摘要：为使桥梁预应力体系满足设计要求，保证梁体受力合理及载荷安全，在连续梁浇筑施工过程中，需要对其进行摩阻试验，并计算出预应力钢绞线束与管壁摩擦系数和每米管道对其位置的偏差系数，为张拉作业提供力值调整依据。本文并结合商合杭铁路港溪特大桥跨S204公路连续梁施工案例和铁路行业规范要求，对悬臂现浇法预应力梁管道摩阻试验过程进行了分析和探讨。
关键词： 连续梁 预应力张拉 管道摩阻
引言
近十几年来，随着铁路建设的高速推进，后张法悬臂现浇连续梁越来越多地出现在各种跨越道路、江河的铁路桥梁中。此类连续梁的内部受力结构与普通简支梁有较大的区别，由于悬臂浇筑方式节段较多，受力复杂，使得预应力张拉作业成为悬臂现浇预应力梁的关键工序之一。如何将预应力按照设计要求准确地施于梁体，对保障桥梁受力合理、刚度适宜、徐变可控，载荷安全等方面起到决定性的作用。从影响预应力损失的几个因素来看，管道摩阻无疑是后张法梁预应力损失的主因。有研究表明，大跨径铁路混凝土连续箱梁，在计算到跨中位置时，其管道摩阻占总应力的损失的比例将达到50%以上。
针对管道摩阻问题，一般设计图纸和规范会给出相应摩阻系数和偏差系数的参考值，但受现场施工条件、材料差异、预留管道线型和成管质量、施工水平等多种因素影响，容易出现较大的偏差。因此，有必要在梁体选择具有典型代表的管道，进行摩阻试验，最大程度还原这两个关键系数，对张拉力进行调整。
1 摩阻试验的理论
1.1摩阻的组成和管道摩阻定义
混凝土桥梁预应力体系一般由预应力筋（纵向管道多以钢绞线为主）、工作锚夹具及连接器、管道及钢筋混凝土梁体共同组成。《Q/CR566-2017 铁路后张法预应力混凝土梁摩阻试验方法》中将桥梁摩阻试验分成三个部分，分别是管道摩阻、喇叭口摩阻和钢绞线回缩量。其中喇叭口摩阻受影响因素较少，相对偏差小且数值稳定，因此本文主要探讨管道摩阻部分。
管道摩阻是预应力梁体进行后张法张拉时，预应力管道中的钢绞线与金属波纹管壁或混凝土管壁摩擦，导致预应力筋中拉应力由张拉主动端向被动端方向逐渐衰减，造成张拉力损失。理论上来说，管道摩阻损失主要分为管道弯曲和管道位置偏差两部分。
按照实际摩擦成因构成，管道线性（曲率）、成管质量、管壁材料及粗糙程度是最主要的影响因素。
（1）管道成型质量。铁路后张法连续梁梁体预留的预应力管道，一般采用薄钢带卷曲成型的金属波纹管，每隔一段距离采用定位支架与梁体钢筋连接，在混凝土浇筑过程中，如发生振捣过度、混凝土偏压及施工踩踏碰撞，金属波纹管容易产生偏移变形，甚至出现漏浆现象，导致摩阻增大；
（2）钢绞线穿引质量。钢绞线穿引时，需要尽量避免钢绞线在孔道内出现大幅度扭曲或缠绕的不平顺现象，人为加大与孔道的接触面积。这种情况在钢绞线数量较多管道更要予以重视。
（3）管道曲线或弯折情况。曲线管道内的钢绞线在受到张拉时，产生垂直于管道切线方向的压力，摩擦力随之增加，张拉力产生大幅损失。理论上，管道曲率和弯折角度越大，张拉力损失越大。
1.2计算方式
管道摩阻的计算原理以数理统计为基础，先对试验管道预应力筋分级张拉，测得张拉过程中主动端与被动端的压力值，将力值比进行回归系数求值，然后利用二元线性回归的方法计算出管道的值及值。在实际运用中，试验数据的样本数量和离散度对计算结果的准确性有很大的影响。
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式中： 为实际测试的管道数目;
为第i个管道对应的值ln(P2/P1)回归系数； 为第i个管道对应力筋的水平投影长度(m)；
为第i个管道对应力筋的空间曲线包角(rad)，其计算式为：
式中：为空间曲线在水平面内投影的切线角之和(rad)；为空间曲线在圆柱面内展开的竖向切线角之和(rad)；为曲线分段数量。
2 典型案例剖析
2.1 工程概况
商合杭铁路港溪特大桥位于浙江省湖州市安吉县天子湖镇南部，全桥长4542.63m。桥梁上部轨道结构为无砟型式，设计通行速度350千米/小时。桥址于DK670+881.8～DK670+906.7处采用三跨（40+64+40）m预应力混凝土连续梁以73度夹角跨越S204公路。连续梁梁体为变高度、变截面的单箱单室箱梁，分35个节段采用悬臂现浇法施工。预应力体系为三向预应力，纵向预应力筋采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003预应力钢绞线，抗拉强度标准值fpk=1860MPa,弹性模量为Ep=195GPa。纵向预应力筋管道采用圆形镀锌金属波纹管，设计预应力筋布置如图1。
图1 港溪特大桥（40+64+40）m连续梁预应力筋立面布置图
