1、千斤頂工作原理及標定、管道摩阻測試專題 一 千斤頂的種類 二 千斤頂工作原理 三 千斤頂校驗及計算 橋梁工程中施加預應力所用的機具設備通常稱為張拉設備。常用的張拉設備由油壓千斤頂和配套的高壓油泵、壓力表及外接油管組成。液壓千斤頂按其構造可分為臺式（普通油壓千斤頂）、穿心式、錐錨式和拉桿式。工地上比較常見的張拉千斤頂一般為穿心結構，其主要結構包括張拉外套、活塞、油室。 千斤頂在張拉時，將其抵住工作錨具，將工作錨具安裝在活塞前端，并安裝工作、工具夾片，通過張拉油泵向進油嘴進油，在高壓油的推動作用下，使活塞向前運動，在工具錨作用下，帶動鋼束向前運動，實現鋼束的張拉。 油室內油壓的大小通過張拉油泵上的

2、油表讀出。一、張拉千斤頂的工作原理 （一）YC-60型穿心式千斤頂工作原理 穿心式千斤頂是利用雙液壓缸張拉預應力筋和頂壓錨具的雙作用千斤頂。穿心式千斤頂適用于張拉帶JM型錨具、XM形錨具的鋼筋，配上撐腳與拉桿后，也可作為拉桿式千斤頂張拉帶螺母錨具和鐓頭錨具的預應力筋。下圖為JM型錨具和YC-60型千斤頂的安裝示意圖。系列產品有YC20D，YC60與YC120型千斤頂。 YC60型千斤頂主要由張拉油缸、頂壓油缸、頂壓活塞、穿心套、保護套、端蓋堵頭、連接套、撐套、回彈彈簧和動、靜密封圈等組成。該千斤頂具有雙作用，即張拉與頂錨兩個作用。圖1 YC-60型千斤頂具和JM型錨的安裝1工作錨；2YC-60

3、型千斤頂；3工具錨；4預應力筋束其工作原理是：張拉預應力筋時，張拉缸油嘴進油、頂壓缸油嘴回油，頂壓油缸、連接套和撐套連成一體右移頂住錨環；張拉油缸、端蓋螺母及堵頭和穿心套連成一體帶動工具錨左移張拉預應力筋；頂壓錨固時，在保持張拉力穩定的條件下，頂壓缸油嘴進油，頂壓活塞、保護套和頂壓頭連成一體右移將夾片強力頂入錨環內；此時張拉缸油嘴回油、頂壓缸油嘴進油、張拉缸液壓回程。最后，張拉缸、頂壓缸油嘴同時回油，頂壓活塞在彈簧力作用下回程復位。大跨度結構、長鋼絲束等引伸量大者，用穿心式千斤頂為宜。 圖2 YC60型千斤頂a）構造與工作原理； b）加撐腳后的外貌1一張拉油缸；2頂壓油缸（張拉活塞）；3頂壓活

4、塞；4彈簧；5預應力筋； 6工具錨；7螺帽；8錨環；9構件；10撐腳；11一張拉桿；12連接器； 13張拉工作油室；14頂壓工作油室；15張拉回程油室；16張拉缸油嘴；17一頂壓缸油嘴；18油孔（二）錐錨式千斤頂 錐錨式千斤頂是具有張拉、頂錨和退楔功能三作用的千斤頂，用于張拉帶錐形錨具的鋼絲束。系列產品有：YZ38，YZ60和YZ85型千斤頂。 錐錨式千斤頂由張拉油缸、頂壓油缸、退楔裝置、楔形卡環、退楔翼片等組成如圖所示。 其工作原理是當張拉油缸進油時，張拉缸被壓移，使固定在其上的鋼筋被張拉。鋼筋張拉后，改由頂壓油缸進油，隨即由副缸活塞將錨塞頂人錨圈中。張拉缸、頂壓缸同時回油，則在彈簧力的作用

5、下復位。 圖3 錐錨式千斤頂1-張拉油缸；2-頂壓油缸（張拉活塞）；3-頂壓活塞；4-彈簧；5-預應力筋；6-楔塊；7-對中套；8-錨塞；9-錨環；10-構件（三）拉桿式千斤頂 拉桿式千斤頂用于螺母錨具、錐形螺桿錨具、鋼絲鐓頭錨具等。它由主油缸、主缸活塞、回油缸、回油活塞、連接器、傳力架、活塞拉桿等組成。圖4 拉桿式千斤頂 1一主油缸；2主缸活塞；3一進油孔；4一回油缸；5一回油活塞；6回油孔；7連接器；8傳力架；9拉桿；10螺母；11一預應力筋；12一混凝土構件；13預埋鐵板；14螺絲端桿 目前常用的一種千斤頂是YL60型拉桿式千斤頂。另外,還生產YL400型和YL500型千斤頂，其張拉力分

