桥梁预应力摩阻损失试验研究

某匝道桥预应力损失试验及试验结果分析摘要：在工程实践中，预应力施加时张拉控制应力与伸长量双控却与规范规定的数据出入较大，仔细分析其原因，主要是实际孔道摩阻损失系数与规范给定的数据不相符。

随着工程实践反映出来的问题，目前越来越多的设计单位要求在现场测试孔道摩阻损失系数，以便于设计单位调整控制张拉应力，确保桥梁的施工质量及使用安全。

但是目前规范给定的试验方法得出的实验数据较为粗糙，得出的结论可靠度不高。

1、工程概况桥梁结构为半径150m的现浇预应力混凝土曲线连续箱梁，分为4联，跨径布置均为4×22m。

下部构造为花瓶形独柱结构形式桥墩和混凝土钻孔灌注桩及5×5m矩形承台。

桥台采用双肋板式结构。

现浇箱梁采用C50混凝土，弹性模量为3.45×104MPa。

钢绞线采用低松弛高强度钢绞线，其抗拉强度标准值fpk=1860MPa，公称直径d=15.2mm，弹性模量Ep=1.95×105MPa，松驰系数0.3。

预应力管道采用预埋金属波纹管。

桥梁横断面图、预应力束布置图所示。

图2 桥梁横断面图布置图张拉时预应力钢束与管道壁接触面产生摩擦力引起预应力损失，称为摩阻损失。

其损失主要有两种形式：一是由于曲线处钢束张拉时对管道壁施以正压力而引起的摩擦，其值随钢束弯曲角度总和而增加，阻力较大。

另一是由于管道对其设计位置的偏差致使接触面增多，从而引起摩擦阻力，其值一般相对较小。

预应力束的伸长量可以反映预应力钢束的总体受拉伸长值。

2、试验模型用公路桥梁结构分析软件桥梁博士对该截面按A类构件进行结构计算。

实际桥梁为弯桥结构，运用梁格法建立模型：首先，将箱梁划分成两道纵梁，两道纵梁截面如截面划分图一、二所示；其次，两道纵梁间用虚拟横梁进行连接，虚拟横梁自重不计；预应力钢束编号：模型中1、2#钢束对应实际N1号外侧、内侧钢束，模型中3、4#钢束对应实际N2外侧、内侧钢束，模型中5、6#钢束对应实际N3号外侧、内侧钢束；模型中预应力钢束的管道摩阻系数μ及局部偏差系数k按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中表 6.2.2的规定取最大值，分别为：μ值取0.25，k值取0.0015。

预应力连续梁桥管道摩阻试验研究文章编号:1009 6825(2010)18 0336 03预应力连续梁桥管道摩阻试验研究收稿日期:2010 02 21作者简介:王贺庆(1959 ),男,工程师,安徽省公路工程监理有限责任公司,安徽合肥 230009金晶(1986 ),女,合肥工业大学土木与水利工程学院硕士研究生,安徽合肥 230009刘勇志(1984 ),男,合肥工业大学土木与水利工程学院硕士研究生,安徽合肥 230009王贺庆金晶刘勇志摘要:在研究预应力构件应力损失机理的基础上,结合试验依据,对某预应力连续梁桥管道摩阻试验作了探讨,并对试验结果进行了分析,以期为管道预应力损失的计算提供正确的依据。

关键词:连续梁桥,预应力损失,摩阻试验,误差分析中图分类号:U 442.39 文献标识码:A0 引言预应力结构中预应力筋的拉应力是一个不断变化的值。

在预应力结构的施工及使用过程中,由于张拉工艺、材料特性以及环境条件的影响等原因,预应力筋中的拉应力是不断降低的。

这种预应力筋应力的降低,即为预应力损失。

满足设计需要的预应力筋中的拉应力,应是张拉控制应力扣除预应力损失后的有效预应力。

因此,一方面需要预先确定预应力筋张拉时的初始应力(一般称为张拉控制应力con ),另一方面需要准确估算预应力损失值[1]。

规范[2]规定,后张法预应力混凝土构件预应力损失包括5项,其中预应力钢筋与管道之间的摩阻损失 l 1所占比例较大[3]。

1 原理依据1.1 应力损失机理预应力钢筋与管道之间的摩阻损失 l 1出现在后张法预应力混凝土构件中。

在张拉预应力筋时,由于预留管道的位置可能不顺直、管道壁粗糙等原因,使预应力筋与管道壁之间产生摩擦,故通过千斤顶对预应力筋在控制应力下进行张拉而产生的每个截面应力逐渐减小,离张拉端越远,应力减小的越快。

