中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
根據(jù)滬昆高鐵杭州至長(zhǎng)沙鐵路客運(yùn)專線HCHN Ⅰ標(biāo)段綠豆坡特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)的孔道摩阻試驗(yàn)，詳細(xì)闡述施工現(xiàn)場(chǎng)孔道摩阻試驗(yàn)的必要性、測(cè)試方法、數(shù)據(jù)處理以及試驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。掌握這些試驗(yàn)關(guān)鍵細(xì)節(jié)，有助于試驗(yàn)前的工作準(zhǔn)備、試驗(yàn)過(guò)程的順利進(jìn)行,確保試驗(yàn)結(jié)果可靠。
關(guān)鍵詞：混凝土橋梁；預(yù)應(yīng)力孔道；施工；摩阻試驗(yàn)
本文在進(jìn)行滬昆高鐵杭州至長(zhǎng)沙鐵路客運(yùn)專線HCHN Ⅰ標(biāo)段綠豆坡特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)的孔道摩阻試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述施工現(xiàn)場(chǎng)孔道摩阻試驗(yàn)的必要性、測(cè)試方法、數(shù)據(jù)處理以及試驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。
1 施工現(xiàn)場(chǎng)孔道摩阻試驗(yàn)的必要性
采用掛籃懸臂澆筑是國(guó)內(nèi)建造大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要施工方法之一。為保證施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全、成橋以后的線形和受力狀態(tài)合理，需要考慮多方面因素的影響，其中，精確計(jì)算預(yù)應(yīng)力束的有效應(yīng)力是一個(gè)重要因素。為此，有必要進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)孔道摩阻試驗(yàn)，具體有以下三個(gè)具體原因：
（1）雖然規(guī)范提供了孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的使用范圍，但是范圍太大，取不同的值，會(huì)得到完全不同的孔道摩阻損失率。
（2）雖然可以根據(jù)施工采用的結(jié)構(gòu)材料，在試驗(yàn)室進(jìn)行模型試驗(yàn)，但是試驗(yàn)室和施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相差較大。
（3）如果施工現(xiàn)場(chǎng)得到的孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k ，與設(shè)計(jì)值不同，并在規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)，應(yīng)以實(shí)測(cè)的孔道摩阻系數(shù)μ
2 2.1 試驗(yàn)布置
2.2 試驗(yàn)過(guò)程
張拉控制力可以分5級(jí)(2O%，40%，60%，80%，100%)張拉至設(shè)計(jì)張拉力。對(duì)于每一級(jí)加載穩(wěn)定后，需要同時(shí)記錄讀數(shù)儀和電動(dòng)油泵的讀數(shù)以及預(yù)應(yīng)力束伸長(zhǎng)量。
2.3 補(bǔ)充試驗(yàn)的說(shuō)明
圖1測(cè)得的總摩阻損失為孔道+錨頭+喇叭口摩阻損失之和，因此，需要補(bǔ)充錨頭摩阻試驗(yàn)及喇叭口摩阻試驗(yàn)。錨頭摩阻試驗(yàn)及喇叭口摩阻試驗(yàn)可在試件上進(jìn)行。由于本文重點(diǎn)闡述孔道摩阻試驗(yàn)，對(duì)于錨頭摩阻試驗(yàn)及喇叭口摩阻試驗(yàn)，不再多述。
3孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的確定
在預(yù)施應(yīng)力過(guò)程中，離張拉端x 處，因管道摩阻而損失的預(yù)應(yīng)力束內(nèi)力值x F 為：
A kx A x F e F F βμθ=-=+-]1[)( （1）
式中，A F 為張拉力，β為損失率，已經(jīng)扣除了兩端錨頭+喇叭口摩阻損失率。
式（1）可寫為
)1ln(βμθ--=+kl （2）
式中，l 和θ分別為張拉端至固定端預(yù)應(yīng)力束長(zhǎng)和空間包角。若該預(yù)應(yīng)力束為直線布置，即0=θ，則可由式（2）直接得到l k /)1ln(β--=；若該預(yù)應(yīng)力束為曲線布置，理論上可借助于兩束以上預(yù)應(yīng)力束的測(cè)試結(jié)果，利用最小二乘法計(jì)算得到μ、k 。
試驗(yàn)存在誤差是不可避免的。假定式（2）的誤差為?，則有
?=-++)1ln(βμθkl （3）
如果有n 束預(yù)應(yīng)力束，則式（3）變?yōu)?/p>
i i i i C kl ?=-+μθ ),,2,1(n i = （4）
式中，i θ、i l 分別為第i 束預(yù)應(yīng)力束的θ、l ，)1ln(i i C β--=，從而得到全部預(yù)應(yīng)力束測(cè)試誤差的平方和為
()2
2
∑∑-+=?=i i i i C kl q μθ （5） 欲使得試驗(yàn)誤差最小，應(yīng)有
0=??k
q ，0=??μq （6） 由式（5）和式（6）可得
?????=+=+∑∑∑∑∑∑i
i i i i i i i i i l C l k l C l k 22θμθθθμ （7） 根據(jù)式（7），可求得μ、k 。
