2024年4月28日发(作者：)

ValueEngineering

·109·

TestingTechnologyfortheFrictionResistanceofPrestressedPipes,AnchorMouthandBellMouth

预应力管道摩阻尧锚口摩阻和喇叭口摩阻测试技术

陈娟CHENJuan

（广西世诚工程检测有限公司，柳州545005）

（GuangxiShichengEngineeringInspectionCo.，Ltd.，Liuzhou545005，China）

摘要院进行跨越市政主干道及铁路客运专线的大跨度连续梁施工时，为了确保预应力体系的施工质量，对预应力摩阻损失、锚口

摩阻和喇叭口摩阻损失进行了现场测试。测试时采用压力传感器进行预应力张拉力的测读，提高了精度的同时也使测试更为快速、简

便。本文还对测试所得数据采用最小二乘法进行分析处理的方法进行了介绍，以期能够对其它项目施工现场的摩阻损失测试起到些

许借鉴作用。

Abstract:Inordertoensuretheconstructionqualityoftheprestressedsystemduringtheconstructionoflarge-spancontinuousbeams

spanningthemainmunicipalroadsandpassengerdedicatedrailwaylines,fieldtestswerecarriedoutonthefrictionlossoftheprestressing

force,thefthetest,thepressuresensorisusedtomeasure

andreadthepre-stresstensionforce,ticlealsointroducesthe

methodofanalyzingandprocessingthedataobtainedbythetestusingtheleastsquaremethod,inthehopethatitcanbeusedasa

referenceforthefrictionlosstestontheconstructionsiteofotherprojects.

