预应力混凝土结构孔道摩擦损失系数的测定

随着工程建设数量的日益增加，预应力混凝土结构越来越广泛地得到应用，尤其后张法预应力结构近年来在桥梁、岩土、建筑等领域大显其能。在后张预应力混凝土结构的桥梁中，预应力钢筋的张拉锚固作业是通过在预应力预留孔道内穿束、张拉、锚固来完成的。但预应力筋过程或弯曲过多都会加大预应力筋的孔道摩阻损失，而在后张法预应力结构中，钢筋预应力损失会直接关系到在正常使用状态下的钢筋永存应力值的大小，因此，测量预应力筋的摩阻力，是确保施工质量的有效措施。

 

01.影响预应力损失的因素

通过分析，在正常使用极限状态计算中，预应力混凝土构件应考虑由下列因素引起的预应力损失：

①预应力钢筋与管道壁间的摩擦力；

②锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩；

③预应力筋与张拉台座的温差；

④混凝土的弹性压缩；

⑤预应力筋的应力松弛；

⑥混凝土的收缩和徐变。

 

在预应力损失值中，孔道摩擦造成的损失占比很大，尤其对于超长预应力结构的连续多股曲线束的运用日益增多，影响也日益增大。

 

02.摩擦损失原理

摩擦损失是预应力筋与管道或周围接触的混凝土之间发生相对运动产生的摩擦预应力损失。在后张法中，预应力筋受到张拉且与管道壁接触时产生摩擦力造成预应力损失。一般认为预应力筋与孔道间摩擦力主要一两部分：一部分是由于孔道安设位置偏差和内壁和预应力筋粗糙引起，其值较小，主要与接触长度成正相关关系；二是对于曲线孔道，在张拉预应力筋时，对孔道壁施加法向压力引起的摩擦损失，与法向力、摩擦系数μ及预应力筋弯曲角度有关，摩擦损失值较大。

 

 

03.摩擦损失的计算

根据标准JTG 3362-2018 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的规定，预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失可按σl1=σcon[1-e-（μθ+kx）]计算，若准确测定孔道摩阻系数，就可以准确计算预应力筋与孔道壁之间由摩擦而引起的预应力损失，准确计算力筋的伸长量。因此加强孔道摩擦损失系数的测定对预应力混凝土结构来说极其重要。

 

04.摩擦损失系数的测定方法

孔道摩擦系数测定步骤如下：

①按要求进行预应力筋穿束工作，在其两端依次安设锚垫板、压力传感器、千斤顶、锚具，保证四者同心，两端千斤顶同时充油至5MPa，检查设备状态是否正常；

 

②一端固定，另一端张拉，张拉按每5MPa为一级升压，直至张拉控制应力（根据预应力筋束长度和千斤顶的活塞行程确定），记录两端各级压力读数，并测量钢绞线伸长量及夹片外露长度。反复进行3次，取两端压力差的平均值；

 

③将上述3次压力差平均值再次取平均值，即可定为管道摩擦力的测定值，再根据对应的预应力束空间长度和曲线包角 ，带入标准中相关公式计算k和μ。

 

 

05.注意事项

在进行孔道摩擦系数测定时，需要注意以下几点：

①需提前确定好试验预应力束；

②波纹管安装定位严格按照施工设计图施工，管道在纵向和横向偏差上均要符合设计要求，以免影响测试精度；

③在预应力束下料长度上的基础上再增加2.5m左右的长度，以免预应力束长度不够而无法测试；

④预应力筋穿引采用机械牵引，束头用胶布缠绕以保持平顺，防止戳穿管道内壁；

⑤测试工作均需要在混凝土达到设计要求龄期进行。

 

06.结束语

预应力摩阻损失是后张预应力混凝土梁预应力损失的主要部分之一。其取值合理与否不仅影响预应力混凝土构件的变形，甚至影响到结构的耐久性和承载力。另外，对预应力损失估计不足，还会使得混凝土的实际压应力储备偏低，造成大跨度预应力连续箱梁腹板开裂、跨中下挠等现象，若预应力损失严重会影响到结构的使用性能和寿命，严重时会导致结构安全事故。因此在预应力结构中，应在现场进行摩擦系数μ和k的实际测定，这样才能准确算出预应力损失，才能为设计和施工提供可靠依据。