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1、无粘结预应力圆形水池池壁压应力分布的测试和分析摘要：通过对实际工程进行现场测试、收集数据，分析后张法无粘结预应力圆形水池池壁环向预应力钢绞线的分段布置对池壁压应力建立的影响，并对预应力损失进行测试和分析。关键词：预应力 ，圆形水池 ， 刚度， 压应力分布， 预应力损失1.引言 江苏省某市于2002年10月及2009年7月扩建城市污水处理系统工程，两期工程中均建造了后张法无粘结预应力圆形水池。由于圆形水池的池壁在水压力作用下，承受环向拉力，故在池壁中按照一定间距配置无粘结预应力钢绞线，希望通过预应力张拉，在池壁上建立有效压应力，以平衡环向拉力。本文作者在多年无粘结预应力工程的实践过程中，整体上认
2、为无粘结预应力结构中摩擦损失的理论值大于实际值，这直接导致张拉无粘结预应力时，压应力的实际建立值超出设计标准，使得张拉时的伸长值实测结果大于依据现行规范计算出的结果。在这两个工程中，设计单位提出了测试预应力摩擦损失值和池壁压应力实际建立情况的要求，本文就测试情况和数据进行分析和介绍，供广大工程技术人员参考。 2.工程简介 2002年建成项目为二次沉淀池（下文称2002年沉淀池），池高5.6米，内径36米，壁厚300mm，池壁内布置了12圈1860级无粘结预应力钢绞线，每圈1束，每束2根。池壁设计张拉锚固支座4个，单根钢绞线环向包角180度，长度约60米。2009年建成项目也为二次沉淀池（下文称
3、2009年沉淀池），池高5.85米，内径38米，壁厚300mm，池壁内布置了24圈1860级无粘结预应力钢绞线，每圈1束，每束1根。池壁设计张拉锚固支座6个，单根钢绞线环向包角120度，长度41米。两个水池预应力配筋量相同，直径差别小于5.5%，高度差别小于4.5%，具有可定量分析，进行对比的前提。 沉淀池平面及预应力布筋如图所示， 图1 2002年沉淀池预应力布筋图图22009年沉淀池预应力布筋图 预应力锚固支座尺寸具体如下图： 图3 沉淀池预应力锚固支座大样图 两个工程均需要对预应力摩擦损失和压应力分布情况进行测试。经和设计单位沟通，摩擦损失测试设备采用千斤顶及配套标定油表。没有采用穿心式
4、压力传感器的原因是：虽然穿心式压力传感器精度较高，但对使用环境和操作要求较高，尤其是在安装过程中，严格的轴线对中要求往往只有在实验室状态下精心操作才能达到较高的标准，而在施工现场中常会发生由于安装不精确导致测试数据出现较大不合理偏差的情况。所以，最确定的测试方案为：采用主被动态千斤顶测定摩擦损失；采用在池壁混凝土中预埋钢弦传感器的方法测定压应力分布情况。 2.摩擦损失的测试和分析 依据测试方案，预应力摩擦损失采用主被动态千斤顶进行测试。具体做法为：选取三台性能稳定的24吨千卡式千斤顶，两台按照千斤顶在预应力张拉时的工作状态在试验机上进行标定，即采用千斤顶主动上顶试验机工作台的方式与配套油压表进
5、行标定；另外一台千斤顶按照被动态，即试验机工作台下压千斤顶的方式与配套油压表进行的标定。标定油泵与测试时油泵均采用同一型号的高压油泵。 在池壁环向布置的钢绞线中，任意选定3根进行摩擦损失测试，测试张拉力按照设计要求控制应力的20%，50%（2002年沉淀池为60%）和100%分阶段进行。即将被动态千斤顶油缸打出约100mm的长度（总长200mm），使其工具夹片夹紧钢绞线的张拉端，钢绞线的另外一端采用主动态千斤顶进行张拉，通过油压表控制主动态千斤顶的拉力，同时读取被动态千斤顶油压表读数，从而换算出传递至被动端的拉力大小，两个力之间的差值即为磨擦损失。 在测试过程中需注意：（1）主动态千斤顶和被动
6、态千斤顶均需更换全新的工具夹片，确保在测试过程中，两个千斤顶对钢绞线的确实夹紧，不允许在测试过程中发生工具夹片打滑的情况；（2）预应力钢绞线的两个张拉端均不安装锚具。确保测试数据内只存在磨擦损失；（3）在测试过程中，如果发生测试中断，工具夹片打滑等情况，需中止测试，并且放弃当前测试的钢绞线束，另选一根没有张拉过的钢绞线从头开始。这样才能确保测试完全符合预应力张拉的工况；（4）第一台主动态千斤顶缸长不够时采用第二台主动台千斤顶进行接力张拉。 2002年沉淀池测试结果如下表1（设计要求测试张拉控制应力为1116Mpa）： 表1：2002年沉淀池测试结果 表22009年沉淀池测试结果 依据现行设计规