6、別為4 000 kN和5 000 kN，主要用于張拉力較大的鋼筋張拉。 工作原理: 張拉前，先將連接器旋在預應力的螺絲端桿上，相互連接牢固。千斤頂由傳力架支承在構件端部的鋼板上。張拉時，高壓油進入主油缸、推動主缸活塞及拉桿，通過連接器和螺絲端桿，預應力筋被拉伸。千斤頂拉力的大小可由油泵壓力表的讀數直接顯示。當張拉力達到規定值時，擰緊螺絲端桿上的螺母，此時張拉完成的預應力筋被錨固在構件的端部。錨固后回油缸進油，推動回油活塞工作，千斤頂脫離構件，主缸活塞、拉桿和連接器回到原始位置。最后將連接器從螺絲端桿上卸掉，卸下千斤頂，張拉結束。工作原理演示二、張拉千斤頂的校驗1千斤頂進行校驗的原因 由于每臺千

7、斤頂液壓配合面實際尺寸和表面粗糙度不同，密封圈和防塵圈松緊程度不同，造成千斤頂內摩阻力不同，而且要隨油壓高低和使用時間變化而改變。千斤頂能夠張拉鋼束的原因是千斤頂的活塞在高壓油的作用下帶動鋼束伸長，高壓油的油壓大小通過張拉油泵的油表讀數得到，活塞為受力簡圖見圖所示。從圖中發現，由于活塞和千斤頂鋼套之間存在摩擦力，油室內油壓大小和作用于鋼束的力是不相等的。 如張拉油缸的面積為A，有活塞力的平衡： 可見，油表上的讀數大于實際作用于鋼束上的力，為準確控制作用于鋼束上的力，按鐵路橋規要求，在張拉鋼束前，必須對千斤頂進行標定，即得到張拉油表讀數和作用于鋼束上張拉力間的線性回歸方程。摩擦力f千斤頂活塞受力

8、簡圖油壓 作用于鋼束的張拉力N2.什么情況下應該對張拉千斤頂進行校驗（1）新千斤頂初次使用前；（2）油壓表指針不能退回零點時；（3）千斤頂、油壓表和油管進行過更換或維修后；（4）當千斤頂使用超過6個月或張拉超過200次以上，客運專線規定千斤頂標定周期為一個月，油壓表標定周期為一周； （5）在使用過程中出現其他不正常現象。3千斤頂校驗的方法校驗應在經主管部門授權的法定計量技術機構進行。（1）校驗用的標準儀器的精度不得低于1%，壓力表的精度不宜低于1.5級，最大量程不宜小于設備額定張拉力的1.3倍，校驗時，千斤頂活塞運行方向應與實際張拉工作狀態一致。（2）千斤頂的校驗可以根據現場實際情況，采用壓力

9、機、已經標定的傳感器進行標定；（3） 標定時應將油壓表、千斤頂等配套標定；（4）在標定千斤頂時，應注意千斤頂的工作狀態和實際相同，即讓千斤頂頂壓力機，不能讓壓力機壓千斤頂的活塞；（5）配套校正時，分級校正的噸位不得超過最大控制荷載的10%；（6）千斤頂的校正系數不得大于1.05； 何為千斤頂校正系數？ 注意：1.05是平均值，有效活塞面積是求出的A值。 校正系數肯定大于1.0，如果結果小于1.0，說明標定結果有問題。1、用長柱壓力試驗機校驗 壓力試驗機的精度不得低于2%。校驗時，應采取被動校驗法，即在校驗時用千斤頂頂試驗機，這樣活塞運行方向、摩阻力的方向與實際工作時相同，校驗比較準確。 在進行

10、被動校驗時，壓力機本身也有摩阻力，并且與正常使用時相反，所以，試驗機表盤讀數反映的也不是千斤頂的實際作用力。因此用被動法校驗千斤頂時，必須事先用具有足夠噸位的標準測力計對試驗機進行被動標定，以確定試驗機的表盤讀數值。標定后在校驗千斤頂時，就可以從試驗機表盤上直接讀出千斤頂的實際作用力以及油壓表的準確讀數。用壓力試驗機校驗的步驟如下：三、張拉千斤頂的校驗方法千斤頂就位 當校驗穿心式千斤頂時，將千斤頂放在試驗機臺面上，千斤頂活塞面或撐套與試驗機壓板緊密接觸，并使千斤頂與試驗機的受力中心線重合。校驗千斤頂 開動油泵，千斤頂進油，使活塞上升，頂試驗機壓板。在千斤頂頂試驗機且使荷載平緩增加的過程中，自零

