预应力孔道摩阻损失试验与参数识别

第９卷第２２期２００９年１１月　科学技术与工程　Ｖｏ１．９　Ｎｏ．２２　Ｎｏｖ．２００９　１６７１—１８１９（２００９）２２－６７３１—０５　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　＠２００９　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．　预应力孔道摩阻损失试验与参数识别　叶敬彬张楠　（华南理工大学土木与交通学院，广州５　１０６４０）　摘要　以某特大桥的施工控制为工程背景，阐述了进行预应力孔道摩阻损失试验的原因、方法。以试验结果计算出该桥的　实际孔道摩阻系数与偏差系数。作出参数识别与修正，对该桥的理论计算模型进行修正，并对现场施工提出建议，具有不错　的工程应用意义。　关键词摩阻试验　摩阻系数　偏差系数　参数识别　中图法分类号Ｕ４４１．５；　文献标志码Ｂ　某特大桥跨径组合（１４６＋２５６＋１４６）ｒｎ，为预　应力连续刚构梁桥。箱梁采用Ｃ６０混凝土，半幅桥　宽１９．８５　１＂／１。单箱双室断面，其中箱底宽ｌ２．８５　ｍ，　两侧悬臂翼缘板宽３．５　ｍ；箱梁根部梁体中心线高　ｌ５．５　ｍ，跨中及端头梁体中心线梁高５．２　ｉｎ。　在该类桥中，预应力损失直接关系到预应力钢　端　端　筋中的有效预应力是否满足结构在使用阶段的要　求。混凝土的收缩徐变、预应力筋的应力松弛、预　应力筋与台座之间的温差、锚头变形及钢筋回缩和　１一千斤顶；２一工具锚；３一液压传感器；４—锚具；　５一液压传感器；６一粱体　图１　孔道摩阻损失试验仪器安装示意图　接缝压缩、预应力筋与管道之间的摩擦等是引起预　应力损失的主要因素　Ｊ。其中，预应力筋与孔道之　１试验方法　图１为孔道摩阻试验原理示意图。试验时采用　一间所引起的损失比重很大，特别是弯曲长束孔道。　该桥主跨很大，预应力束孔道既弯且长，因此，为了　解预应力管道实际情况，有必要进行孔道摩阻损失　试验。　端张拉，即主动端用千斤顶张拉，被动端千斤顶　仅被动受力，在主动端和被动端千斤顶的进油口各　通过进行孔道摩阻损失试验，得到其实际孔道　摩阻系数与偏差系数，作出参数识别，以其修正理　论计算模型，以更好地指导现场的施工控制工作，　确保施工质量。　安装一个液压传感器，以精确测出张拉过程中两端　的油压，在此基础上再反算出孔道摩阻系数和偏差　系数。传感器和千斤顶在试验前均在实验室进行　标定，得到千斤顶内油压与压力的对应关系。　在该特大桥的一个主墩上选取１＃块、３＃块、７＃　块进行了摩阻试验。由于现场实际情况限制，１样块　选取了两根顶板束ＢＴ－２、ＺＴ－２与一根腹板束Ｆ一１进　２００９年８月５日收到　行试验，３　选取了一根顶板束ＢＴ－４进行试验，７＃　块选取了一根腹板束Ｆ－７进行试验。试验预应力束　简图见图２。操作步骤如下：　第一作者简介：叶敬彬，男，华南理工大学土木与交通学院，在读研　究生，专业：桥梁与隧道工程，研究方向：大跨度桥梁。　６７３２　科学技术与工程　９卷　（１）１＃块顶板束ＢＴ－２、ＺＴ－２与腹板束Ｆ．１　ａ）梁的两端转千斤顶后同时充油，保持一定数　值（４　ＭＰａ）。　第一次一样，试验三次后，取两端压力差的平均值。　仍按上述方法，但乙端封闭，甲端张拉，取两端三次　压力差的平均值。　ｂ）腹板束Ｆ一１试验：甲端封闭，乙端张拉。张　ｃ）将上述两次压力差平均值再次平均，即为顶　板束孔道摩阻力的测定值。　具体情况根据试验现场变动。　拉时分级升压，直至张拉控制应力：第一次按１０％　—－３０％－５０％——８０％，４８４　ｋＮ——１　４５４　ｋＮ——２　４２３　ｋＮ　一３　８７８　ｋＮ），第二次、第三次和第一次一样，试验三　次后，取两端压力差的平均值。仍按上述方法，但　乙端封闭，甲端张拉，取两端三次压力差的平均值。　ｃ）将上述两次压力差平均值再次平均，即为顶　板束孔道摩阻力的测定值。　ｄ）顶板束ＢＴ－２和ＺＴ－２试验：甲端封闭，乙端　张拉。张拉时分级升压，直至张拉控制应力：第一　次按ｌＯ％一３０％一５０％一８Ｏ％（５０３　ｋＮ一１　５０８　ｋＮ　一２　５１３　ｋＮ一４　０２０　ｋＮ），第二次、第三次和第一次一　样，试验三次后，取两端压力差的平均值。仍按上　述方法，但乙端封闭，甲端张拉，取两端三次压力差　的平均值。　