張宏華

（鹽城市第二交通工程處，江蘇 鹽城 224005）

體外預應力鋼束的摩阻損失試驗研究

張宏華

（鹽城市第二交通工程處，江蘇 鹽城 224005）

隨著預制拼裝技術的發(fā)展，體外預應力鋼束在橋梁設計中得到了廣泛應用。文章介紹了體外預應力鋼束的摩阻損失試驗方案，根據(jù)試驗結果對摩阻系數(shù)進行了分析，給出了摩阻系數(shù)的合理取值；試驗同時還驗證了體外束的滑移效應，結果表明滑移效應很小可忽略，但PE護套應有1 mm的壁厚防止破損影響預應力束的耐久性。

體外預應力；摩阻系數(shù)；滑移效應；追隨性；試驗

近年來，隨著預制拼裝施工方法的逐步推廣和應用，體外預應力技術得到了越來越多的應用。體外束通常采用無粘結高強度低松弛環(huán)氧噴涂鋼絞線，外套管選用高密度聚乙烯管或鍍鋅鋼管，預應力張拉時的損失計算不同于體內束，摩阻損失的參數(shù)取值宜通過試驗進行驗證。體外束在轉向塊處易發(fā)生滑移，引起預應力的重新分配，這和施工工藝也有較大關系，可以通過試驗手段驗證體外束的滑移效應或追隨性能［1-4］。

1 試驗方案

參照75 m跨徑連續(xù)梁施工圖設計圖紙，按模型試驗的相似原理設計模型梁。模型試驗的目的是了解預制梁采用體外預應力鋼束時的摩擦損失情況以及鋼束與預應力管道之間的相對滑移情況。

結合現(xiàn)場實際情況，同時便于施工和試驗，確定比例尺選用1∶2.5。截面尺寸、錨固塊尺寸、轉向塊尺寸均按幾何相似比設計。鋼筋數(shù)量、體外束配束量依據(jù)模型和實橋應力應變相似的原則設計。

試驗構件采用強度為C50的混凝土節(jié)段預制箱梁，梁長30 m，頂寬3.1 m，底寬1.7 m，兩側懸臂各0.6 m，箱室寬1.0 m，高1.15 m，頂板、底板、腹板的厚度均采用0.35 m，如圖1所示。

圖1 體外束試驗構件的一般構造圖（單位：cm）

體外預應力鋼束轉向位置設置轉向塊，順橋向寬58 cm。體外束采用無粘結聚乙烯高強低松弛光面鋼絞線，單根直徑15.2 mm。

體外束轉向塊與錨固塊布置在30 m試驗梁頂面，如圖2所示。由于轉向塊處預應力損失為單根損失的綜合，且相互損失并不影響，在實際測試過程中，每一束鋼束只張拉（錨固）其中6根鋼絞線。

圖2 體外束轉向塊錨固塊布置示意圖（單位：cm）

孔道摩阻試驗方案示意圖如圖3所示。體外束孔道摩阻試驗時，張拉端和被動端各安裝一臺26 t前卡式千斤頂，并分別布置一個20 t壓力傳感器，工作錨內不安裝夾片，千斤頂內也不裝夾片，錨固依靠后面的單孔夾片錨錨固。張拉以控制張拉應力的0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0倍為級數(shù)進行。

圖3 孔道摩阻試驗方案示意圖

體外束為薄環(huán)氧涂層鋼絞線，外側涂一層油脂，然后再外包PE護套。PE護套與鋼絞線之間存在一定的摩阻，在轉向區(qū)段受徑向局部側壓力，如果摩擦較大，PE護套內壁有可能追隨鋼絞線移動，加上PE外壁被轉向器的內壁摩擦，可能造成“起皮”效應，影響外觀，嚴重時會損壞PE護套，削弱對鋼絞線的保護。驗證體外束的滑移效應或追隨性能，采用的試驗方法為：預應力束張拉到10%控制應力時，預應力束已經繃緊，此時在外露段PE護套設做一個標記，記錄其位置。當張拉至100%控制應力后，再記錄其位置，比較前后位置的變化情況。由于試驗用的預應力束較短，為了和實際情況吻合，張拉前將被動端千斤頂打出一定行程（15 cm左右），張拉端張拉時，被動端緩慢回油，模擬實際情況。張拉后抽出鋼絞線，觀察PE護套的外觀是否受損。

2 結果分析

2.1 孔道摩阻試驗

體外預應力鋼束配置在混凝土結構外部，其鋼束線形由轉向位置或錨固位置的曲線段和其間的直線段組成。對于直線段，由于鋼束管道線形和外觀不受施工因素的影響，這部分的摩阻損失可以忽略不計。

式中：σcon為張拉預應力鋼束時的錨下控制應力；μ為體外預應力鋼束與管道壁的摩擦系數(shù)；θ為張拉端到計算位置處的鋼束轉角之和，如果有平彎，應取空間夾角。

本次試驗共張拉12根鋼絞線，測得的孔道摩阻系數(shù)在不同的荷載張拉力作用下的變化關系如圖4所示。

圖4 孔道摩阻系數(shù)隨張拉荷載等級的變化關系

將各根鋼束在不同張拉力作用下的摩阻系數(shù)取平均值，然后繪制成變化曲線如圖5所示。

圖5 不同鋼束孔道摩阻系數(shù)變化曲線

綜合以上體外束鋼絞線的試驗結果，由圖4、圖5可以看出，體外預應力鋼絞線的摩阻系數(shù)μ值基本在0.12～0.17變化，平均值為0.13。

體外預應力束的摩擦損失主要在轉向塊和錨固塊處，孔道偏差摩擦損失系數(shù)k可近似取0，主要考慮孔道彎曲摩擦系數(shù)μ。

美國AASHTO橋梁規(guī)范對于有粘結體外預應力束的摩擦系數(shù)取0.25，日本體外索結構預制構件工法設計施工規(guī)范中規(guī)定有粘結的PE管道取值0.23，而我國《建筑工程預應力施工規(guī)程》（CECS 180∶2005）中μ值為0.15～0.20，OVM提供的μ值為0.12～0.15，同濟大學預應力研究中心則建議單根無粘結體外預應力鋼束的摩擦系數(shù)μ值取0.08～0.10。本次試驗測得的摩阻系數(shù)μ值為0.13，處于國內各種規(guī)范給定的取值范圍之內，建議施工計算據(jù)此進行。

