1、,鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力管道摩阻試驗方法及控制,從2006年京津城際、鄭西、武廣客運專線鐵路大規(guī)模建設(shè)開始至今，我國已建成或在建的客運專線鐵路總計有52條。,1 前言,在新建客運專線鐵路線路中，橋梁所占比例較大，部分線路橋梁比例占到50%以上，如京津城際占90%、京滬高鐵占83%，且絕大部分橋梁采用了預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁或連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。,設(shè)計混凝土梁的預(yù)應(yīng)力時，需要考慮6項預(yù)應(yīng)力損失，其中管道摩阻損失是后張梁最為主要的一項預(yù)應(yīng)力損失。 以32m預(yù)制簡支箱梁為例，按摩阻系數(shù)設(shè)計值計算到跨中截面時，管道摩阻導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失比例約為15.6%，該部分預(yù)應(yīng)力損失約占全部預(yù)應(yīng)力損失的25.8%。 以（32+48

2、+32）m混凝土連續(xù)箱梁為例，按摩阻系數(shù)設(shè)計值計算到中跨中截面時，管道摩阻導(dǎo)致曲線通長束的預(yù)應(yīng)力損失比例約為50%56%。,客運專線鐵路鋪設(shè)無砟軌道對橋梁梁體的徐變上拱要求十分嚴格。為避免后期徐變上供對軌道平順性產(chǎn)生不利影響，保證運營階段列車行駛的平穩(wěn)性和安全性，在施工終張拉階段需嚴格控制預(yù)應(yīng)力束張拉力；同時為保證梁體抗裂性能滿足設(shè)計要求，需要在施工時準確施加預(yù)應(yīng)力。因此，在箱梁施工階段應(yīng)嚴格控制預(yù)應(yīng)力管道的定位和成孔工藝，并在終張拉前進行必要的預(yù)應(yīng)力管道摩阻測試，根據(jù)實測管道摩阻系數(shù)來調(diào)整實際的張拉力。,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中提供的預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失計算公式 為：,2

3、 試驗原理和測試方法,2.1 試驗原理,依據(jù)最小二乘法原理，由計算公式推導(dǎo)到最后的方程為：,聯(lián)立解方程組即可求得和k值。,由于、k兩個參數(shù)之間存在耦合關(guān)系，因此必須測試至少2個不同設(shè)計線形的管道才能利用最小二乘法原理計算出摩阻系數(shù)值。 從計算的準確性角度考慮，每孔（片）梁盡可能選取較多的不同設(shè)計彎曲角度的管道進行摩阻測試，才能使摩阻系數(shù)實測值更為接近真實值。,預(yù)應(yīng)力束曲線空間包角的簡化計算可以采用“求和法”、“最大值法”和“綜合法”。 （1） “求和法”適用于預(yù)應(yīng)力束計算長度內(nèi)只有豎彎角度或平彎角度的情況。 （2） “最大值法”適用于預(yù)應(yīng)力束計算長度內(nèi)豎彎和平彎角度都有，但不同時彎起，其中有一

4、者的影響較小，簡化計算時可以忽略的情況。 （3） “綜合法”適用于預(yù)應(yīng)力束計算長度內(nèi)豎彎和平彎角度都有，且在同一區(qū)段發(fā)生彎起，需要同時考慮豎彎和平彎角度影響的情況。,3種簡化計算方法中“綜合法”計算較為合理。“綜合法”計算空間包角的常用簡化計算公式以下有2種：,（1）,（2）,采用 公式（1）和（2）計算空間包角時的相對誤差很小，實際工程計算時采用公式（1）或（2）均可。,表1簡支箱梁空間包角計算比對,2.2測試方法,簡支梁和連續(xù)梁的測試方法基本相同。,（1）簡支梁管道摩阻測試,（2）連續(xù)梁管道摩阻測試,圖2 連續(xù)梁管懸臂施工階段道摩阻測試示意圖,圖3 連續(xù)梁通長束管道摩阻測試示意圖,我國鐵路