11、位到最大噸位，將試驗機被動標定的結果逐點標記到千斤頂的油壓表上，標定點應均勻分布在整個測量范圍內，且不少于5點。當采用最小二乘法回歸分析千斤頂的標定試驗時需要1020點。各標定點重復標定3次，取平均值，并且只測讀進程，不測讀回程。a)校驗穿心式千斤頂；b)校驗拉桿式千斤頂1試驗機上、下壓板；2拉伸機；3無縫鋼管圖5 用壓力試驗機校驗拉伸機對千斤頂校驗數值采用下表記錄，并可根據校驗曲線供預應力筋張拉時使用，也可采用最小二乘法求出千斤頂的經驗公式，供預應力筋張拉時使用。表1 張拉設備校驗記錄表2、用標準測力計校驗 用水銀壓力計、測力環、彈簧拉力計等標準測力計檢驗千斤頂，是一種簡便可靠的方法。校驗穿

12、心式千斤頂時裝置如圖6。校驗時，開動油泵，千斤頂進油，活塞桿推出，頂測力計。當測力計達到一定噸位T1時，立即讀出千斤頂油壓表相應的讀數P1，同樣可得T2、P2；T3、P3；，此時T1、T2、T3、,即為相應于壓力表讀數為P1、P2、P3時的實際作用力。將測得的各值繪成曲線。實際使用時。即可由此曲線找出要求的T值和相應的P值。1標準測力計；2千斤頂；3框架圖6. 標準測力計校驗千斤頂裝置 此外，也可采用雙千斤頂臥放對頂并在其連接處裝標準測力計進行標定，見圖7。千斤頂A進油，B關閉時，讀出兩組數據：NPa主動關系，供張拉預應力筋時確定張拉端拉力用；NPb被動關系，供測試孔道摩阻損失時確定固定端拉力

13、用。反之，可得NPb主動關系，NPa被動關系。1千斤頂A；2千斤頂B；3拉桿；4測力計圖7 千斤頂臥放對頂標定3用電測傳感器校驗a)校驗拉桿式千斤頂；b)校驗穿心式千斤頂1螺母；2墊板；3傳感器；4橫梁；5張拉桿；6千斤頂圖8 用傳感器校驗千斤頂裝置 傳感器是在金屬彈性元件表面貼上電阻應變片所組成的一個測力裝置。當金屬元件受外力作用變形后，電阻片也相應變形而改變其電阻值。改變的電阻值通過電阻應變儀測定出來，即可從預先標定的數據中查出外力的大小。將此數據再標定到千斤頂油表上，即可用以進行作用力的控制。 電測傳感器校驗千斤頂的裝置如圖8。橫梁與傳感器間應設置可轉動的球鉸，橫梁宜設球座。 4、檢驗結

14、果的回歸計算 千斤頂的作用力T和油缸的油壓P的關系是線性關系，考慮活塞和油缸之間的摩阻力后，它們的關系可以表示為： 可以利用千斤頂檢驗測得的作用力和油壓 、 、 ， 對上式式進行線性回歸，利用最小二乘法原理求上式的回歸值：5、注意問題（1）施加預應力所用的張拉設備及儀表應由專人使用和管理，并應定期維護和校驗，以提高施加預應力時張拉力的控制精度。（2）千斤頂與壓力表應配套檢驗、配套使用，即在使用時嚴格按照標定報告上注明的油泵號、油表號和千斤頂號配套安裝成張拉系統使用。6、鐵路橋涵施工規范中預應力設備選用及校正應符合下列規定：（1）張拉千斤頂在整拉整放工藝和單拉整放工藝中，單束初調及張拉宜采用穿心

15、式雙作用千斤頂。整體張拉和整體放張宜采用自鎖式千斤頂，張拉噸位宜為張拉力的1.5倍，且不得小于1.2倍，張拉千斤頂在張拉前必須經過校正，校正系數不得大于1.05。校正有效期為一個月且不超過200次張拉作業，拆修更換配件的張拉千斤頂必須重新校正。（2）壓力表應選用防振型，表面最大讀數應為張拉力的1.52.0倍，精度不應低于1.0級，校正有效期為一周。當用0.4級時，校正有效期為一個月。壓力表發生故障后必須重新校正。（3）油泵的油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍，額定油壓數宜為使用油壓數的1.4倍。（4）油泵、壓力表應與張拉千斤頂配套使用。預應力設備應建立臺賬及卡片并定期檢查。(5)獲得油壓