而任何两个截面之间的应力差,在短时间内,主要就是由 l 1所造成的,可以近似的看成这两个截面之间的预应力管道摩阻损失值[4]。

预应力混凝土桥梁摩阻损失试验研究摘要：本文针对于预应力混凝土的张拉过程中的摩阻损失参数开展了现场摩阻试验，并采用最小二乘法回归了摩阻损失相关参数（管道摩擦系数、管道偏差系数）。

后采用有限元软件分析管道摩擦系数与管道偏差系数对桥梁成桥状态下挠度和应力的影响规律。

其研究结果表明：现场摩阻损失试验实测的管道摩擦系数与管道偏差系数远大于规范建议值。

管道摩擦系数和管道偏差系数与跨中最大挠度之间存在正相关线性关系。

管道摩擦系数的影响程度大于管道偏差系数。

两者相互耦合作用时，其对跨中最大挠度的影响程度远远大于两者单独作用时。

关键词：预应力张拉、摩阻试验、摩阻损失、管道摩擦系数、管道偏差系数Experimental study on friction loss of prestressed concretebridgesAbstract：In this paper, field friction tests were conducted for the friction loss parameters during the tensioning of prestressed concrete, and the least squares method was used to regress the friction loss related parameters (pipe friction coefficient and pipe deflection coefficient).The finite element software was used to analyze the influence of pipe friction coefficient and pipe deviation coefficient on the deflection and stress of the bridge in the bridge formation condition. The results of the study show that the measured pipefriction coefficient and pipe deviation coefficient in the field friction loss test are much larger than the recommended values in the code. There is a positive linear relationship between the pipe friction coefficient and pipe deviation coefficient and the maximumdeflection in the span. The influence of pipe friction coefficient is greater than that of pipe deflection coefficient. When the two are coupled with each other, their influence on the maximum deflection in the span is much greater than when they act separately.Keywords：Prestress tensioning, friction test, friction loss, pipe friction coefficient, pipe deviation coefficient1引言随着高速公路在我国的不断发展，桥梁在高速公路中占比不断增加。

后张法预应力混凝土桥梁摩阻损失计算研究罗柳（中交二航局第一工程有限公司，湖北武汉 430000）［摘要］针对于预应力混凝土桥梁的摩阻损失计算问题，本文基于库伦摩擦定律和赫兹接触理论提出了非均匀接触压力下的摩阻损失计算方法，然后分析了不同张拉力、弯曲角度和摩擦系数下的本文推荐公式和规范计算公式的差距，最后通过两个实际案例验证了本文推荐公式的可靠性。

研究结果表明：本文推荐的方法与实测值更为接近，传统规范中的最大误差为31%，而本文推荐公式的最大误差为15%。

［关键词］摩阻损失；算例分析；接触压力；摩擦系数［中图分类号］U445 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2023）07-0124-05Study on calculation of friction loss of post-tensioned prestressed concrete bridgeLUO Liu混凝土桥梁的预应力损失会导致桥梁在后期运营阶段出现下挠现象，严重影响到桥梁的正常运营［1，2］。

因此，桥梁的预应力能否达到设计值关乎到桥梁的安全运营和正常使用。

通常，认为引起预应力损失的因素主要包括：张拉锚具变形、混凝土材料的弹性收缩、预应力钢筋松弛、混凝土徐变、管道偏差摩阻、管道弯曲摩阻等六部分，但由管道弯曲摩阻引起的预应力损失占主要部分［3］。

目前对于管道弯曲摩阻损失方面，虽然规范给出了对应的计算方法，但规范中的管道摩擦系数u和管道偏差系数k的取值仍存在争议，因此一般通过现场摩阻损失试验确定上述参数。

但根据规范公式通过摩阻试验数据拟合得到的摩阻系数比设计值甚至规范推荐值更大，这给预测摩阻损失带来了困难。

针对这一现象，国内外学者展开了相关研究。

黄文雄等分析了预应力摩阻损失的产生机理，然后对比分析不同弯曲半径和曲率半径下的摩阻损失情况，提出了不同弯曲半径下的摩阻损失计算方法［4］。

张开银等基于赫兹接触理论，探究了弯曲管道预应力筋的接触应力分布规律，并对比分析了几种假定接触压力下的摩阻损失的不同，并利用有限元软件ANSYS探究了张拉力、曲率半径、接触角度等对接触压力的影响［5，6］。