5、橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中明確規(guī)定：由于預(yù)應(yīng)力筋與錨圈口之間的摩擦及預(yù)應(yīng)力筋在錨下墊板喇叭口處因彎折產(chǎn)生摩擦而引起的應(yīng)力損失應(yīng)根據(jù)試驗確定 。,3錨口+喇叭口摩阻測試方法,試驗采用一端張拉，試驗張拉控制力為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的 （ 為鋼絞線的總面積）。,后張法施工的預(yù)應(yīng)力梁管道成型方式主要有3種：橡膠管抽芯成型、預(yù)埋金屬波紋管和預(yù)埋鐵皮套管。 因梁體結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)工藝的不同，采用的預(yù)應(yīng)力管道成型方式也不同。,4預(yù)應(yīng)力管道成型方式,預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力管道主要是采用橡膠管抽芯成型。橡膠抽拔棒常見的定位方式有以下3種：,（1）井字形 （2）圓環(huán)形 （3）形,我國現(xiàn)行各種規(guī)范中對預(yù)應(yīng)力管道摩阻系

6、數(shù)取值有所不同 ，未能形成統(tǒng)一的規(guī)范值。,5摩阻系數(shù)規(guī)范值,表2管道摩阻系數(shù)規(guī)范值,近5年時間內(nèi)，鐵科院對37條客運專線鐵路中172個梁場的622孔32m、24m簡支箱梁和34條客貨共線鐵路中60個梁場的98片32m、24m簡支T梁進行了預(yù)應(yīng)力管道摩阻測試，并對測試結(jié)果進行了分類統(tǒng)計 。,6測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析,管道摩擦系數(shù),管道偏差系數(shù),圖6時速350km 32m簡支箱梁（橡膠抽拔棒）摩阻系數(shù)統(tǒng)計,管道摩擦系數(shù),管道偏差系數(shù),圖7時速350km 32m簡支箱梁（金屬波紋管）摩阻系數(shù)統(tǒng)計,圖8時速350km 24m簡支箱梁摩阻系數(shù)統(tǒng)計,圖9時速300km 32m簡支箱梁摩阻系數(shù)統(tǒng)計,圖10時速2

7、50km 32m簡支箱梁摩阻系數(shù)統(tǒng)計,圖11時速200km 32m簡支T梁摩阻系數(shù)統(tǒng)計,圖12時速160km 32m簡支T梁摩阻系數(shù)統(tǒng)計,表3管道摩阻測試結(jié)果分析,圖13時速350km 32m簡支箱梁（橡膠抽拔棒）摩阻系數(shù)分布,（1）管道摩擦系數(shù)主要分布在0.560.65的區(qū)間內(nèi)； （2）管道偏差系數(shù) k 主要分布在0.003510.0045的區(qū)間內(nèi)。,圖14時速250km 32m簡支箱梁（橡膠抽拔棒）摩阻系數(shù)分布,（1）管道摩擦系數(shù)主要分布在0.560.60的區(qū)間內(nèi)； （2）管道偏差系數(shù) k 主要分布在0.002510.0035的區(qū)間內(nèi)。,通過對管道摩阻測試結(jié)果的分類統(tǒng)計分析：目前客運專線鐵

8、路32m、24m預(yù)制簡支箱梁預(yù)應(yīng)力管道采用橡膠管抽芯成型方式時，實測下來的管道摩阻系數(shù)普遍都大于設(shè)計值，能夠做到接近設(shè)計值或小于設(shè)計值的梁場也就10%左右。采用橡膠棒這種定位方式，大部分箱梁梁場做的不是很到位，施工工藝不夠精細；而采用金屬波紋管成型管道方式的預(yù)制箱梁或現(xiàn)澆箱梁的管道摩阻系數(shù)實測值基本都比設(shè)計值小，能夠滿足設(shè)計要求。,本文實測數(shù)據(jù)中，有少數(shù)箱梁出現(xiàn)實測摩阻值比設(shè)計偏大較多的情況，按實測摩阻系數(shù)換算到跨中截面時，預(yù)應(yīng)力損失比設(shè)計偏大10%以上，導(dǎo)致實際張拉應(yīng)力超過了設(shè)計可調(diào)整的最大張拉應(yīng)力，最后只能采取在原有根數(shù)的基礎(chǔ)上增加預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量的方法來保證梁體預(yù)應(yīng)力達到設(shè)計要求。另外，也有

