例谈管道摩阻损失试验

一、 前言

随着现代预应力技术的发展，预应力混凝土在土木工程中的应用越来越广泛，特别是是桥梁结构使用预应力技术更为普遍，且采用后张法所占比例很高。然而在预应力混凝土结构中，预应力损失值直接关系到预应力钢筋中的有效预应力是否满足结构使用阶段的要求。预应力混凝土梁的管道摩阻损失是预应力损失中的主要部分之一，对它的准确估计与计算将关系到预应力筋中的有效预应力是否能满足施工需要。

二、管道摩阻试验原理

预应力箱梁采用后张法张拉工艺时，预应力钢筋布置一般分为直线布置和曲线布置两种。因此管道摩阻引起的预应力损失可分为长度影响和弯道影响，即管道偏差效应和曲率效应。理论上讲，直线管道无摩擦损失，但由于施工时因振动等原因而使管道变成波形，加之预应力筋因自重下垂，与管道有实际接触，故当张拉预应力筋有相对滑动时就会产生摩阻力，此项称为管道走动影响（或偏差影响、长度影响） 。对于管道弯转影响除了管道走动影响之外，还有力筋对管道内壁的径向压力所产生的摩阻力，该部分称为弯道影响，随力筋弯曲角度的增加而增加。因此曲线管道的摩擦损失应为管道偏差效应与曲率效应之和。

三、试验方法及具体操作 3.1.试验操作方法 3.1.梁体摩阻试验

试验包括管道摩阻试验、锚口和喇叭口摩阻试验。管道摩阻试验的试验每孔箱梁选择了未初张拉的六条管道（N1a、N2b、N4、N5、N8、N9）进行，通过测定张拉束主动。端与被动端实测压力值，根据规范规定的公式计算摩擦系数μ和偏差系数k。

试验按照以下步骤进行：

（1） 现场需提供电源、倒链、操作平台；安排技术人员1～2 人（指导工人操作、协助记录数据），工人6～8 人（能够熟练进行装卸千斤顶、退锚等工作）配合试验。

（2） 对心装感应器、千斤顶：对心方法为先用内对心环预置于被测试的管道口，用铅笔在圈外环划圈，安装时内对心环对准划圈位置。等同于张拉装顶，区别在于安装组件顺序，内不安装工作锚具，具体安装顺序为内对心环（安装前划圈对心）--感应器（并连接好感应器与读数仪）--外对心环（如千斤顶前槽直径与感应器吻合可不装）--千斤顶（注意区别主动端和被动端，主动端不需要预留行程，被动端预留150mm以方便后续退锚）--工具锚及夹片。安装示意图见下：

管道摩阻试验示意图

（3） 开始加载前先张拉被动端，使油缸伸出2cm，确保管道内钢绞线非松弛、下垂状态。张拉开始后只主动端张拉，单端张拉。从10%张拉控制拉力开始，荷载分8 级张拉至接近设计张拉力，每个管道张拉两次（以第一次为准，第二次作复核用）。试验时根据千斤顶油表读数控制张拉荷载级，并校核数据，以确保试验结果的可靠性。每到达一个荷载级别，记录主动端与被动端的感应器读数及记录测量钢束伸长量和夹片外露量通过直钢尺测量。

（4） 管道摩阻试验最后一级荷载根据油缸最大行程不超过195mm 控制（现场和施工单位协商，也可190mm）。一次测试循环完成后，应对整个测试系统进行仔细检查，包括安装传感器位置是否偏心偏离，千斤顶油泵等是否状态良好，钢绞线是否出现问题等，之后搁置约十分钟左右，方可进行下次测试。

（5） 试验采用两台压力传感器，分级测试预应力束张拉过程中主动端与被动端的荷载，通过线性回归确定管道被动端和主动端荷载的比值，然后利用二元线性回归的方法确定预应力管道的k 、μ 值。

3..2锚口合喇叭口损失试验

锚口和喇叭口摩阻试验在混凝土试件上进行，截面中心处的预应力管道为直管道（φ80mm、φ90mm），成孔方式及锚具、锚垫板与箱梁采用的完全相同。测试时需采用工作状态的锚头（安装夹片），试验采用单端张拉方式，在试件两端分别安装千斤顶，被动端测试前首先张拉，以便完成测试后进行退锚。试验时示意图见图 5.2。试验时千斤顶分两次直接张拉至0.8倍钢绞线极限抗拉强度

（Ap-9、12 根钢绞线的面积），分别读取主动端和被动端传感器读数。选取3 套9、12 孔群锚锚具进行试验，每套共计张拉2 次。

试验分以下步骤进行：

（1） 现场需提供电源、倒链、操作平台；安排技术人员1～2 人（指导工人操作、协助记录数据），工人6～8 人（能够熟练进行装卸千斤顶、退锚等工作）配合试验。

（2）对心装顶，安装方法与梁体相同，唯一区别在于被动端。被动端在内对心环和试件之间要安装工作锚具和限位板。被动端油缸应预留行程至少150mm 左右，以便退锚。安装见下图：

锚口加喇叭口摩阻试验示意图

（3） 分级测试（10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%倍1860*0.8），要求油泵操作人员控制好每级荷载，在压力显示值稳定后，迅速读取主、被动两端读数。管道摩阻试验最后一级荷载根据油缸最大行程不超过195mm 控制（现场和施工单位协商，也可190mm）。每个型号锚具试验分四次拉，前三次為测试锚具摩阻（被动端安装限位板，最后一次不安装，做对照用）

（4） 锚口和喇叭口摩阻试验，工作夹片退锚方法应提前和施工人员协商，主要困难在于退被动端的工作夹片。一次测试循环完成后，应对整个测试系统进行仔细检查，包括安装传感器位置是否偏心偏离，千斤顶油泵等是否状态良好，钢绞线是否出现问题等，之后搁置约十分钟左右，方可进行下次测试。

（5） 用游标卡尺量取限位板限位高度、钢绞线直径，并做好记录。 （6） 试验过程中，所有试验人员注意安全，千斤顶前方及侧前方禁止有人员活动。

3.3.数据处理

根据2.2公式，对摩阻试验、喇叭口试验数据进行处理。值得注意的是伸长量数据，应考虑工作夹片回缩的影响。喇叭口摩阻考虑试件加工误差的影响（这也是第四次不放置工具锚测试的原因。数据处理式样见下表：

摩阻试验数据处理一览表 锚口及喇叭口数据处理一览表

然后总结试验结果：

1. 根据两孔箱梁实测结果：管道摩擦系数和管道偏差系数分别为k=0.00615，μ =0.66；

2. 预应力束在施工中为两侧同时张拉。因此换算到跨中时，实测两孔32m 简

支梁跨中管道摩阻比设计值大6.30%；

3. 实测9 孔、12 孔锚具的锚口和喇叭口摩阻损失合计分别为5.5%、6.6%； 4. 实测9 孔、12 孔锚具的回缩量分别为4.53mm、4.44mm，符合设计要求； 5. 测试结果表明：管道摩阻偏大，应加强预应力管道定位和成孔工艺。 四、结束语

目前国内高铁建设正在火热化进行当中，人们对质量的要求也越来越高。预应力施工是桥梁施工中一个非常重要的环节，要求预施应力准确。摩阻试验是非常必要的一步，是对我们施工工艺水准的一个检测。通过摩阻试验，能发现我们施工控制是否到位。如不到位，要进行必要改进。