構物，保證預應力混凝土橋梁的施工質量及確保結構物使用安全，進行施工現場摩助損失測試及研究進行非常必要的。特別是塑料波紋管相對金屬波紋管具有較有很多優點，將在鐵路橋梁等建設方面逐漸得到推廣應用，但是規范尚未能給定其合理取值范圍，故更是需要進行現場實測，不僅作為施工的依據，給設計提供借鑒及參考作用，提高工藝設計水平。同時也為塑料波紋管的推廣使用起到促進作用。

現場摩阻損失測試通常為高空作業，作業場地狹小，條件受限。試驗前應充分評估測試過程中可能遇到難題，并預先制定解決問題的預案及措施，以確保測試任務快速順利的完成，且結果合理可靠。同時要注意盡量減少對現場施工的影響。

參考文獻

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