2.2 鋼束滑移效應

體外預應力束PE套管的張拉追隨性是指張拉預應力束時，PE套管跟隨鋼絞線移動的性能。由于體外預應力體系的摩擦主要在轉向塊和錨固塊中，如果追隨性較大，在轉向塊和錨固塊處的PE套管容易產生“起皮”現(xiàn)象，影響外觀，嚴重時會損傷套管，影響體外預應力束的耐久性［5-8］。

測試數(shù)據(jù)如表1所示。由表可知體外預應力束的外包PE護套在張拉過程中基本不隨鋼絞線移動。說明PE護套和鋼絞線之間填充了油脂，二者之間摩阻較小，而PE護套外壁與轉向器之間有足夠的摩擦力防止PE護套隨鋼絞線一起移動，因此不會產生“起皮”現(xiàn)象。

表1 體外束滑移位移量 mm

對張拉后的體外預應力束PE護套的外觀檢查可知，護套沒有產生起皮現(xiàn)象。但在轉向塊及錨固塊處，由于護套受到鋼絞線的擠壓，護套產生了一定的損傷（護套表面產生了一些壓痕，但護套沒有破損），根據(jù)OVM提供的產品數(shù)據(jù)，PE管的壁厚在0.8～1.2 mm，建議壁厚應不小于1 mm，避免PE管過薄而破損，影響體外預應力束的使用壽命。

由于本次所用的體外束為薄環(huán)氧涂層鋼絞線，其錨固夾片與普通夾片基本相同，因此須將張拉端的PE護套剝除。根據(jù)實測結果，外包PE護套在張拉過程中基本不隨鋼絞線移動，因此在和OVM廠方技術人員交流后，決定張拉端護套剝除長度應在滿足張拉設備需要的前提下，再在孔道內多剝出10～15 cm即可滿足施工需要。

本項試驗通過實際模擬體外預應力束的張拉過程，驗證了項目所用體外束PE套管的張拉追隨性較小，完全滿足施工需要。

由于本次施工所用的體外束鋼絞線為OVM公司提供的薄環(huán)氧涂層鋼絞線，預埋件轉向器等也都是OVM提供的，根據(jù)實測結果可看出體外束孔道摩擦系數(shù)與OVM所提供的參考值基本吻合。

3 結論

現(xiàn)行橋梁施工規(guī)范中尚未對體外束的孔道摩阻系數(shù)作出明確規(guī)定，建議參考國內相關規(guī)范和施工經驗取值進行設計和計算。實際工程有條件時，可進行摩阻損失試驗，根據(jù)試驗結果取值并進行施工計算。實際施工過程中，也可通過實測的有效預應力反算摩阻損失，用以校核試驗結果。

體外預應力鋼束在張拉過程中的滑移效應較小，一般情況下，設計和施工中可不予考慮。雖然體外預應力束的外包PE護套在張拉過程中基本不隨鋼絞線移動，但是為避免PE護套在轉向塊及錨固塊處由于摩擦擠壓而破損，建議PE管壁厚應不小于1 mm，實際生產的PE套管都能滿足該項壁厚的要求。

［1］方德平，王全鳳.體外預應力梁的摩擦單元與摩擦效應分析［J］.建筑結構，2012（3）:123-124.

［2］董斌.考慮次軸力影響的體外預應力加固混凝土梁的試驗研究［D］.天津：天津大學，2009.

［3］胡彥君.重載鐵路橋梁體外預應力加固法的關鍵技術研究［D］.北京：北京交通大學，2015.

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［5］蔡建軍，陶慕軒，聶建國.體外預應力組合梁橋預應力損失計算［J］.橋梁建設，2011（6）：67-70.

［6］王峰.體外預應力加固混凝土結構技術及應用研究［D］.南京：南京理工大學，2011.

［7］徐錫平，李惠娟，齊松明.溫州站站房體外預應力索張拉施工階段測試［J］.山西建筑，2010（16）：104-105.

［8］徐棟.橋梁體外預應力設計技術［M］.北京：人民交通出版社，2008.

Experimental Study on Friction Loss of External Pre-stressed Tendon

Zhang Honghua
（The Second Traffic Engineering Department of Yancheng City, Yancheng 224005, China）

With the development of the pre-stressed assembly technology, the external pre-stressed tendons have been widely applied in bridge design.Firstly it introduces the friction loss of externally pre-stressed tendons testing scheme.And then according to the test results, the friction coefficient are analyzed. At last, it gives the reasonable values of friction coefficient. Meanwhile the test also verifies the slip effect of the external pre-stressed tendons.Results show that the slippage effect is very small and can be ignored, but PE sheath should be 1 mm wall thickness to prevent to be damaged, which affect the durability of external pre-stressed tendons.

external pre-stressed tendon；friction coefficient; slippage effect; tracing ability; test

U443.38

A

1672-9889（2016）06-0052-03

2015-12-29）

張宏華（1972-），男，江蘇鹽城人，工程師，主要從事道橋技術管理工作。