16、表量值傳遞權的企業,應對壓力校準儀(或活塞壓力計)及母表進行周期檢定、定期校準、比對試驗、并應在使用前校核，隨時注意是否發生故障或異常。四、管道摩阻測試原理及方法1、引言2、管道摩阻測試原理與方法1)測試原理2)測試方法 3)摩阻參數識別 4)摩阻測試實例 5)測試經驗與體會1、引言 預應力摩阻測試包括錨口摩阻、管道摩阻、喇叭口摩阻三部分。客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件（鐵科技函2004120號）規定：試生產期間應至少進行2件瞬時損失測試，正常生產后每100件進行一次測試。摩阻測試的主要目的： 1）可以檢驗設計所取計算參數是否正確，防止計算預應力損失偏小，給結構帶來安全隱患； 2）為在

17、施工提供可靠依據，以便更準確地確定張拉控制應力和力筋伸長量； 3）可檢驗管道及張拉工藝的施工質量； 4）通過大量現場測試，在統計的基礎上，為規范的修改提供科學依據。 2、管道摩阻測試原理與方法1)測試原理 管道摩阻損失 預應力混凝土箱梁采用后張法施工時，預應力鋼絞線布置一般分為直線布置和曲線布置兩種。因此管道摩阻引起的預應力損失也分為長度影響和彎道影響，即管道偏差效應和曲率效應。理論上講，直線管道無摩擦損失，但由于施工時因混凝土振搗等原因使管道變成波形，加之預應力鋼絞線因自重下垂，與管道實際產生接觸，故當預應力鋼絞線與管道有相對滑動時就會產生摩擦，此項稱為管道走動影響(或偏差影響、長度影響)。

18、除了管道走動影響之外，還有鋼絞線對管道內壁的徑向壓力所產生的摩擦，該部分稱為彎道影響，隨預應力鋼絞線彎曲角度的增加而增加。因此曲線管道的摩擦損失應為管道偏差效應與曲率效應之和。 管道摩阻損失包括因曲線管道產生的摩擦阻力和直線管道的管道偏差產生的摩阻，分別用管道摩阻系數和管道偏差系數k來表征。 曲線管道的摩阻力如圖1所示，取一微弧段dx進行分析，R1為微弧段的半徑，作用于管道上的徑向壓力N1為： 設力筋與管道之間的摩擦系數為，則 （1）圖1 曲線管道摩阻力圖圖2 管道偏差摩阻力圖 管道偏差產生的摩阻力如圖2所示，假設管道偏差產生一個平均半徑為R2的起伏，同樣取一微弧段dx 進行分析，有 ，同時令

19、 得：（2）綜合式(1)和式(2)得管道的摩阻損失為：式中，c由邊界條件確定，令=0， x=0，此時的P為未發生摩阻損失的張拉力，用P0表示，則從而得到離張拉端為x處的管道摩阻力為：（3）預應力筋曲線包角的計算表達式為：式中，為力筋束在豎平面內的彎起角， 為力筋束水平面內彎起角。（4）2)測試方法A）主被動千斤頂法（常規測試方法） 該方法主要存在測試不夠準確和測試工藝等問題。a）由于千斤頂內部存在摩擦阻力，雖然主被動端交替測試可消除大部分影響，但仍存在一定的影響；b）千斤頂主動和被動張拉的油表讀數是不同的，需要在測試前進行現場標定被動張拉曲線；c）在測試工藝上，力筋從喇叭口到千斤頂張拉端的長度

20、不足，使得力筋和喇叭口有接觸，產生一定的摩擦阻力，也使得測試數據包含了該部分的影響。 B）壓力傳感器測試法 該方法使用壓力傳感器測取張拉端和被張拉端的壓力，不再使用千斤頂油表讀取數據的方法。為保證所測數據準確反映管道部分的摩阻影響，在傳感器外采用約束墊板的測試工藝，其測試裝置如圖3所示。 圖3 管道摩阻測試裝置 該測試方法與常規測試方法比較主要特點如下：(1)測試原理正確：圖中約束墊板的圓孔直徑與管道直徑基本相等，如此可使力筋以直線形式穿過喇叭口和壓力傳感器，力筋與二者沒有接觸，所測數據僅包括管道摩阻力，保證了管道摩阻損失測試的正確性。而常規測試中所測摩阻力包括了喇叭口的摩阻力，測試原理上存在