关键词院预应力；摩阻损失；测试；压力传感器；最小二乘法

Keywords:prestress；frictionloss；test；pressuresensor；leastsquaremethod

中图分类号院U441+.4文献标识码院A文章编号院1006-4311（2021）12-0109-03

0引言

对于后张法砼梁体而言，预应力摩阻损失无疑构成了

预应力损失的大部分。而预应力的张拉值能否按设计要求

的数值准确施加给预应力筋将影响到梁体是否能够达到

正常使用功能，并对梁体的外观线型造成不利影响。当过

高估值预应力摩阻损失时，将过度施加预应力，容易使梁

端砼产生局部破坏，或是梁体的预拉区出现开裂；而过低

的估值，则造成梁体承载能力不足，影响梁体抗变形和抗

裂能力等。

预应力摩阻损失来源于3大部分（锚口摩阻、管道摩

阻、喇叭口摩阻）。摩阻损失主要来源于管道摩阻。管道摩

阻损失的采用摩阻系数（滋）和管道偏差系数（k）来评价。

设计及施工规范对于滋、k的取值给出了建议范围，但施

工实践表明，管道摩阻的大小受成孔材料的特性、预应力

筋的品种及现场人员操作工艺水平等的影响，不同项目施

工条件下，滋、k值相差很大。基于确保预应力施工质量控

制的要求，故有必要在施加预应力前，对该特定施工条件

下预应力管道的滋、k值及锚口摩阻、喇叭口摩阻进行测

试，以获得实际值，从而为预应力施加值、钢束伸长量及梁

体预拱值等控制提供依据。

摩阻测试不仅可检验设计所取用的滋、k值是否正

确，避免预应力施加偏差过大，导致梁体结构安全存在隐

患。且可检验该项目预应力管道施工工艺的质量及水平。

同时，通过大量现场数据的采集，在统计学的基础上，为规

范建议值的修正提供科学依据。

1工程概况

某市政道路桥梁在K0+740.55耀K1+225.5路段跨越规

要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要

作者简介院陈娟（1985-），女，湖南益阳人，建材室主任，毕业于湖

北国土资源职业学院，研究方向为试验检测。

划三路以及铁路客运专线。桥梁上构孔跨为（[3伊35）+（4伊

35）]m装配式预应力砼小箱梁+（60+100+60）m预应力砼

变高连续梁，桥长475.95m。采用挂篮悬臂法施工（60+

100+60）m砼连续梁，连续箱梁设置了三向（纵、横、竖）预

应力体系，箱梁的纵向预应力体系钢束为低松驰钢绞线，

其规格为17-准

j

15.2mm钢铰线（抗拉标准强度R

y

=

b

1860MPa）；采取两端施力，其控制应力啄

k

=0.75f

pk

，预应力

管道（内径为100mm）成孔材料采用金属材质。设计建议

采用摩阻系数（滋=0.15）和管道偏差系数（k=0.003）。

由于本项目为大跨度连续梁，且上跨铁路客运专线，

其预应力体系的施工质量对确保桥梁安全使用非常重要。

为了获得本项目施工工艺状况下的真实摩阻损失，以便将

预应力按设计值准确施加给连续梁，确保梁体的结构安

全，故本项目进行现场摩阻损失的测试试验。

2管道摩阻损失的测试

2.1测试方法

传统的管道摩阻测试采用主被动端千斤顶法，但该测

试方法因千斤顶存在内部的摩阻力，影响到测试数据的完

全准确；且采用该测试工艺时，预应力钢束与喇叭口有触

碰，无疑会存在一定摩擦力，即测试值中含有该值，降低了

测试的准确性。本项目改进了测试办法，以确保测试快速、

数据准确，即在主动端、被动端的拉力使用新型压力传感器

读取，在传感器外设置对中垫板的测试工艺，避免钢束与喇

叭口触碰，其测试原理如图1所示。压力传感器直接安装在

锚垫板、千斤顶之间，测试数值不受测试器具产生的压缩变

形的影响，且该方法测试简单快速，避免了砼收缩与徐变的

影响，因此，摩阻损失即为两端压力传感器读数之差。

为了尽可能降低测试误差，采取两端各为一次固定

端、张拉端的测试方法，即完成一处管道3次张拉测试，所

·110·

价值工程

图1管道摩阻测试原理

图2预应力管道布置图

图2预应力管道布置图

得的3次测试值平均后作为该管道的测试数据值。然后调

换固定及张拉端，再重复进行该管道的3次张拉测试。安

装好后的传感器以及千斤顶设备中心线与钢束中心线需

重合。测试采用与施工现场实际使用相同的设备，即穿心

式千斤顶为YCW系列D型；油泵为ZB4-600H型电动高

压油泵；压力传感器则采用KJ101-24型。准确进行传感

器、对中垫板、千斤顶、工具锚的安装，使其中心线重合于

预应力筋、喇叭口。

试验时在固定、张拉端均设置1个压力传感器，固定

端安装1台千斤顶，张拉端根据钢束的伸长量及千斤顶的

最大行程安装1耀3千斤顶，千斤顶和高压油泵需标定后方

可使用，且采用标定后的千斤顶和高压油泵对传感器的读

数进行校核。

17-准j15.24钢绞线的设计控制拉力为3315kN，检测

时分8个阶段张拉至设计控制值，第1级的拉力按

500kN，随后每级级差为400kN，最后一级张拉至3315kN。

测试时，匀速对预应力筋施力，防止中途停歇，以避免钢束

回缩而产生误差。张拉拉力值由千斤顶油表的读数进行控

制，但记录数值以压力传感器的读数为准。测试采取一端

施力的方式，即一端作为张拉端施力，相对的另一端为固

定端。

2.2数据的处理

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

（JTGD62-2004）的规定，预应力摩阻损失值滓

l1

按下列（1）

式进行计算：（1）

式（1）中各符号的所代表的意义见《公路钢筋混凝土

及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）。

数据处理采用最小二乘法，经对公式（1）进行数学推

导，得到下列（2）式进行k及滋值的计算。

式（2）中孜

i

为i序号的管道测试数值的ln（F

Z

/F

g

）值，

F

Z

、F

g

分别为张拉端、固定端所测试得的压力值；l

i

为i序

号管道钢绞线在水平向的投影长度（m）；兹

i

为i序号管

道预应力钢绞线的空间曲线包角（rad）；n为测试管道的

个数。

2.3测试管道的选择

根据现场的施工进度情况和测试的需要，选择了8号

