連續梁預應力摩阻力現場測試技術研究

陳磊

摘要：根據天津濱海新區西中環及延長線快速路工程西中環大橋現場進行上構連續梁預應力孔道摩阻測試試驗為例。詳細闡述了進行現場孔道摩阻測試的試驗辦法、操作要點、數據處理技巧等。以期讓其它項目需進行類似測試的讀者能夠掌握試驗的關鍵要點、技術及方法，確保試驗順利，結果準確。

Abstract： According to the example of the on-site continuous beam prestressed hole friction test of the West Central Ring Bridge in expressway project of the West Central Ring and the extension line in Tianjin Binhai New Area. The test methods， operation points， data processing skills for conducting on-site frictional resistance tests are elaborated in detail， in order to allow readers of other projects that need to perform similar tests to master the key points， techniques and methods of the test and ensure that the test is smooth and the results are accurate.

關鍵詞：連續梁;預應力摩阻;現場測試;數據處理

0? 引言

大跨度的橋梁上構連續梁結構通常采取掛籃懸臂澆筑，為了確保施工過程的結構安全和成橋后全橋受力狀態的安全合理，且結構線形尺寸達到設計要求，確保能夠將預應力準確施加于結構物上成為預應力梁體施工的關鍵所在。預應力是否能夠準確、合理的施加則決定于計算預應力施加值的孔道摩阻系數μ和偏差系數k。設計圖紙、規范提供了上述兩個系數的取值或是取值范圍。但其范圍較大，且取值無依據，在其推薦范圍內的不同取值計算出的摩阻損失率差別太大，故難以科學準確地將預應力施加予梁體。為此，有必要在施工現場進行孔道摩阻測試，以獲取在目前施工條件下實際的孔道摩阻系數μ和偏差系數k，準確計算現場摩阻損失，據以施加準確的預應力。

1? 試驗方法

濱海新區西中環及延長線快速路工程西中環大橋主跨為48m+80+48m連續箱梁，連續箱梁采取掛籃懸澆，設計圖紙建議連續梁預應力施工的孔道摩阻系數μ和偏差系數k分別為0.20、0.0015。

因本橋連續梁具有跨度大，建成后需通行大量重載汽車的特點，對其結構安全要求高，且處于城市之中，其外形美觀要求也頗高。故本項目擬進行現場的孔道摩阻系數μ和偏差系數k的測試，然后據以調整預應力施工參數，確保施工質量。

2? 測試設備、儀器及試驗方法

2.1 測試所用設備、儀器

①2臺350t的千斤頂、2臺高壓油泵，2塊精密壓力表（0.4級）。

②2臺智能六弦數碼穿心式壓力傳感器（型號JMZX23360AT，靈敏度為1kN），1臺讀數儀（型號MZX22006），2根配套的連接線纜。

③對中專用工裝。根據現場條件確定及制作。

④專用工具錨2套，專用工作錨1套，配套限位板1塊。

⑤鋼板尺2把（0.5mm精度），記錄用夾板、鋼筆、計算器、紙張若干。

2.2 測試方法

以往進行摩阻測試通常采用主、被動安裝千斤頂，油表讀數法。但此方法測試工藝存在測試操作過程較為繁瑣、測試數據準確度不足等問題。為了解決以上問題，確保準確、高效地測取數據。本項目采用壓力傳感器代替油表來讀取壓力器的方法。同時為了確保所測得數據能夠正確反映管道的摩阻損失，還采用了在傳感器外設置限位墊板的測試工藝，此測試原理見圖1所示。

該測試方法是將傳感器放置在工具錨與梁體間，或是千斤頂與梁體間。傳感器直接反映了管道兩端預應力筋的拉力值，即兩端讀數的差值為摩阻損失，避免了以往摩阻測試時各種工具變形等因素的影響。且該方法測試用時短，更是避免了梁體收縮與徐變的影響。

另外，從減少測試誤差考慮，采取主動、被動端交替更換的測試順序，即完成一端的3次重復測試后，更換主動、被動端，按上述測試方法進行3次重復測試，即對1組預應力進行了6次測試后，測設數據取數學平均值。

進行傳感器和千斤頂安裝時要正確對中，確保傳感器、千斤頂、預應力筋軸線重合。且進行測試時均勻施力張拉千斤頂，不能中途停頓，以避免預應力筋因回縮而出現誤差。

2.3 本測試方法較以往測試而言存在的優點

①測試方法正確合理：所用約束墊板、壓力傳感器中間圓孔大小與梁體預應力孔道相當，預應力筋與二者圓孔的孔壁沒有觸碰，預應力束以直線狀穿過喇叭口、壓力傳感器和墊板，所測數據僅為管道摩阻，無其它的喇叭口摩阻力等磨擦力損失，保證了管道摩阻損失測試數據的準確性。

