預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)孔道摩擦損失系數(shù)的測定

隨著工程建設(shè)數(shù)量的日益增加，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)越來越廣泛地得到應(yīng)用，尤其后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)近年來在橋梁、巖土、建筑等領(lǐng)域大顯其能。在后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁中，預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉錨固作業(yè)是通過在預(yù)應(yīng)力預(yù)留孔道內(nèi)穿束、張拉、錨固來完成的。但預(yù)應(yīng)力筋過程或彎曲過多都會(huì)加大預(yù)應(yīng)力筋的孔道摩阻損失，而在后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，鋼筋預(yù)應(yīng)力損失會(huì)直接關(guān)系到在正常使用狀態(tài)下的鋼筋永存應(yīng)力值的大小，因此，測量預(yù)應(yīng)力筋的摩阻力，是確保施工質(zhì)量的有效措施。

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01.影響預(yù)應(yīng)力損失的因素

通過分析，在正常使用極限狀態(tài)計(jì)算中，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)考慮由下列因素引起的預(yù)應(yīng)力損失：

①預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋與張拉臺座的溫差；

④混凝土的彈性壓縮；

⑤預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛；

⑥混凝土的收縮和徐變。

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在預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的連續(xù)多股曲線束的運(yùn)用日益增多，影響也日益增大。

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02.摩擦損失原理

摩擦損失是預(yù)應(yīng)力筋與管道或周圍接觸的混凝土之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦預(yù)應(yīng)力損失。在后張法中，預(yù)應(yīng)力筋受到張拉且與管道壁接觸時(shí)產(chǎn)生摩擦力造成預(yù)應(yīng)力損失。一般認(rèn)為預(yù)應(yīng)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(shè)位置偏差和內(nèi)壁和預(yù)應(yīng)力筋粗糙引起，其值較小，主要與接觸長度成正相關(guān)關(guān)系；二是對于曲線孔道，在張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，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(shù)μ及預(yù)應(yīng)力筋彎曲角度有關(guān)，摩擦損失值較大。

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03.摩擦損失的計(jì)算

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG 3362-2018 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失可按σl1=σcon[1-e-（μθ+kx）]計(jì)算，若準(zhǔn)確測定孔道摩阻系數(shù)，就可以準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間由摩擦而引起的預(yù)應(yīng)力損失，準(zhǔn)確計(jì)算力筋的伸長量。因此加強(qiáng)孔道摩擦損失系數(shù)的測定對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)來說極其重要。

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04.摩擦損失系數(shù)的測定方法

孔道摩擦系數(shù)測定步驟如下：

①按要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋穿束工作，在其兩端依次安設(shè)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(shí)充油至5MPa，檢查設(shè)備狀態(tài)是否正常；

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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(yīng)力（根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋束長度和千斤頂?shù)幕钊谐檀_定），記錄兩端各級壓力讀數(shù)，并測量鋼絞線伸長量及夾片外露長度。反復(fù)進(jìn)行3次，取兩端壓力差的平均值；

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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(jù)對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力束空間長度和曲線包角 ，帶入標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)公式計(jì)算k和μ。

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05.注意事項(xiàng)

在進(jìn)行孔道摩擦系數(shù)測定時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

①需提前確定好試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力束；

②波紋管安裝定位嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖施工，管道在縱向和橫向偏差上均要符合設(shè)計(jì)要求，以免影響測試精度；

③在預(yù)應(yīng)力束下料長度上的基礎(chǔ)上再增加2.5m左右的長度，以免預(yù)應(yīng)力束長度不夠而無法測試；

④預(yù)應(yīng)力筋穿引采用機(jī)械牽引，束頭用膠布纏繞以保持平順，防止戳穿管道內(nèi)壁；

⑤測試工作均需要在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求齡期進(jìn)行。

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06.結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力摩阻損失是后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力損失的主要部分之一。其取值合理與否不僅影響預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的變形，甚至影響到結(jié)構(gòu)的耐久性和承載力。另外，對預(yù)應(yīng)力損失估計(jì)不足，還會(huì)使得混凝土的實(shí)際壓應(yīng)力儲備偏低，造成大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁腹板開裂、跨中下?lián)系痊F(xiàn)象，若預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全事故。因此在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行摩擦系數(shù)μ和k的實(shí)際測定，這樣才能準(zhǔn)確算出預(yù)應(yīng)力損失，才能為設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)。