預應力混凝土結構孔道摩擦損失系數的測定

隨著工程建設數量的日益增加，預應力混凝土結構越來越廣泛地得到應用，尤其后張法預應力結構近年來在橋梁、巖土、建筑等領域大顯其能。在后張預應力混凝土結構的橋梁中，預應力鋼筋的張拉錨固作業是通過在預應力預留孔道內穿束、張拉、錨固來完成的。但預應力筋過程或彎曲過多都會加大預應力筋的孔道摩阻損失，而在后張法預應力結構中，鋼筋預應力損失會直接關系到在正常使用狀態下的鋼筋永存應力值的大小，因此，測量預應力筋的摩阻力，是確保施工質量的有效措施。

 

01.影響預應力損失的因素

通過分析，在正常使用極限狀態計算中，預應力混凝土構件應考慮由下列因素引起的預應力損失：

①預應力鋼筋與管道壁間的摩擦力；

②錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮；

③預應力筋與張拉臺座的溫差；

④混凝土的彈性壓縮；

⑤預應力筋的應力松弛；

⑥混凝土的收縮和徐變。

 

在預應力損失值中，孔道摩擦造成的損失占比很大，尤其對于超長預應力結構的連續多股曲線束的運用日益增多，影響也日益增大。

 

02.摩擦損失原理

摩擦損失是預應力筋與管道或周圍接觸的混凝土之間發生相對運動產生的摩擦預應力損失。在后張法中，預應力筋受到張拉且與管道壁接觸時產生摩擦力造成預應力損失。一般認為預應力筋與孔道間摩擦力主要一兩部分：一部分是由于孔道安設位置偏差和內壁和預應力筋粗糙引起，其值較小，主要與接觸長度成正相關關系；二是對于曲線孔道，在張拉預應力筋時，對孔道壁施加法向壓力引起的摩擦損失，與法向力、摩擦系數μ及預應力筋彎曲角度有關，摩擦損失值較大。

 

 

03.摩擦損失的計算

根據標準JTG 3362-2018 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中的規定，預應力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失可按σl1=σcon[1-e-（μθ+kx）]計算，若準確測定孔道摩阻系數，就可以準確計算預應力筋與孔道壁之間由摩擦而引起的預應力損失，準確計算力筋的伸長量。因此加強孔道摩擦損失系數的測定對預應力混凝土結構來說極其重要。

 

04.摩擦損失系數的測定方法

孔道摩擦系數測定步驟如下：

①按要求進行預應力筋穿束工作，在其兩端依次安設錨墊板、壓力傳感器、千斤頂、錨具，保證四者同心，兩端千斤頂同時充油至5MPa，檢查設備狀態是否正常；

 

②一端固定，另一端張拉，張拉按每5MPa為一級升壓，直至張拉控制應力（根據預應力筋束長度和千斤頂的活塞行程確定），記錄兩端各級壓力讀數，并測量鋼絞線伸長量及夾片外露長度。反復進行3次，取兩端壓力差的平均值；

 

③將上述3次壓力差平均值再次取平均值，即可定為管道摩擦力的測定值，再根據對應的預應力束空間長度和曲線包角 ，帶入標準中相關公式計算k和μ。

 

 

05.注意事項

在進行孔道摩擦系數測定時，需要注意以下幾點：

①需提前確定好試驗預應力束；

②波紋管安裝定位嚴格按照施工設計圖施工，管道在縱向和橫向偏差上均要符合設計要求，以免影響測試精度；

③在預應力束下料長度上的基礎上再增加2.5m左右的長度，以免預應力束長度不夠而無法測試；

④預應力筋穿引采用機械牽引，束頭用膠布纏繞以保持平順，防止戳穿管道內壁；

⑤測試工作均需要在混凝土達到設計要求齡期進行。

 

06.結束語

預應力摩阻損失是后張預應力混凝土梁預應力損失的主要部分之一。其取值合理與否不僅影響預應力混凝土構件的變形，甚至影響到結構的耐久性和承載力。另外，對預應力損失估計不足，還會使得混凝土的實際壓應力儲備偏低，造成大跨度預應力連續箱梁腹板開裂、跨中下撓等現象，若預應力損失嚴重會影響到結構的使用性能和壽命，嚴重時會導致結構安全事故。因此在預應力結構中，應在現場進行摩擦系數μ和k的實際測定，這樣才能準確算出預應力損失，才能為設計和施工提供可靠依據。