桥梁T构塑料波纹管成孔预应力摩阻损失现场测试及研究

卢和生

摘要：文章对在施工现场实测预应力摩阻损失的方法，数據的二元线性回归分析法处理及分析等作了阐述。

Abstract： In this paper， the methods of measuring the prestress friction loss in the construction site and the two linear regression analysis and processing of the data are described.

关键词：预应力；塑料波纹管管道；摩阻损失测试；线性回归法

Key words： prestress；plastic corrugated pipe；friction loss test；linear regression method

中图分类号：TU528.041 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0143-03

0 引言

在桥梁预应力施工时，常因实际摩阻损失值与理论计算值之间存在差异，导致施加予桥梁的有效实际预应力低于或超出设计值，施加的预应力超出或不足均对桥梁结构的正常安全使用留下隐患。因此准确测定现场实际摩阻损失，确保按设计要求将有效预应力施加给结构物尤为重要。

施工时通常按规范规定的取值及结合经验进行预应力摩阻损失的理论计算。但实践经验表明，依靠理论计算所得的摩阻损失值往往与实际摩阻损失值存在较大误差。原因在于：在结构物混凝土预应力工程施工时，因操作人员施工工艺、技术水平的不同及受现场施工条件等各种因素的影响，预应力管道成孔质量与设计要求及其它施工项目存在或多或少的差异，其预应力摩阻损失也必然不同，如果仅简单地按理论方法及以往经验取值进行摩阻损失的分析计算，是不能真实反映现场施工实际摩阻损失情况的。

可见，管道摩阻损失估算的正确程度对预应力混凝土结构的使用安全造成很大影响。所以在施工中对预应力结构的摩阻损失进行实际测定，是确保预应力结构施工质量及安全使用的必要措施。本文件结合作者在四川汶马高速施工时，进行桥梁上部T构梁体塑料波纹管成孔的预应力摩阻损失测试实验研究，对实测预应力摩阻损失的方法，采用二元线性回归分析法处理分析数据，及测试中采取的一些技术要点等作了阐述，以期给读者一些启示。

1 工程概况

二八三桥桥跨布置为4×30m简支箱梁+（2×65m）预应力钢筋砼T型刚构+1×20m简支箱梁，桥梁全长294.6m。主跨的上构T构梁体采用单箱室、变高度、变截面结构形式。主墩处梁体高750cm；梁体箱宽450cm，顶宽700cm；顶板厚度60cm，底板及腹板厚度70cm。

预应力采用高强度低松驰？准j15.24mm（单根截面积1.419cm2）钢绞线，标准强度fpk=1860MPa。顶板纵向预应力每束12根，腹板及底板纵向预应力每束19根，均采用高密度聚乙烯塑料波纹管成孔。预应力束采用群锚锚具，两端张拉。

设计建议采用的塑料波纹管的管道摩阻系数μ=0.12，偏差系数k=0.025。但施工实践表明，设计理论值往往与实际相差较大，有必要进行现场摩阻系数的测定，据以调整预应力施工的技术参数及将来给塑料波纹管预应力的设计提供科学数据。

2 试验原理

2.1 摩阻力产生原因及分类

摩阻损失主要由管道曲线影响及直线偏差影响组成。在理想状态下，直线管道不会产生摩阻损失，但实际施工时，直线管道并非理想的直线，而呈现波形，且预应力筋在重力作用下下垂而与管道壁有触碰，故张拉时会因相对移动产生摩阻力，叫直线偏差影响。此外，在曲线处的预应力钢束因对管道壁的径向压力而产生的摩阻力，叫曲线影响，其值随着弯曲角度的增大而增加。以上摩阻损失采用摩阻系数μ和偏差系数k来表示。

2.2 测试的目的及方法

2.2.1 测试方法

本项目采用塑料波纹管，虽然塑料波纹管摩阻系数μ和偏差系数k有设计建议的理论值（设摩阻系数μ=0.12，偏差系数k=0.0025），但是塑料波纹管的应用较少，时间不长，很有必要对理论值进行试验验证，为预应力设计及施工提供参考，确保现场预应力施工的质量控制。