ｅ）将上述两次压力差平均值再次平均，即为顶　板束孔道摩阻力的测定值。　（２）３＃块顶板束ＢＴ－４　ａ）梁的两端转千斤顶后同时充油，保持一定数　值（４　ＭＰａ）。　ｂ）腹板束ＢＴ－４试验：甲端封闭，乙端张拉。张　拉时分级升压，直至张拉控制应力：第一次按２０％　——４０％——６０％——８０％，１　００５　ｋＮ——２　０１０　ｋＮ——３　０１５　ｋＮ一４　０２０　ｋＮ），第二次、第三次和第一次一样，试验　三次后，取两端压力差的平均值。仍按上述方法，　但乙端封闭，甲端张拉，取两端三次压力差的平　均值。　ｃ）将上述两次压力差平均值再次平均，即为顶　板束孑Ｌ道摩阻力的测定值。　（３）７＃块腹板束Ｆ－７　ａ）梁的两端转千斤顶后同时充油，保持一定数　值（４　ＭＰａ）。　ｂ）腹板束ＢＴ－４试验：甲端封闭，乙端张拉。张　拉时分级升压，直至张拉控制应力：第一次按２０％　一４５％（１２６５．７ｋＮ一２８４７．８ｋＮ），第二次、第三次和　图２试验预应力束简图　２计算原理　孔道摩阻系数试验的目的是验证设计数据和　积累施工资料。由于孔道摩阻力导致预应力的损　失　。　，根据规范…，可由下式求得　ｆ１＝ｏｒ　。　［１～ｅ一‘　“　’］　（１）　式中：ｒｏ…为张拉控制应力，单位以ＭＰａ计；０为弯　曲孔道端部切线交角，以弧度计；　为直线孔道长　度，单位以ｍ计；　孔道摩阻系数；．ｉ｝一孔道偏差系数　在分级测试出预应力束张拉过程中主动端与　被动端的荷载后，通过线性回归确定管道被动端和　主动端荷载的比值，然后二元线性回归大的方法确　定预应力管道的　，　值。　根据式（１）推导ｋ和　的计算公式：设主动端压　力传感器的测试值为Ｆ　，被动端为　，由式（１）得出　Ｆ１一Ｆｚ：Ｆ１［１一ｅ一‘　ｈ’］。　即　Ｆ２＝Ｆ．ｅ一‘　。　两边取对数可得：　＋ｋｘ＝一ｌｎ（，２／Ｆ１）。　设ｚ＝一Ｉｎ（Ｆ２／Ｆ。），于是上式变为　＋ｋ—　＝０。　２２期　叶敬彬，等：预应力孔道摩阻损失试验与参数识别　对多束预应力束进行试验后，可得到　１＋　１一ｚ１＝０，　２＋ｋｘ２一　２＝０，　［ｉｘ　《　Ⅳ　“　Ⅳ　ｔ　ＺｉＯｉ。。，　Ⅳ　∑Ｏｉ　＋ｋ∑　一∑Ｚｉ￣．ｉ＝０。　解上述方程即可求出　，ｋ。　Ｎ＋ｋｘＮ—ｚＮ：ｏ　ｏ　利用最小二乘法设Ａ＝∑（ｇｏ　＋ｋｘ　—ｚ　）　，由　ＯＡ＝３试验结果分析　为得到更细更准确的参数，顶板束孔道与腹板　束孔道的偏差系数及摩阻系数分别计算，计算分析　结果见表２。　。，　ＯＡ＝。。　可得出　表１试验结果　注：ＺＴ－２一ｎ表示ＺＴ－２钢束第ｎ次试验，其他依此类推　科表２东江南特大桥摩阻试验测试结果　学技术与工程　９卷　面、÷Ｌ处断面、合拢处断面均埋置了传感器。利用　斗　埋置好的传感器进行应变跟踪测试，分离出收缩徐变　应变后得到弹性应变，再反算出弹性应力，得到结构　弹性应力实测值，并将实测值与理论值作对比分析，　把握施工过程中桥梁的实际受力状态。　目前，该桥浇筑到７｝｝块梁段。在得到实测孔道　从计算结果可以看出，腹板束与顶板束的孔道偏　差系数都远大于规范值０．００１　５，且顶板束的孔道偏差　系数最大，这是由于顶板束在竖弯的同时还有着不小　的平弯；顶板束的孔道摩阻系数很小，远小于规范值　０．１５～０．１７，这是由于顶板束竖弯不明显；腹板束由于　竖弯很大，孑Ｌ道摩阻系数比规范值０．１５～０．１７略大。　可知，实测管道偏差系数　与孔道摩阻系数／ｘ　与设计值不　胎，须作出修正。　偏差系数与摩阻系数之前，应力实测值与理论值相　差稍大，经分析，认为可能原因有二：一是实际梁段　超重；二是预应力偏小。而预应力偏小很可能是由　于实际孔道偏差系数与摩阻系数偏大。　现既已参数识别，对理论计算模型进行系数修　正，分别修正顶板束与腹板束的孔道偏差系数与摩　阻系数。以该桥一主墩的箱梁根部断面的顶板应　５参数识别与修正　为对该桥的施工控制提供理论指导，得出其施　工阶段的理论应力与理论挠度，对该桥采用通用有　限元软件ＭＩＤＡＳ利用空间梁单元进行建模分析，按　照过程划分施工阶段，进行施工阶段分析与有限元　力为例，将实测值与原理论值、修正后理论值作对　比。其中，应力零点选择在１｝≠块浇注水泥后，张拉　预应力之前。对比结果见表３和图４　从对比结果可以看出，进行参数识别修正后，　实测值与理论值更为接近。　计算。计算模型依照施工图设计对梁段及主墩柱　单元进行合理的划分。　