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預(yù)應(yīng)力混凝土梁張拉摩擦阻力試驗(yàn)論文
【摘 要】
以天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程為實(shí)例,通過(guò)預(yù)應(yīng)力張拉摩擦阻力試驗(yàn),測(cè)定了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的管道摩擦阻力。
【關(guān)鍵詞】
快速交通軌道;預(yù)應(yīng)力;摩擦阻力;徐變
1 工程概況
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程是天津城市交通重要組成部分,是目前全國(guó)最長(zhǎng)的輕軌工程。該工程一期設(shè)計(jì)全長(zhǎng)45.409ｋｍ,含高架橋和地面線,均為一次雙線,本次建成車(chē)站15個(gè),預(yù)留車(chē)站4個(gè),全線高架橋梁長(zhǎng)度為40ｋｍ,區(qū)間高架橋均采用現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁。列車(chē)兩動(dòng)兩拖編組,設(shè)計(jì)運(yùn)行速度為100ｋｍ/ｈ。
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程橋梁徐變與變形分析和長(zhǎng)期觀測(cè)的目的主要是為了通過(guò)理論分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)掌握預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁的收縮與徐變的變形特征及變化規(guī)律,正確估算與預(yù)測(cè)橋梁的徐變拱度,為設(shè)計(jì)單位提供合理化建議,使得天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程中的橋梁徐變拱度不超過(guò)規(guī)定限值,確保線路中的橋梁耐久性、安全性和平順性的要求,并能提高整個(gè)軌道交通工程列車(chē)運(yùn)營(yíng)的安全性、旅客的乘坐舒適性,并能有效地減輕整個(gè)軌道交通工程的養(yǎng)護(hù)、維修工程量。
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通線路中,由于88%的線路部分為高架橋,橋梁的上部結(jié)構(gòu)又以預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,高架線路以無(wú)碴軌道為主。對(duì)于無(wú)碴軌道線路,由于沒(méi)有道碴來(lái)調(diào)節(jié)軌道的高程,所以,它的高程的可調(diào)節(jié)性很小。如果由于混凝土徐變,使得梁的上拱度(徐變拱度)超出了無(wú)碴軌道高程的可調(diào)節(jié)范圍,將對(duì)軌道線路的平順性產(chǎn)生巨大的危害。徐變拱度太大,也可能導(dǎo)致鋼軌扣件破壞失效,影響軌道的穩(wěn)定性。這些都是影響列車(chē)安全運(yùn)營(yíng)的巨大隱患。預(yù)應(yīng)力越大,徐變拱度越大。所以對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的徐變拱度進(jìn)行控制是很重要的。
2 預(yù)應(yīng)力張拉摩擦阻力試驗(yàn)
摩擦損失是指預(yù)應(yīng)力筋與周?chē)佑|的混凝土或套管之間發(fā)生摩擦造成的應(yīng)力損失。在后張混凝土中,預(yù)應(yīng)力筋通常一端為固定端,另一端為張拉端,用千斤頂張拉。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼材受到張拉并與管壁接觸時(shí),就會(huì)引起摩擦力,結(jié)果使固定端的拉應(yīng)力小于千斤頂張拉端的應(yīng)力,一般可通過(guò)超張拉來(lái)予以補(bǔ)償。
后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中管道摩擦阻力估算的準(zhǔn)確程度直接影響結(jié)構(gòu)的使用安全,而施工質(zhì)量的優(yōu)劣往往會(huì)影響管道摩阻的大小。為確保津?yàn)I快速軌道交通工程橋梁質(zhì)量,鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所于2002年6月29日對(duì)Ａ319—Ａ322段3×25Ｍａ型預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的三種預(yù)應(yīng)力曲線管道(3束)進(jìn)行了管道摩阻測(cè)試(整個(gè)三跨連續(xù)箱梁有通長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力曲線管道12束,分上中下3排,橫向分成4組。這里對(duì)其中一組的上中下3束通長(zhǎng)管道進(jìn)行測(cè)試)。管道由90ｍｍ波紋管成型,預(yù)應(yīng)力鋼絞線束由12-15預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成。
2.1試驗(yàn)方法