采用《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）所提供的摩阻力测试方法进行试验，如图1所示。

2.2.2 本项目采用测试方法在技术及经济上的优势

①锚板圆孔的直径及设置位置与压力传感器完全相同，这样可以确保预应力张拉试验时钢束在喇叭口及压力传感器段为直线，预应力钢束不触碰与喇叭口及压力传感器，测试所得数据仅含管道的摩阻损失（无锚口和喇叭口摩阻损失），有效确保摩阻力测试数据的准确性。

②因预应力钢束与喇叭口及压力传感器间无触碰，故此段钢束不会产生损伤，在摩阻测试试验后钢束还可正常使用，避免了浪费。

2.2.3 摩阻损失的测试方法

①首先设定一端作为主动端，则另一端即为被动端，在固定端安装一台YCW100B-100型张拉千斤顶及工作锚、WTP215型压力传感器。主动端安装1～3台YCW100B-100型张拉千斤顶（因部分预应力钢束较长，其张拉伸长量也相应增大而超过单台千斤顶的行程，为了避免在测试过程中换油顶而影响测试精度及拖延进度，故根据钢束计算伸长量值采取多台千斤顶串联。）

②在两端同时按设计张拉控制值的10%进行初张拉，进行压力传感器及油表读数的记录。

③主动端继续持荷，一次或分级张拉至设计张拉控制值的100%，并进行压力传感器及油表读数的记录。

④按如上程序再反复进行2次测试。

⑤交换主动端与被动端，按上述程序进行测试。

⑥每个管道两端压力差的测试数值为6组，取其平均值作为该项管道的摩阻损失。

2.3 摩阻损失测试管道的选择

本项目塑料波纹管管道摩阻损失测试选择的管道对象为2号、3号及4号块中的腹板处纵向钢束。所选择的预应力钢绞线参数如表1，结构位置如图2所示。

2.4 摩阻损失计算

2.4.1 计算摩阻损失的公式

式中：ci为第i个管道测试结果对应的ln（Pz/Pb）值。Pz为主动端压力传感器测试读数，Pb为被动端压力传感器测试读数；li为第i个管道的预应力钢束的空间曲线长度（m）；θi为第i个管道钢束全长的空间曲线包角（弧度）；n为一次摩阻测试所采集的管道数量，为确保数所准确，要求不同类型管道数量不低于2个。

3 摩阻系数计算过程

3.1 采用线性回归法求取Pz/Pb值

因在测试过程存在各种影响因素，如果数据数量太少，其结果受偶然因素的影响而有可能出现较大偏差，为了减少偏差，本次测试预应力张拉按20%、40%、60%、80%、100%分级进行，每个管道分级张拉的拉力测试所得合理有效数据（共6组）取平均值后列于表2。

对于每个管道的分级张拉的多组数据运用数理统计中的线性回归分析法求取Pz/Pb值。如图3、4、5及表2所示。

3.2 摩阻系数求解

3.3 测试结果分析

①摩阻损失测试结果为管道摩阻系数μ=0.1298和偏差系数k=0.00198，该值在规范所规定的合理值范围内，表明测设结果是合理可靠的。该测试数据为桥梁上构T构的预应力张拉值的计算提供了实测依据，达到了本次摩阻损失测试的目的。②实测的摩阻系数μ=0.1298，说明设计建议采用的摩阻系数偏低。③实测的偏差系数k=0.00198，較设计建议值要偏低，说明管道顺直，偏差不大，现场管道定位质量及施工工艺水平达到或超过了设计及规范要求。

4 结束语

本文结合作者的施工实践，详细阐述了进行现场摩阻力测试及采用二元线性回归分析法对测试所得数据进行分析及处理的方法及要点。上述方法能够准确获知预应力摩阻损失的实际情况，施工时根据实测所得的摩阻系数和偏差系数进行预应力施加值的调整，有效控制预应力的施加，从而确保上构梁体的预应力张拉质量，保证了预应力梁体结构的安全。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通部.JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011，08.

[2]朱尔玉，董德禄.现代桥梁预应力结构[M].北京：北京大学出版社，2012，01.

[3]罗永海.桥梁预应力管道摩阻、锚口摩阻和喇叭口摩阻测试研究[J].企业科技与发展，2012（12）.