7、范进行理论计算，2002年沉淀池在一端张拉的工况下摩擦损失为48%，2009年沉淀池在一端张拉的工况下摩擦损失为34%，前者与实际测试结果基本相符，后者偏差较大，实测值低于理论计算值。2002年沉淀池钢绞线长度在180度包角的情况下单根长度61米，2009年沉淀池在120度包角的情况下单根长度41米。二者长度相差20米，包角相差达60度，2009年沉淀池摩擦损失却小近一半。通过计算可知，钢绞线长度对摩擦损失的影响较小，角度对摩擦损失的影响较大（假设钢绞线在长度不变的情况下按照直线布置，没有角度，则摩擦损失值非常小），所以从摩擦损失的角度上来看，在此类工程的设计中，增加预应力锚固支座的数量，减小
8、预应力钢绞线的包角对控制摩擦损失效果较为明显，能达到较好的配筋经济性。 3.压应力值及分布的测试和分析 两个水池压应力测试都采用预埋同一型号钢弦压力传感器的方式进行测试。传感器埋设的位置经与设计协商采用下图所示。预应力张拉后对应点的压应力测试结果如下表3.表4所示。 表32002年沉淀池压应力测试结果 表42009年沉淀池压应力测试结果 压应力分布图如下： 2002年沉淀池压应力分布 2009年沉淀池压应力分布 ：张拉后，蓄水前 ：张拉后，蓄水前 -：蓄水后 -：蓄水后 图4池壁压应力分布图 两个工程中，钢绞线配筋数量和张拉应力均相同，经简单的理论计算，建立起来的压应力为： 2002年沉淀池：
9、 ，（考虑20%的预应力损失） 2009年沉淀池： ，上述数据均小于实际测量值。 通过数据，我们可以明显地看出，同样的配筋，同样的张拉力，差距不大的截面积（5600/5850），但2009年沉淀池池壁所建立起来的压应力3.16要远小于2002年沉淀池4.857，前者仅为后者的65%，这与摩擦损失测试中得出的结论出现了矛盾的地方：2002年沉淀池摩擦损失远大于2009年沉淀池，超出约2倍。 针对本次测试和出现的矛盾，我们定性分析如下： （1）池壁压应力的大小取决于预应力钢筋的配筋量和张拉控制应力，但是合理的分段和布置对实际建立压应力的大小有重要作用。（2）无粘结预应力的摩擦损失实际值与理论值之间
10、偏差的大小取决于工程实际中线形的布置，主要影响因素是曲线角度的大小。单纯的认为理论值与实际值之间偏差大或小的提法并不可取。对于重要的结构和复杂的线形布置方式应实测摩擦损失，从而确定适合该工程实际情况的张拉控制应力。（3）增加预应力锚固支座的做法能有效地降低预应力摩擦损失，在两个工程中，预应力钢绞线的包角由180度减小为120度，摩擦损失降低近50%（长度减小的影响相对较小）。（4）由压应力分布图的情况可以看出：单根分散布置（即每束1根）的布筋方式比成束布置（每束2根）的布筋方式所建立起来的压应力分布均匀；（5）池壁预应力锚固支座属于竖向构件，抗侧刚度较大，对压应力建立的约束作用明显，这直接导致
11、了有6个锚固支座的2009年沉淀池所建立的压应力小于只有4个锚固支座的2002年沉淀池。 4.结束语 本文通过定量测试和分析不同预应力钢绞线布筋方式的圆形水池在预应力张拉后摩擦损失的大小和压应力分布的情况，并就测试的数据和概念进行了分析，供广大工程技术人员参考。 参考文献 【1】中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范（GB 500102002）.北京：中国建筑工业出版社，2002 【2】林同炎，Ned H.Burns著，路湛沁译.预应力混凝土结构设计. 北京：中国铁道出版社，1983 【3】吕志涛，孟少平.现代预应力设计.北京：中国建筑工业出版社，1998 【4】张誉主，编.混凝土结构基本原理.北京：中国建筑工业出版社，2000 【5】李国平主编.预应力混凝土结构设计原理. 北京：人民交通出版社，2000 【6】江见鲸.混凝土结构工程学.北京：中国建筑工业出版社，1998 【7】袁国干.配筋混凝土结构设计原理.上海：同济大学出版社，1990 陶学康.后张预应力混凝土设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1996