4試驗(yàn)中的關(guān)鍵注意事項(xiàng)
4.1 預(yù)應(yīng)力束的工作長(zhǎng)度
在做孔道摩阻試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于預(yù)應(yīng)力束的工作長(zhǎng)度，需要同時(shí)考慮傳感器、千斤頂、工具錨長(zhǎng)度的影響。有時(shí)，為了使傳感器能與梁體均勻接觸，需要在傳感器和梁體中間放置工作錨，此時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋的工作長(zhǎng)度的預(yù)留還需要考慮工作錨長(zhǎng)度的影響。
為了不浪費(fèi)預(yù)應(yīng)力筋，橋梁施工前，需要提前確定試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力束，在施工時(shí)，預(yù)留好足夠的預(yù)應(yīng)力束工作長(zhǎng)度，并使同一預(yù)應(yīng)力束的各根鋼筋盡量對(duì)齊。對(duì)于不需要做試驗(yàn)的預(yù)應(yīng)力束的工作長(zhǎng)度，可按照正常情況設(shè)計(jì)。
4.2 測(cè)試預(yù)應(yīng)力束的最小數(shù)
施工現(xiàn)場(chǎng)做孔道摩阻試驗(yàn)時(shí)，為了保證試驗(yàn)成果的精度，需要待混凝土養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行，時(shí)間上與施工張拉預(yù)應(yīng)力束相沖突。為了不影響施工進(jìn)度，不宜測(cè)試過(guò)多的預(yù)應(yīng)力束。
從式（2）可以看出，為了得到孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k ，需要兩個(gè)不相關(guān)的方程聯(lián)立求解。所以，最少需要測(cè)試一束直線預(yù)應(yīng)力束和一束曲線預(yù)應(yīng)力束，或者兩束線形不同的曲線預(yù)應(yīng)力束，這樣可以得到孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的唯一解。
由于試驗(yàn)存在誤差，在條件允許的情況下，可以測(cè)試更多的預(yù)應(yīng)力束，從而根據(jù)最小二乘法，得到孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k 的最優(yōu)解。
4.3 數(shù)據(jù)記錄
施工現(xiàn)場(chǎng)做孔道摩阻試驗(yàn)時(shí)，為了精確地得到預(yù)應(yīng)力束的摩阻損失，每一級(jí)加載穩(wěn)定后，需要同時(shí)讀取張拉端和錨固端的讀數(shù)儀數(shù)據(jù)，并做好記錄，同時(shí)記錄好相應(yīng)的電動(dòng)油泵的讀數(shù)以及力筋伸長(zhǎng)量，以確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。
4.4 退錨
與施工過(guò)程中的張拉預(yù)應(yīng)力束相比，施工現(xiàn)場(chǎng)做孔道摩阻試驗(yàn)，過(guò)程相對(duì)繁瑣，其中，多出的一個(gè)重要環(huán)節(jié)
就是退錨。每一次孔道摩阻試驗(yàn)完成后，都需要將工具錨、千斤頂和傳感器退出。此時(shí)，隨著千斤頂卸載，預(yù)應(yīng)力筋不斷回縮，夾片仍舊嵌緊于工具錨中，給退錨帶來(lái)了麻煩。可以采用以下兩種方式來(lái)方便退錨：（1）除工具錨外，所有工作錨都不允許放置夾片，張拉端和錨固端的千斤頂做適當(dāng)空走?？椎滥ψ柙囼?yàn)完成后，張拉端千斤頂首先卸載，取出工具錨夾片；然后，錨固端的千斤頂卸載，如果此時(shí)取工具錨夾片仍舊困難，可以使錨固端的千斤頂適當(dāng)加載后，再卸載。
（2）除工具錨外，如果工作錨已經(jīng)放置了夾片，且取出困難，張拉端工作錨夾片可以不用取出（錨固端工作錨夾片必須取出，否則試驗(yàn)錯(cuò)誤）。加載前，錨固端千斤頂空走行程必須超過(guò)預(yù)應(yīng)力束的設(shè)計(jì)總伸長(zhǎng)量?？椎滥ψ柙囼?yàn)完成后，張拉端和錨固端的千斤頂分別先后卸載，并取出工具錨夾片。
可以看出，在預(yù)應(yīng)力束工作長(zhǎng)度不足的情況下，應(yīng)該優(yōu)先選擇方法（1）進(jìn)行退錨。
5結(jié)語(yǔ)
為了合理控制預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工過(guò)程，并保證施工質(zhì)量，必須進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道摩阻試驗(yàn)。由于施工現(xiàn)場(chǎng)一般為高空作業(yè)，場(chǎng)地有限，且工期緊，所以在做施工現(xiàn)場(chǎng)的孔道摩阻試驗(yàn)前，必須確定試驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的各種問題及解決措施。本文根據(jù)滬昆高鐵杭州至長(zhǎng)沙鐵路客運(yùn)專線HCHNⅠ標(biāo)段綠豆坡特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)的孔道摩阻試驗(yàn)，確定了試驗(yàn)要點(diǎn)，以供其它類似工程參考。由于在綠豆坡特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)孔道摩阻試驗(yàn)前，考慮了以上試驗(yàn)要點(diǎn)，試驗(yàn)得以順利進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果比較可靠。