21、缺陷。(2) 數據準確可靠：采用穿心式壓力傳感器提高了測試數據的可靠性和準確性，不受張拉千斤頂的影響。(3) 安裝簡單，拆卸方便：實測中僅使用一個千斤頂，被動端不再安裝千斤頂，使得測試安裝工作量大為減小。實測時預先將千斤頂油缸略加頂出，以便拆卸張拉端夾片；被動端夾片的拆卸待張拉千斤頂回油后，搖晃力筋即可拆卸夾片。(4) 力筋可正常使用：從喇叭口到壓力傳感器外端，力筋與二者沒有接觸，不會對這部分力筋造成損傷，即兩個工作錨之間的力筋沒有損傷，可以正常使用。 3)摩阻參數識別采用式(3)的模型來識別整孔梁的管道摩阻系數時，令并改寫式(3)為： 在已知 、x和時，需要進行識別的管道摩阻參數為值和k值。

22、理論上僅需要兩組試驗數據就可以確定，但是實際的測試試驗中的誤差是不可避免的，利用實測結果，上式中的右邊應為一個誤差量i與之對應，即 為減小誤差進行多次測試試驗，對多組試驗數據采用線性最小二乘法來進行摩阻系數的參數識別。根據最小二乘的極值原理，對于同一工地的同一成孔方法和同一材質的孔道，存在一組值和k值使得式(5)中的誤差 i 的平方和最小，即使得：（5）最小此時應有：（7）（6）4)摩阻測試實例 合武客運專線后張法預應力混凝土組合箱梁梁長為32.6m，梁高2.8m。該梁采用在梁廠預制，梁體管道采用橡膠管抽芯成型。 將表1中數據代入式(7)，得到聯立方程如下： 將表2中數據代入式(7)，得到聯立

23、方程如下： 兩片梁的平均值 和 。規范規定的 和 ，實測的k值比規范值大，其原因是管道定位稍有些偏差。 。摩阻系數及偏差系數對預應力張拉的影響通過實際測試發現，由于受各種現場施工因素的影響，實測摩阻系數和規范規定值之間存在一定的偏差。如果實際摩阻系數大大超過規范規定值，則施加于梁體的實際張拉力將小于設計值，對梁體的耐久性、安全性、剛度是嚴重的削弱。以上情況可以通過實際張拉伸長值的測量檢算、梁體起拱度的監測來最后核查。如果實際摩阻系數小于規范規定值，則情況正好相反，所以，當試驗結果與設計、規范規定值出現嚴重偏差時，應該調整張拉控制應力，以充分發揮預應力鋼絞線的效應，保證梁體質量滿足要求(1)測試

24、試驗過程中應均勻連續地張拉預應力筋，中途不宜停止，防止預應力筋回縮引起的誤差。(2)測試的張拉力應盡量達到設計張拉力。(3)測試采用的力傳感器需要經過標定，以減少測試誤差。(4)傳感器以及千斤頂安裝時應確保其中軸線與預應力筋的中軸線重合。(5)如果千斤頂的行程不足時，為避免重復倒頂引起預應力鋼筋回縮造成的誤差，可以采取兩種方法進行解決。一種是在固定端另外安設1臺千斤頂，測試前利用該千斤頂將預應力筋張拉到一定的荷載后鎖緊該千斤頂的油閥，從另一張拉端開始張拉測試。另一種方法是張拉端采用2臺千斤頂串聯后同時張拉。(6)隨著對同一管道的測試次數的增加，管道摩阻系數略有所降低，主要是預應力筋在管道中多次

25、摩擦使得二者之間的接觸面逐漸光滑引起的。(7)實際施工中應避免力筋和管道的銹蝕等，避免增大其摩阻系數等。5)測試經驗與體會管道摩阻試驗本次試驗采用的試驗裝置及試驗方法如圖一所示。兩端千斤頂均采用YDCW2500A型，額定張拉力為2500kN。張拉端與錨固端均采用2500 kN壓力傳感器，并均配有相應的讀數儀。為確保試驗中千斤頂、壓力傳感器以及喇叭口三者中軸線重臺，在兩兩之間配置了相應的限位板。試驗時，同時記錄讀數儀和電動油泵的讀數，最后整理數據時，以讀數儀數據為準，并用電動油泵油壓表數據進行校核，以確保試驗結果的可靠性。每束鋼絞線進行2次試驗，試驗結果取其平均值。預應力鋼絞線的成孔方式為抽拔橡膠棒成型。試驗過程：管道摩阻測試采用一端張拉，從10%的張拉控制拉力開始，分8級張拉至90