墩上的箱梁N5、N6、N7外腹板管道（如图2所示）等3条

典型，并具有代表性的管道，以使测试统计结果具有代表

性，并符合实际状况。预应力钢绞线及管道布置相关参数

见表1。

表1测试钢绞线尧管道的设计参数表

钢束

编号

N5

N6

N7

钢束

位置

腹板

腹板

腹板

钢束

规格

17-7准5

17-7准5

17-7准5

管道长度管道曲线管道曲线角控制张拉

（

kN）

（lm）

角兹（度

）

兹（rad）

力

13.053

19.179

25.972

60

60

60

1.047

1.047

1.047

3315

3315

3315

根据分级加载测试所得数据，采用二元线性回归法计

算F

Z

/F

g

值，其结果见表2。

表2预应力测试结果计算表

钢束编号转角兹（rad）

N5

N6

N7

1.047

1.047

1.047

管道长度

F

Z

/F

g

回归值

张拉次数

孜

i

=ln（F

Z

/F

g

）

L（cm）

计算结果

13.053

19.179

25.972

1

2

1

2

1

2

0.8852

0.8923

0.8829

0.8792

0.8766

0.8771

0.122

0.114

0.125

0.129

0.132

0.131

（2）

把表2中数据按规划要求进行分析及计算后代入式

（2）中计算k、滋值，结果见式（3）。

（3）

ValueEngineering

表3锚口尧喇叭口损失试验结果

序号

1

2

3

试验次数

第一次

第二次

第三次

第一次

第二次

第三次

第一次

第二次

第三次

主动端压力（kN）

3300.8

3312.3

3307.0

3293.6

3300.8

3310.6

3291.0

3309.7

3313.2

被动端压力（kN）

3123.4

3133.2

3109.2

3122.6

3128.8

3119.0

3124.3

3111.9

3114.5

压力差（kN）

177.4

179.1

197.8

171.0

172.0

191.6

166.7

197.8

198.7

·111·

损失百分比

5.4%

5.4%

6.0%

5.2%

5.2%

5.8%

5.1%

6.0%

6.0%

5.6%平均值：

解方程（3）得滋=0.235，k=0.0028。

经过现场实测，得到本项目施工工艺条件下的滋=

0.235。比设计建议值（0.015）偏大了不少，因滋摩阻系数

是也是体现管道成孔质量的参照，此数值偏高，通常表明

管道的定位施工工艺出现问题。经对现场进行成孔质量的

松查，发现定位钢筋的定位精度不足，且间距过大，在浇筑

砼时，管道易受影响而偏移，即管道定位质量差。发现问题

后，项目部采用了先进的波纹管定位技术，并对操作人员

进行了工艺培训，经对改进工艺后的成孔管道再次进行了

测试，实测得滋=0.159，表明施工质量已得到明显提高。

k=0.0028，比设计建议值稍稍偏低，表明管道在曲线

部份的定位质量较佳，即管道的曲线部分平顺，质量达到

设计及规范要求。

3锚口及喇叭口摩阻损失测试

实际施工时，预应力钢束张紧后不可避免与喇叭口和

锚圈口相触碰，并有相对滑动，产生摩擦力而出现锚口及

喇叭口摩阻损失。通常在设计预应力张拉值时考虑了上述

摩擦阻力，本项目的设计单位将锚口及喇叭口摩阻损失按

6%（预应力控制值）的综合值进行考虑。

本项目在进行管道摩阻损失的测试后，测试了本项目

的锚口及喇叭口摩阻损失，以获得实际数值。预制一根断面

为0.8m伊0.8m，长度为3m，并配置钢筋的砼长方块，在砼长

方块中间部位设置了一段直线型预应力管道，管道两端安

设锚具。采用实际工程施工的成孔材料、锚具及锚垫板。

测试的方法与上述摩阻损失的测试相同，但锚头上需

安装实际使用的夹片。也是一端固定，另一端张拉，压力传

感器安装在两端，以读取拉力值。两端压力传感器读数之

差即为锚口摩阻和锚垫板摩阻损失，按百分比（与控制拉

力相比）表示。测试方法如图3所示。

喇叭口和锚圈口摩损测试选了3组群锚锚具，试验

时，将预应力直接施加至设计控制值（3315kN），然后记录

两端传感器的读数。每组群锚锚具重复试验3次。记录的

数值见表3所示。

从表3可见，喇叭口预应力摩阻损失的平均值为

5.6%。与设计给定的值相差不大，现场预应力施工时，按实

测损失进行了调整。

4预应力摩阻损失测试注意事项

砼强度达到80%设计强度值后，方可进行连续梁的摩

图3喇叭口和锚圈口摩损测试方法示意图

阻损失试验。现场配备满足要求的电源、施工平台、倒链，

且需做好安全防护工作。

测试前标定、检查压力传感、油泵压力表等仪器。检

查、清理试验管道，按设计长度进行钢绞线下料。

为了确保传感器均匀受压，避免出现偏载，压力传感

与千斤顶、喇叭口要严格对中，控制中心线重合。

油泵操作人员按分级读数进行分级加载，当油泵压力

表读数稳定后，两端测人员同时迅速读录传感器的数据。

测试一个循环后，对检测系统的工作状态进行仔细检

查，确认传感器无偏心现象，千斤顶、油泵、钢绞线处于良

好状态，并静默10min后，方开始一下循环的检测。

完成检测后，及时进行数据处理，剔除异常数据，并查

明原因。当合格数据不足时，再次测试以补足所需数据。

5结束语

对于大跨度超长连续梁进行预应力摩阻损失的测试

是非常必要的，因其梁体需承受相对小跨度连续梁而言要

高得多的弯、拉、压荷载，安全风险高，而准确施加预应力

是确保梁体按设计的能力进行承载的基础。同时，通过测

试还可评估本项目预应力系统施工的质量控制水平，从而

找到问题，并采取解决问题的技术措施，提高预应力施工

的技术水平。

参考文献院

[1]中华人民共和国交通部.JTGD62-2004，公路钢筋混凝土

及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]刘效尧，朱新实.预应力技术及材料设备[M].北京：人民交

通出版社，2008.

[3]赵霄，金凌志.缓粘结预应力混凝土连续梁预应力损失计

算及摩阻力研究[J].井冈山大学学报：自然科学版，2011（06）.