沈阳奥体中心综合馆预应力梁摩擦损失测试

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摘要:利用张拉伸长值校核法测试了沈阳奥体中心综合馆预应力梁的孔道摩擦系数,根据测试结果知道该工程直线预应力筋的摩擦系数=0.0037,曲线预应力筋的摩擦系数=0.0015,=0.187,按上述和计算的伸长值和实测伸长值的偏差在±6%以内,满足规范要求。

关键词:预应力;孔道摩擦损失;摩擦系数;张拉伸长值

中图分类号:TU378文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0165-02

一、工程概况

沈阳奥林匹克体育中心综合体育馆3层楼盖结构的1/J～V轴间为大跨预应力混凝土框架梁结构,跨度为41m和40m,梁截面尺寸为1200mm×2000mm,配置有4×18s15.2+2×9s15.2高强低松弛预应力钢绞线,张拉控制应力1395MPa,原设计预留孔道采用金属波纹管,考虑到预应力筋长度较长,摩擦损失可能偏大等原因,设计将预留孔道改为塑料波纹管,但计算摩擦损失时仍采用规范(GB50010-2002)金属波纹管的摩擦系数,基于对预应力工程质量的保证和施工控制的需要,根据设计要求对孔道摩擦系数进行了测试。

二、测试原理和方法

规程(CECS 180:2005第5.3.1)款规定:对于重要的预应力工程,应在现场测定实际的孔道摩擦损失,一般测试可采用传感器法。但对于本工程而言,预应力框架梁为两跨82m或3跨105m,单端张拉的伸长值约为650mm左右,而且张拉吨位大,千斤顶串联安装困难,因此本工程难以利用传感器法进行测试。

考虑到以上情况,本工程中采用了张拉伸长值校核法测试有效预应力。本方法通过张拉伸长值与摩擦系数的关系反演和,摩擦系数和张拉伸长值存在式(1)所示关系:

(1)

式中,L为张拉伸长值,pe,i为各段预应力筋起点的有效预应力,在张拉端为con,Ep为预应力筋的弹性模量,xi和i分别为第i段预应力筋孔道长度和曲线部分切线的夹角,ns为预应力筋段数。由式(1)可知,只要测出张拉端的应力和相应伸长值L即可导算摩擦系数,在实际操作中由于初拉力以下的实际伸长值无法测量,因此可取伸长值增量ΔL和相应主动端应力增量Δ的比值ΔL/Δ来反演摩擦系数,如式(2)所示:

(2)

对直线形预应力筋,式(2)可简化为式(3):

(3)

本工程中每根梁中均有6孔预应力筋,其中2束9孔预应力筋为直线,配置于距梁底100mm处,长度为81.8m,在15、16、21、22和23轴为两端张拉,在17-21轴为V轴一端张拉;4束18孔预应力筋为曲线,在15、16、21、22和23轴为两跨,在17-21轴为三跨,均为两端张拉,每跨内线形均为四段抛物线,选取4根直线筋和10根曲线筋在V轴进行单端张拉测试。

三、测试结果

测试时,将主动端应力分为6级,相应钢铰线应力约为0.2con、0.4con、0.6con、0.8con、0.9con和1.0con,每级应力为一个工况,每个工况应记录主动端应力和相应的千斤顶行程。数据处理时由各工况数据利用图解法求出每束预应力筋的ΔL/Δ值,然后采用数值方法反演摩擦系数,对直线筋直接利用式(3)反演,可得=0.0037,而规程CECS 180:2005中建议塑料波纹管=0.0012～0.0020,=0.15～0.20,可见直线筋的摩擦系数偏大,因此在反演曲线筋的摩擦系数时假定取设计值0.0015,利用式(2)反演,可得=0.187,见表1:

利用本文所求出的摩擦系数进行伸长值校核,可见利用反演摩擦系数所求的伸长值与实测值的相对差值均小于±6%,满足规范(GB50204-2002)在±6%之内的要求。

按钢绞线回缩5mm计算锚固损失,则扣除瞬时预应力损失后,有效预应力沿程分布如图1所示,其中虚线为按设计所取参数=0.0015,=0.25计算的有效预应力沿程分布,实线为按测试所得出的摩擦系数计算的沿程分布,跨中数字为各跨平均有效预应力(括号内数字为按设计所取参数=0.0015,=0.25计算的平均有效预应力)。从中可见对曲线预应力筋,按实测摩擦系数计算的有效预应力比设计值偏大,偏大在3%以内,而对于直线预应力筋,按实测摩擦系数计算的有效预应力比设计值偏小,两端张拉的直线筋平均有效预应力偏小为4.5%,而单端张拉直线筋1/J～1/Q跨内平均有效预应力偏小为14.0%,综合考虑测试结果,按实测摩擦系数计算的有效预应力的沿程分布与设计值的偏差在±2%以内。

四、结论

1.根据测试结果,对于直线预应力筋,利用伸长值反演出=0.0037,而对于曲线预应力筋,假定=0.0015,反推导,并求其平均值为=0.187。

2.根据反演出的摩擦系数所求出的伸长值与实测值偏差均满足规范(GB50204-2002)在±6%之内的要求。

3.设计所取的摩擦系数为=0.0015,=0.25,根据测试结果按设计所取的摩擦系数计算的曲线预应力筋摩擦损失偏大,即有效预应力偏小,而对于直线筋来讲按规范系数计算的摩擦损失偏小,即有效预应力偏大,综合考虑以上结果,实测有效预应力与设计值偏差在2%以内,满足规范(GB50204-2002)要求小于5%的规定,因此张拉应力不需要调整。

4.在随后的正式张拉施工中,根据本文所反演的摩擦系数进行了张拉伸长值控制,经验算各预应力筋理论和实测伸长值差值均满足规范要求。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.混凝土结构设计规范(GB50010-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]中国工程建设标准化协会.建筑工程预应力施工规程(CECS 180:2005)[S].北京:中国计划出版社,2005.

[3]陶学康.后张预应力混凝土设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[4]中华人民共和国建设部.混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

作者简介:赵贤(1972-),男,浙江诸暨人,上海培成建设集团有限公司工程师,研究方向:结构工程。