预应力混凝土梁桥孔道摩阻试验测试研究作者：曹利来源：《科技创新导报》 2013年第6期曹利（神华包神铁路公司塔韩铁路项目部内蒙古鄂尔多斯 017000）摘要：孔道摩阻损失包括预应力管道的孔道摩阻损失、锚固回缩损失、锚圈口以及喇叭口损失。

实测预应力混凝土梁桥的孔道摩阻损失，对验证设计数据和积累施工资料具有重要的意义。

孔道摩阻损失和锚圈口及喇叭口损失试验可分别在实梁和试验小梁上完成，利用最小二乘法原理可实现对所有试验孔道摩阻系数的综合求解，该方法一定程度上弥补了铁路规范规定方法在试验方法和计算过程上的局限性。

关键词：预应力混凝土梁桥孔道摩阻试验最小二乘法中图分类号：U448.35文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）02（c）-0-05预应力张拉是后张法预应力混凝土梁施工的关键工序之一，施工过程中如何准确将设计张拉力施加于梁体将直接影响梁的耐久性、安全性、刚度及矢拱高度。

其中孔道摩阻损失是引起梁体预应力损失的主要因素之一。

由于施工水平差异和施工过程的诸多不确定因素，张拉前应对重要的梁部结构进行孔道摩阻现场测试，并根据测试结果对张拉力进行调整，将设计张拉力准确有效施加至梁体。

孔道摩阻试验用于确定预应力损失，包括预应力管道的孔道摩阻损失、锚固回缩损失、锚圈口摩阻损失、喇叭口损失，实测梁桥的预应力损失对确定预应力的初始张拉力、为持荷时间提供科学依据，为验证设计数据和实桥施工提供有力支持。

1 试验方法《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）（以下简称）附录L孔道摩阻试验和《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）附录G-9预应力损失的测定均规定了孔道摩阻损失测定的方法。

比较而言铁路规范试验过程较为详尽，但其试验过程可操作性难度较大，计算方法有待改进，该文就此问题展开，就目前通用的试验过程和数据处理方法做较为详尽的叙述[1-3]。

孔道摩阻试验目前常用方法有以下两种方法：试验方法一：孔道摩阻损失和锚圈口及喇叭口损失试验同时于实梁上完成。

桥梁预应力摩阻损失试验研究作者：米艳彬来源：《现代城市轨道交通》2019年第04期摘要：阐述后张法预应力混凝土梁摩阻损失试验方法，通过现场试验精确测定了实际管道摩阻损失、锚口和喇叭口摩阻损失率。

经试验测得，实测管道摩擦系数μ 值为0.258 9，管道偏差系数 k 值为 0.002 7，与设计值 0.25 和 0.002 5 相比偏大，但在规范取值范围内；锚口喇叭口摩阻损失率实测值分别为 5.11%、5.32% 和 5.05%，小于设计值 6%，满足试验及设计要求。

关键词：橋梁；预应力混凝土梁；后张法；摩阻损失；试验研究中图分类号：TU538.5710 引言预应力损失影响预应力混凝土桥梁应力与挠度，相关资料显示，一些已服役的桥梁出现挠度过大问题。

例如，主跨 308 m 的南浦大桥服役 1 年后跨中竖向变形为38 mm[1]；主跨 288 m 的梅溪河大桥服役 2 年后跨中变形达 63 mm[2]；主跨 360 m 的丫髻沙大桥服役 1 年后跨中变形达 120 mm[3]。

造成变形过大的主要原因是预应力钢束的应力损失估计不足，而造成预应力钢束的应力损失估计不足的原因是摩阻损失计算偏差。

为此，本文以山西省和顺县许村特大桥为工程实例，通过现场试验测定摩擦系数、管道偏差系数、锚口和喇叭口摩阻损失率，为桥梁预应力筋张拉提供计算方法与理论依据。

许村特大桥位于山西省和顺县附近，以 88 m 钢管混凝土系杆拱桥跨越邢汾高速公路连接线，计算跨径88 m，梁长 91.2 m。

系梁为单箱双室截面，梁宽 10.2 m，梁高2.5 m。

系梁纵向设 16 束 17j15.2 mm、24 束 19j15.2 mm 预应力钢束；横向在中隔墙上设 6 束 4j15.2 mm 预应力钢束；端隔墙上设 14 束 7j15.2 mm 预应力钢束、14 束12j15.2 mm 预应力钢束。