通过上述试验分析，结合实际，建议该桥继续　施工过程中，采取以下措施减小孔道摩阻损失或补　足有效预应力，以建立设计要求的预应力值：　蠢　一　｝ｉ　§　（１）预应力筋在编束时，应梳理顺直、绑扎牢　固，防止相互缠绕；　（２）波纹管直径可按正常情况放大一号选用，　以减／Ｊ，￣Ｌ道填充量；　图３成桥状态下桥梁模型立体图　在悬浇过程中，悬臂长度不断增加，悬臂根部受　（３）有条件的情况下，锚固前增加张拉持荷时　间和反复张拉以减／Ｊ，￣Ｌ道摩擦损失；　到的弯矩不断加大，悬浇过程的不完全对称施工使悬　臂根部的受力更加复杂。因此，在箱梁的根部附近断　表３应力对比　２２期　日　＼覃ＪＲ　叶敬彬，等：预应力孔道摩阻损失试验与参数识别　Ｃ　ｌ　２　３　４　５　６　（４）跨中区段，张拉设计中预备的预应力筋，同时　适当增加预应力筋数量，以弥补有效预应力的不足　。　同时，在之后的施工控制过程中，对之后梁段的预　６结论　估算预应力的摩擦损失是设计过程与施工过　程中的一个关键问题，因此，通过对大跨度预应力　混凝土梁桥进行孔道摩阻损失试验，得到准确的预　应力摩阻损失，是很有必要的。　抛高值适当增大，以抵消因预应力不足而产生的挠度。　０　－１　２　３　４　５　ｆ　室。２　ｊ型．３　Ｒ　＿４　－・实测值　修正前　修正后　在大跨度预应力混凝土梁桥施工中，应力测试　是监测监控的重要手段之一。该桥通过应力测试，　得出预应力不足的可能性，再通过孔道摩阻损失试　验，得出实际孔道摩阻系数与偏差系数偏大，从而　工况　５　６　．（ａ）主跨侧顶板弹性应力变化图　验证了这个可能。以此进行参数识别，修正理论计　算模型，得到与实际情况更为接近的计算应力值，　ｌ　２　３　４　５　再以此为基础，对该桥的施工操作作出建议，确保　＋实测值　修正前　修正后　施工质量。　参考文献　１　ＪＴＧＤ６２－－２００４公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范．　工况　北京：人民交通出版社，２００４　（ｂ）边跨侧顶板弹性应力变化图　２涂杨志，张开银，张世飙，等．大跨度Ｐｃ桥　Ｌ道摩阻偏差系数试　验研究．公路交通科技，２００３；（６）：４５—４８　图４应力对比　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｌｏｓｓ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｄｕｓｔ　ａｎｄ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ＹＥ　Ｊｉｎｇ—ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｎａｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５０１６４０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｎ　ａ　ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆ０ｒ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｄｕｓｔ　ａｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　ｔｆｈｅ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｄｕｓｔ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｍａｄｅ，ａｎｄ　ｆｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ａｍｅｎｄｅｄ．Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｍａｄｅ，　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｆｉｒｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