摩阻試驗方案

2021-03-04 09:36:39 字數 4053 閱讀 8748

(1)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規範》tb10002.3-2005;

(2)《通橋(2008)2224a-ⅰ》施工圖;

(3)相關計算資料。

客運專線鐵路 32 公尺預應力混凝土簡支箱梁為後張法預應力混凝土結構,縱向預應力筋為1×7-15.2-1860-gb/t5224-2003,公稱直徑15.2mm,抗拉強度為1860mpa,彈性模量為1.

95×105mpa,管道形成採用直徑為80mm或90mm的抽拔管。

本次試驗包括管道摩阻試驗、錨口與喇叭口摩阻試驗。選擇製好的兩孔箱梁進行管道摩阻試驗,錨口摩阻加喇叭口摩阻試驗在試件進行。管道摩阻試驗的試驗每孔箱梁選擇了未初張拉的六條管道(2n2b、n4、n5、n8、n9)進行,通過測定張拉束主動端與被動端實測壓力值,根據規範規定的公式計算摩擦係數μ和偏差係數k 。

選擇9、12孔群錨錨具在混凝土試件上進行錨口與喇叭口摩阻試驗。主要測定錨口與喇叭口的摩阻損失,根據主動端與被動端的差值計算錨口與喇叭口的摩阻損失。

預應力摩阻測試包括錨口摩阻、管道摩阻、喇叭口摩阻三部分。摩阻測試的主要目的一是可以檢驗設計所取計算引數是否正確,防止計算預應力損失偏小,給結構帶來安全隱患;二是為在施工提供可靠依據,以便更準確地確定張拉控制應力和力筋伸長量;三是可檢驗管道及張拉工藝的施工質量;四是通過大量現場測試,在統計的基礎上,為規範的修改提供科學依據。

後張法張拉時,由於梁體內力筋與管道壁接觸並沿管道滑動而產生摩擦阻力,摩阻損失可分為彎道影響和管道走動影響兩部分,理論上講,直線管道無摩擦損失,但管道在施工時因震動等原因而變成波形,並非理想順直,加之力筋因自重而下垂,力筋與管道實際上有接觸,故當有相對滑動時就會產生摩阻力,此項稱為管道走動影響(或偏差影響、長度影響)。對於管道彎轉影響除了管道走動影響之外,還有力筋對管道內壁的徑向壓力所產生的摩阻力,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,而曲線管道的摩阻損失有兩部分組成,因此比直線管道大的多。

根據《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規範》tb10002.3-2005第6.3.4 條規定,後張法構件張拉時,由於鋼筋與管道間的摩擦引起的應力損失按下式計算:

平面曲線和空間曲線力筋的管道摩阻損失的計算公式統一為:

1)式中: 為力筋張拉端曲線的切線與計算截面曲線的切線之夾角,稱為曲線包角;

為從張拉端至計算截面的管道長度,一般可取在水平面上的投影長度;

為力筋與管道壁之間的摩擦係數,為考慮管道對其設計位置的偏差係數。

曲線包角的實用計算以綜合法的計算精度較好,其表示式為:

2)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;

(3)測試資料的處理

根據圖1測試原理,設張拉端壓力感測器測試值為,被動端壓力感測器測試值為,此時為管道長度,為管道全長的曲線包角,考慮式(1)兩邊同乘以預應力鋼筋的有效面積,則式(1)可寫為:

3)兩邊取對數可得:

4)一般情況下,制梁現場均採用一種制孔方法,或所測試的管道均為一種制孔方法,這時管道質量比較均勻,可以不考慮摩阻係數和的變異,利用最小二乘原理,試驗誤差最小時的和應使下式取得最小值:

5)故有:

6)式中:為第i個管道對應的值,為第i個管道對應的力筋空間曲線長度(m),為第i個管道對應的力筋空間曲線包角(rad),為實際測試的管道數目,且不同線形的力筋數目不小於2。

實際測試的資料代入式(6),聯立求得摩阻係數和。

管道摩阻常規測試方法以主被動千斤頂法為主,該方法主要存在測試不夠準確和測試工藝等問題。其一由於千斤頂內部存在摩擦阻力,雖然主被動端交替測試可消除大部分影響,但仍存在一定的影響;其二千斤頂主動和被動張拉的油表讀數是不同的,需要在測試前進行現場標定被動張拉曲線;其三在測試工藝上,力筋從喇叭口到千斤頂張拉端的長度不足,使得力筋和喇叭口有接觸,產生一定的摩擦阻力,也使得測試資料報含了該部分的影響。為解決上述問題,我們改進了測試方法,取得了良好的效果。

圖1 管道摩阻測試原理

為保證測試資料的準確,使用壓力感測器測取張拉端和被張拉端的壓力,不再使用千斤頂油表讀取資料的方法。為保證所測資料準確反映管道部分的摩阻影響,在感測器外採用約束墊板的測試工藝,其測試原理如圖1所示。

該測試方法與常規測試方法比較主要特點如下:

(1) 測試原理正確:圖中約束墊板的圓孔直徑與管道直徑基本相等,如此可使力筋以直線形式穿過喇叭口和壓力感測器,力筋與二者沒有接觸,所測資料僅包括管道摩阻力,保證了管道摩阻損失測試的正確性。而常規測試中所測摩阻力包括了喇叭口的摩阻力,測試原理上存在缺陷。

(2) 資料準確可靠:採用穿心式壓力感測器提高了測試資料的可靠性和準確性,不受張拉千斤頂的影響。

(3) 安裝簡單,拆卸方便:實測中僅使用乙個千斤頂,被動端不再安裝千斤頂,使得測試安裝工作量大為減小。實測時預先將千斤頂油缸略加頂出,以便拆卸張拉端夾片;被動端夾片的拆卸待張拉千斤頂回油後,搖晃力筋即可拆卸夾片。

(4) 力筋可正常使用:從喇叭口到壓力感測器外端,力筋與二者沒有接觸,不會對這部分力筋造成損傷,即兩個工作錨之間的力筋沒有損傷,可以正常使用。

具體試驗步驟如下:

(1)試驗時採用單端張拉,張拉前應標定好試驗用的千斤頂和高壓油幫浦,並在試驗中配套使用,以校核感測器讀數。

(2)從10%張拉控制拉力開始,荷載分8級張拉至設計張拉力,每個管道張拉兩

次(以第一次為準,第二次作複核用)。試驗時根據千斤頂油表讀數控制張拉荷載級,並校核資料,以確保試驗結果的可靠性。

(3)試驗採用兩台壓力感測器,分級測試預應力束張拉過程中主動端與被動端的荷載數值,通過線性回歸確定管道被動端和主動端荷載的比值,然後利用二元線性回歸的

方法確定預應力管道的k、μ值。

(4)鋼束伸長量和夾片外露量通過直鋼尺測量。

由於張拉過程中力筋不可避免的與喇叭口和錨圈口接觸並發生相對滑動,必然產生摩擦阻力,而這些摩擦阻力包括在張拉控制應力中。設計規範中給出了參考值,設計採用的喇叭口和錨圈口摩阻損失之和為張拉控制應力的6%,錨圈口摩阻與喇叭口摩阻需要進行現場實測。

錨口加喇叭口摩阻試驗在混凝土試件上進行,截面中心處的預應力管道為直管道(φ80mm、φ90mm),成孔方式及錨具、錨墊板與箱梁採用的完全相同。測試時需採用工作狀態的錨頭(安裝夾片),試驗採用單端張拉方式,在試件兩端分別安裝千斤頂,被動端測試前首先張拉,以便完成測試後進行退錨。試驗時示意圖見圖2。

試驗時千斤頂分兩次直接張拉至 ptk p 0.8 f a (ap-9、12 根鋼絞線的面積),分別讀取主動端和被動端感測器讀數。

圖2 喇叭口和錨圈口損失測試原理

在測試過程中需注意及準備以下事項:

(1) 提前計算好每級荷載(10.00%、21.25%、32.

50%、43.75%、55.00%、66.

25%、77.50%、88.75%、100.

00%)對應油表讀數。分級測試時,要求油幫浦操作人員控制好每級荷載,在壓力顯示值穩定後,迅速讀取主、被動兩端讀數。

(2) 管道摩阻試驗最後一級荷載根據油缸最大行程不超過 195mm 控制(現場和施工單位協商,也可190mm)。

(3) 摩阻試驗前,被動端油缸應預留行程至少 150mm 左右,以便退錨。

(4) 錨口加喇叭口摩阻試驗,工作夾片退錨方法應提前和施工人員協商。

(5) 一次測試迴圈完成後,應對整個測試系統進行仔細檢查,包括安裝感測器位置是否偏心偏離,千斤頂油幫浦等是否狀態良好,鋼絞線是否出現問題等,之後擱置約十分鐘左右,方可進行下次測試。

(6) 摩阻試驗時箱梁混凝土強度需達到設計值的80%以上,試驗前要對管道進行清孔,對錨墊板及錨穴內平面整理清平,安裝感測器時需保證感測器位置準確,且垂直於錨墊板,以保證試驗資料準確性。

(7) 現場需提供電源、倒鏈、操作平台;安排技術人員 1~2 人(指導工人操作、

協助記錄資料),工人6~8 人(能夠熟練進行裝卸千斤頂、退錨等工作)配合試驗。

(8) 根據摩阻試驗示意圖,試驗管道鋼絞線需提前下料,下料長度滿足要求,鋼束切割整齊。

(9) 試驗過程中,所有試驗人員注意安全,千斤頂前方及側前方禁止有人員活動。

(10) 用作錨口及喇叭口試驗的試件應採用與主梁相同混凝土標號、相同製造工藝預製,並配置適當數量的鋼筋,防止區域性受壓破壞;管道平直,與錨墊板管口同心,介面處無錯臺,否則無法取得理想試驗結果。

(11) 準備游標卡尺 1 把(量取錨墊板限位深度、鋼絞線直徑)。

注意:被測試的孔道只穿相應的鋼絞線,而不安裝工作錨具和夾片;鋼絞線的下料長度:工作長度+70cm×2。

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