竖向预应力采用25 mm 预应力螺纹钢筋。

采用先梁后拱、满堂支架法现场浇筑系梁，主梁搭设贝雷架，并用工字钢连接成整体受力体系。

管道摩阻试验原理和公式推导预应力管道摩阻损失主要包括预应力束曲线段弯道摩擦影响损失和管道全长位置偏移影响损失两部分。

管道摩阻系数表现为预应力束与管道壁之间的摩擦系数μ和每米管道对其设计位置的偏差系数k 。

我国《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》中提供的预应力管道摩阻损失计算公式为：()1e kx L con μθσσ-+⎡⎤=-⎣⎦(1) 式中，θ为从张拉端至计算截面的长度上，钢束弯起角之和；x 为从张拉端至计算截面的管道长度。

当取全部管道长度进行管道摩阻测试时，由式(1)可以得出,被动端的张拉力2P 与主动端的张拉力1P 之间的关系为:()1211e kl P P P μθ-+⎡⎤-=-⎣⎦(2) 由式(2)可得：()21e kl P P μθ-+=(3)对式（3）两边取对数可得：()21ln kl P P μθ+=- 令()21ln C P P=-，可得： 0kl C μθ+-=式中，θ为从主动端至被动端预应力管道全长的曲线空间角度和；l 为主动端至被动端预应力管道的全长。

试验时，通过主、被动端安装的空心式压力传感器可以测得1P 和2P 。

通过对梁体n 个不同预应力管道的测试，理论上可以得到一系列的方程式，如下：1110kl C μθ+-=2220kl C μθ+-=……0n n n kl C μθ+-=由于实际测试均存在误差，上述公式的右边不会为零，故假设：1111kl C S μθ+-=2222kl C S μθ+-=……n n n n kl C S μθ+-=利用最小二乘法原理，令函数21ni i q S ==∑，则函数q 的变量为k 、μ。

当0q μ∂=且0q k ∂∂=时，21ni i q S ==∑取得最小值，由此可得：2111211100n n n i i i i i i i i n n n i i i i i i i i k l C l k l C l μθθθμθ======⎧+-=⎪⎪⎨⎪+-=⎪⎩∑∑∑∑∑∑联立解方程组即可求得μ和k 值。

第六章宁夏吴忠黄河公路大桥主桥管道摩阻损失测试6.1 摩阻损失测试概述预应力筋过长或弯曲过多都会造成预应力筋的孔道摩擦损失，特别是弯曲多、弯曲半径小、弯曲角度较大的预应力筋,在两端张拉时,其中段的有效预应力损失很大，这种预应力的损失往往不容易准确地计算出来,因而其在张拉控制应力作用下的伸长值也无法准确计算。

作为张拉的控制条件,如果孔道有漏浆堵塞现象不校核伸长值,就会使有效预应力达不到设计的要求造成质量事故，另外,在连续刚构梁悬臂施工过程中，预应力孔道埋设与设计存在误差时,预应力损失也是不同的。

这时,设计单位若按照以往经验计算是不能真实反映实际施工情况的。

因此, 后张法预应力混凝土结构中孔道摩阻损失估算的准确程度会直接影响结构的使用安全，而施工中混凝土的质量、张拉工艺的优劣往往会影响孔道摩阻损失的大小，测量预应力筋摩阻力,是确保施工质量的有效措施。

按照《宁夏回族自治区吴忠黄河公路大桥监控细则》，需要对纵向预应力孔道摩阻损失实行现场测定。

6.2 摩阻损失测试依据1、中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；2、人民交通出版社《预应力技术及材料设备》（第二版）；3、交通部公路科学研究院《宁夏回族自治区吴忠黄河公路大桥监控细则》；4、监理单位和设计单位提供的桥梁设计图纸；5、宁夏公路工程质量检测中心《压力传感器率定报告》。

6.3 摩阻损失测试目的及方法宁夏吴忠黄河公路大桥管道摩阻损失测试是针对塑料波纹管，虽然塑料波纹管的管道摩阻系数有理论值，但毕竟塑料波纹管应用时间不长，有必要做实验验证，同时管道摩阻系数的测试结果也为吴忠黄河公路大桥结构预应力设计和大桥施工提供参考，实现现场的预应力控制。

管道摩阻损失测试方法，按照业主意见方法采用传感器，采用《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中附录G-9 提供的测试方法，如图6-1 所示。

该测试方法与常规测试方法比较主要特点如下：⑴图6-1 中压力传感器的圆孔直径与锚板直径基本相等，如此可使预应力钢束以直线形式穿过喇叭口和压力传感器，钢束与二者没有接触，只是相当于将预应力钢束加长了，实验所测数据仅包括管道摩阻力，保证了管道摩阻损失测试的正确性。