試驗(yàn)時(shí)采用的張拉設(shè)備與實(shí)際施工時(shí)相同,由于管道長(zhǎng)度達(dá)75ｍ,應(yīng)該采用兩端張拉的方法,但是為了試驗(yàn)的要求,準(zhǔn)確測(cè)出預(yù)應(yīng)力中摩擦阻力的損失值,所以試驗(yàn)中采用單端張拉的方法。在主動(dòng)端把兩臺(tái)千斤頂串聯(lián)使用,以滿足張拉時(shí)過(guò)大的伸長(zhǎng)量的要求。測(cè)力傳感器為上海華東電子儀器廠生產(chǎn)的2500ｋＮ穿心式壓力傳感器(精度0. 5%),鋼絞線束伸長(zhǎng)量過(guò)鋼直尺測(cè)量張拉端千斤頂伸長(zhǎng)量并減掉夾片回縮量來(lái)獲得。
試驗(yàn)中采用一端張拉,12-15預(yù)應(yīng)力鋼絞線從220ＫＮ拉力開(kāi)始,分8級(jí)張拉至接近設(shè)計(jì)噸位1900ｋＮ。對(duì)于每個(gè)管道中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉伸長(zhǎng)直,測(cè)量時(shí)主要讀取下列內(nèi)容:張拉端與固定端測(cè)力傳感器讀數(shù)、張拉端千斤頂油缸伸長(zhǎng)量、張拉端與固定端夾片回縮量。
試驗(yàn)中可以在預(yù)應(yīng)力束張拉前分別在其固定端和張拉端安裝壓力傳感器,分級(jí)測(cè)試預(yù)應(yīng)力束在張拉過(guò)程中固定端和張拉端的荷載(兩個(gè)循環(huán)),并利用線性回歸確定管道固定端和張拉端的荷載比值。由此可確定預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力及管道摩阻系數(shù),由于管道摩阻而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失等。在測(cè)量中同時(shí)測(cè)出預(yù)應(yīng)力鋼絞線束的伸長(zhǎng)量,可以測(cè)量預(yù)應(yīng)力束的彈性模量。
2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
(1) 管道摩阻:管道摩阻力由管道曲率效應(yīng)和偏差效應(yīng)兩部分組成,管道摩阻可按下面的理論計(jì)算公式計(jì)算:
Ｐ2=Ｐ1×ｅ-(μθ+ＫＬ)
式中:Ｐ1、Ｐ2—分別為張拉端和固定端管道口鋼絞線束拉力;
Ｌ、θ—分別為管道總長(zhǎng)度(ｍ)和管道總彎起角(ｒａｄ);
�。恕ⅵ獭謩e為管道偏差系數(shù)和鋼絞線束與管道壁之間摩擦系數(shù)。
�。�1、Ｐ2可由傳感器測(cè)出,Ｌ、θ按設(shè)計(jì)值取用,因此按二元線性回歸即可求得Ｋ和μ,3束管道長(zhǎng)度、管道彎起角、Ｐ2 /Ｐ1設(shè)計(jì)值和實(shí)測(cè)回歸Ｐ2 /Ｐ1列表1。
根據(jù)第一次張拉結(jié)果,經(jīng)回歸可得三跨連續(xù)箱梁Ｋ=0 .00369,μ=0 .0513。從表1中還可以看出,管道摩擦阻力隨重復(fù)張拉次數(shù)的增加變化不大。
(2)預(yù)應(yīng)力鋼絞線束彈性模量和伸長(zhǎng)值:鋼絞線束伸長(zhǎng)值ΔＬ可由積分求得,其計(jì)算式為:
ΔＬ=Ｐ1×Ｌ(1-ｅ-(μθ+ＫＬ)) /(μθ+ＫＬ)ＥｙＡｙ(1)
式中ΔＬ應(yīng)是扣除管道長(zhǎng)度外的鋼絞線束伸長(zhǎng)值和兩端夾片回縮值后的理論伸長(zhǎng)值。另外根據(jù)張拉端拉力與實(shí)際伸長(zhǎng)值的回歸可得:
ΔＬ=ｂ×Ｐ1(2)
式中:ｂ—實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)的回歸值。
聯(lián)立(1)、(2)式可得:
�。牛�=Ｌ(1-ｅ-(μθ+ＫＬ)/(μθ+ＫＬ)ｂＡｙ
鋼絞線束彈性模量和伸長(zhǎng)值計(jì)算結(jié)果列于表2。
3 結(jié)語(yǔ)
(1) 津?yàn)I快速軌道交通工程Ａ319-Ａ322段3×25Ｍａ型預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁管道偏差系數(shù)Ｋ=0 .00369,摩阻系數(shù)μ=0 .0513,表明管道形成工藝良好。
(2) 鋼絞線束彈性模量平均值為1 953×105ＭＰａ,實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論計(jì)算伸長(zhǎng)值大致接近,最大誤差僅為-3 .1%,符合設(shè)計(jì)誤差控制在±6%以內(nèi)的要求,滿足試驗(yàn)預(yù)期目的。
(3) 實(shí)測(cè)跨中管道摩阻是很小的,試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,如果在設(shè)計(jì)時(shí)管道摩阻按設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的最小值取值,既按μ=0. 2,Ｋ=0. 002取值,則實(shí)測(cè)跨中管道摩阻只比設(shè)計(jì)值大0. 5%,不用調(diào)整預(yù)應(yīng)力張拉參數(shù)。如果設(shè)計(jì)院所采用的管道摩阻不是規(guī)范中給定的最小值,那么按設(shè)計(jì)院給定的參數(shù)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉的話,箱梁在跨中的實(shí)際預(yù)應(yīng)力比設(shè)計(jì)值要大,但仍然在設(shè)計(jì)的容許范圍之內(nèi)。
參考文獻(xiàn)
[1] 杜拱辰 現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)[Ｍ] 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1988,9
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