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2.2试验管道选取
连续梁管道摩阻试验管道的选取要求为：（1）至少6个管道；（2）包含两种以上起弯角（含最大弯折角）；（3）包含不同直径管道，直径相同时取钢绞线数量多的管道；（4）管道长度不宜小于40米。
根据以上原则，本次试验选取该大桥38#墩6#块预应力混凝土梁T8（12束14-φ15.2预应力钢束）、F10（4束7-φ15.2预应力钢束）两种类型，共计6个纵向孔道进行试验，具体分布如图2。T8位于顶板，管道设计长度53.971米,张拉控制应力1230 MPa；F10位于腹板，管道设计长度54.101米，张拉控制应力1302MPa。
图2 港溪特大桥（40+64+40）m连续梁试验管道布置图
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2.3试验内容
按照张拉控制力对连续梁测试孔道的钢绞线进行分级张拉，获取主动端与被动端实测压力值，依据公式计算管道摩阻系数及偏差系数。
2.4 试验仪器及辅助器具
（1）JMZX-3006型综合测试仪一套，配备JMZX-3340AT型压力传感器两台。
（2）YCW400G-250型张拉千斤顶三套，高压油泵三套，精密压力表两套。
（3）施工方提供的工具锚两套、配套限位板及作锚板等。
2.5 试验过程
（1）按照图3装配方式，完成传感器、锚具、锚垫板及张拉千斤顶的安装就位；考虑管道长度约54米，为保证行程，主动端千斤顶采用两套串联；图中：1为连续梁体；2为试验管道；3为锚垫板；4为千斤顶；5为测试传感器，6为对中垫圈；7为约束环；8为工具锚及夹片。
图3 连续梁管道试验装配示意图
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（2）锚固段千斤顶主缸进油空顶100mm，关闭回油阀，两端预应力钢束均匀楔紧于千斤顶上，两端装置对中；被动端千斤顶施预加力调直钢绞线，力值控制在0.15~0.2P之间；
（3）保证锚固端千斤顶不回油后，按照0→0.2P（初读值）→0.3P→0.4P→0.5P→0.6P→0.7P→0.8P→0.9P→1.0P→0（卸载）的步骤分8级张拉至P值。每一级分别记录张拉端压力传感器读数Pz ,锚固端压力传感器读数Pb以及钢绞线伸长量 。每级张拉加载缓慢进行，张拉时间不小于1分钟。
（4）张拉端千斤顶回油，锚固端千斤顶回油、退锚。
（5）交换锚固端与张拉端方向，重复第（2）、（3）步骤。
（6）试验完成后，退锚开始下一管道测试。
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3 试验结果及分析
3.1 试验结果
6个管道共12组试验数据如下表：
将各预应力钢绞线束对应的转角、管道长度及值等数据代入计算公式，得出：
管道摩阻系数： =0.272
管道偏差系数： =0.00291
3.2 结果分析
下表为实测值与设计参考值的对比。
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通过现场试验得出的港溪特大桥预应力钢绞线与管道的摩擦系数值的试验值比设计值略大；管道偏差系数试验值比设计值略小，但均满足设计规定的偏差幅度。从各管道初始数据来看，离散性不大，表明施工中管道质量和线型控制较为稳定。
张拉作业时，根据实测摩阻系数、锚口和喇叭口摩阻系数，进行综合修正，以张拉力控制为主，钢绞线伸长量校核，保证预应力体系的正常施加。
4 结束语
笔者通过近十年对三十余个铁路连续梁管道摩阻检测数据整理，发现采用金属波纹管成管的连续梁纵向预应力管道摩阻系数普遍接近规范上限或略高于设计值；而管道偏差系数值则相对不太稳定，说明现场施工环节的精细化作业水平仍有待提高，如需要加强管道在混凝土浇筑前的定位和浇筑过程的保护，确保管道线性平顺，杜绝管道局部弯折和漏浆。新行业标准提出连续梁管道摩阻试验管道长度不宜小于40m，使得试验的整体性得到加强，但在连续梁1#块施工后，建议有条件的情况下仍需增加管道摩阻试验，为前几个节段的张拉提供力值调整依据。
参考文献
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[3]李学斌，侯建军，马林 铁路桥梁预应力管道摩阻试验方法及控制 铁道标准设计2011年11期.
[4] 许佩军, 缪国波 预应力箱梁孔道摩阻试验方法与分析 中国水运：下半月2014
[5] 张瑞森 松花江特大桥预应力孔道摩阻试验研究 铁道标准设计 -2006