②數據準確可靠：采用準確，且數據可傳輸至電腦自行記錄的穿心式壓力傳感器，其所測數據不受千斤頂的影響，增強了測試數據的可靠性和準確性。

③操作簡單、方便快捷：測試時僅在主動端安裝1～3個（個數依據鋼絞線張拉伸長量而定）千斤頂，減輕了測試時設備安裝工作量。且在測試時將被動端千斤頂加油頂出少許，待測試完成后回油，稍用力即可可拆卸夾片。

④測試用鋼束還可使用：從喇叭口至工具錨段的鋼束與其它結構、設備沒有觸碰，故鋼束不會出現損傷，在測試完成后，還可繼續使用，降低了測試成本。

3? 摩阻損失試驗步驟及施工關鍵點

①試驗前標定所用的高壓油泵、壓力傳感器、張拉千斤頂。標定所用的高壓油泵、壓力傳感器、張拉千斤頂為同一壓力機，以消除上述3種儀器標定時的系統誤差。

②按圖1所示的安裝結構圖進行鋼束、傳感器、工具錨及千斤頂等安裝。當鋼束較長，鋼束伸長量超過單臺千斤頂的行程時，為避免重復倒頂而造成鋼束回縮，引起測試誤差，可采取兩2臺以上千斤頂串聯同時張拉。

③錨固端的千斤頂進油空頂10cm后關油，使兩端鋼束預緊，并錨緊在千斤頂上，檢查、調整兩端裝置中軸對中重合。

④使千斤頂進油，保持約4MPa左右的適當拉力。

⑤測試系統檢查無誤后，張拉主動端（按級張拉，每級遞加5MPa）。每級均讀取兩端傳感器讀數、量測油缸伸出量并記錄，每處孔道張拉3次。

⑥將主、被動端調換，按上述方法再進行3次張拉。每級荷載下均需記錄以下測試數據：主動端與被動端壓力傳感器讀數、張拉端的油缸伸長量、油表讀數、張拉端夾片外露量，所測數據均在記錄本上即時記錄。

⑦完成一孔的摩阻測試后，進行一下孔孔道的測試。

4? 試驗孔道的先擇

為了確保測試所選用的孔道具有典型性，測試所得數據具有代表性，能夠正確獲得預應力的摩阻參數，本項目對橋梁縱向預應力各孔道長度、孔道彎曲進行了評估，最終選取位于側腹板的編號N20、N21號預應力孔道（圖如2所示），左、右側腹板的N20、N21號孔道均進行測試，即共測試4個孔道。

5? 試驗數據分析處理方法

5.1 處理方法

測試得所需的數據后，采用二元線性回歸法計算摩阻孔道摩阻系數μ和偏差系數k，計算公式如下：

li為i號測孔的預應力鋼束在水平方向的投影長度（m）。

n為選用的測試孔道的數量，為了確保數據準確，實際測試的孔道數目（且為不同線形的預應力鋼束）不小于2。

μ—鋼束與孔道壁間的摩擦系數。

k—孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數。

5.2 孔道摩阻試驗結果數據計算

對腹板左、右側的N20號及N21號的4個孔道實施了現場摩阻測試。測試記錄了主動端、被動端的每級荷載下的讀數PX、PK，4處孔道所得的測試數據為8組，本項目左側腹板ZN20號孔道、右側腹板YN21號孔道針對被動端和主動端比值（ln（PK/PX））的線性回歸計算及分析結果見表2。

左側腹板ZN20號孔道、右側腹板YN21號孔道數據的PK/PX回歸計算見圖3、圖4所示。

經對所有8組的數據進行處理及計算后得：

從計算結果得孔道摩阻系數μ=0.24，計算值在《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）規范的建議值0.20～0.25范圍內，表明實測值合理有效。從計算結果得偏差系數k=0.0016，計算值與《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）的推薦值（0.0015）相差不大，表明實測值合理有效。從以上實測值的計算結果看來，孔道摩阻系數、偏差系數均與設計單位的建議值存在較大的差異，表明進行預應力摩阻的現場實測對于確保預應力結構的施工質量是非常有必要的。本項目在此后的預應力施工時，按上述所測得的孔道摩阻系數μ和偏差系數k對各孔道的預應力束張拉值進行了計算，并據以施加預應力。

6? 結束語

為了控制連續箱梁預應力的施加質量，準確施加預應力，確保結構承載安全及線型美觀，故有進行摩阻損失現場測試的必要。但施工現場條件有限，測試工作均為高空操作，且對現場施工造成干擾，故需采用科學合理、操作快速簡便的測試方法。并在進行現場摩阻測試之前，對可能遇到的各種問題進行評估，并做好解決問題的預案，確保順利完成測試任務。

參考文獻：

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