9、個別簡支梁出現(xiàn)降級使用的情況。,7預(yù)應(yīng)力施工中常見問題,對于預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，預(yù)應(yīng)力張拉是施工過程中的關(guān)鍵工序。施工過程中常見的問題有以下幾個方面： 1. 張拉控制荷載與伸長量的問題。施工技術(shù)指南規(guī)定的鋼絞線實測伸長量和計算伸長量允許偏差是6%，實際施工時經(jīng)常出現(xiàn)超差現(xiàn)象，主要原因有： 計算時采用的單根鋼絞線彈性模量通常要高于多根鋼絞線編成束后的彈性模量，會導(dǎo)致計算值偏小。 測量方法不正確，尤其是經(jīng)過初張拉后再進行終張拉的預(yù)應(yīng)力束，計入或扣除的回縮量出現(xiàn)錯誤；另外，從工作錨至工具錨之間鋼絞線自由長度的伸長量需從實測值中扣除。 梁體中不同彎曲角度的各個管道的摩阻值并不相同，實測給出的平均管道摩

10、阻系數(shù)和管道偏差系數(shù)是對梁整體結(jié)構(gòu)的綜合參數(shù)，不同的管道會有偏差；另外，不同施工階段管道成型控制的偏差也會帶來影響。,2. 預(yù)應(yīng)力束張拉速度的控制沒有約束，目前的張拉速度普遍偏快。張拉速度控制以預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量不超過200MPa/min比較合適。以常用的32m預(yù)制簡支梁為例，終張拉時間宜控制在68min。 3. 兩端對稱張拉時同步伸長的問題。通過采用先進的自動張拉設(shè)備來保證兩端伸長量的同步，以滿足技術(shù)條件中的要求。 4. 超張拉和錨固靜停時間的問題。超張拉是針對弗式錨和普通松弛預(yù)應(yīng)力筋而制定的要求，現(xiàn)鐵路橋梁采用的均為低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，如果進行了超張拉，將放松不到設(shè)計控制荷載，故不允許超張

11、拉。高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南要求的靜停時間為5分鐘，但此規(guī)定當時也是針對普通松弛預(yù)應(yīng)力筋而提出的，對于低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，相對合理的靜停時間宜為2分鐘，該時間可以讓同一束內(nèi)各根鋼絞線的應(yīng)力變化均勻。,8結(jié)論,（1）預(yù)應(yīng)力梁管道摩阻系數(shù)實測值是通過對多個預(yù)應(yīng)力管道的測試而求得的一個平均效果值，并不是每個管道自身真實的摩阻系數(shù)，所以取用這個平均的摩阻系數(shù)對單個管道計算伸長量時，會和該管道的實測伸長量產(chǎn)生一定誤差。 （2）對于預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，采用橡膠管抽芯成型的預(yù)應(yīng)力管道，因影響因素較多，摩阻系數(shù)的離散性比較大，不宜控制；而采用金屬波紋管成型的預(yù)應(yīng)力管道，摩阻系數(shù)比較穩(wěn)定，一般情況下可小于設(shè)

12、計值。 （3）當現(xiàn)澆簡支梁或連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力管道設(shè)計為金屬波紋管成型時，管道摩阻系數(shù)設(shè)計值建議統(tǒng)一取用鐵路規(guī)范中規(guī)定值的上限值，這樣可以為后續(xù)依據(jù)實測摩阻系數(shù)調(diào)整張拉應(yīng)力時留下較大的應(yīng)力富余量。,（4）從大量的實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析看，客運專線鐵路的多數(shù)制梁場在預(yù)應(yīng)力管道施工方面的精細化程度還不夠，主要表現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力管道初始定位不準確、橡膠棒和定位網(wǎng)片之間固定不牢靠，這些因素均會使預(yù)應(yīng)力管道的實際位置和設(shè)計位置產(chǎn)生較大偏差，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管道的線形和平順性較差。當灌筑完梁體混凝土后，如在靜停較短的時間后即抽拔橡膠棒，由于管道內(nèi)壁的水泥還沒有完全硬化，此時橡膠棒的抽出必將會增大管道內(nèi)壁的粗糙度，即增大了管道摩擦系數(shù)，嚴重的會出現(xiàn)塌孔或縮頸的情形，所以應(yīng)合理掌握