后張法預應力智能張拉重點控制環(huán)節(jié)分析

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摘 要：文章從預應力張拉存在的問題出發(fā)，通過治理現(xiàn)狀，提出后張法預應力智能張拉現(xiàn)場重點控制環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：后張法預應力；智能張拉；控制

前言

隨著我國大規(guī)模高速公路、城市道路建設(shè)，建造了大量后張法預應力混凝土橋梁，在橋型結(jié)構(gòu)跨度和施工工藝、施工方法上都已達到世界先進水平，后張法預應力橋梁也得到了快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)型式日趨多樣化。但在運營過程中，出現(xiàn)了部分橋梁結(jié)構(gòu)過早出現(xiàn)裂縫、下?lián)铣薜那闆r。近年來國內(nèi)一些大跨徑預應力混凝土橋梁不斷發(fā)生嚴重病害，甚至出現(xiàn)橋梁垮塌事故。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，除梁體砼強度、剛度、鋼絞線松弛、錨夾具變形回縮等造成預應力損失外，結(jié)構(gòu)預應力體系的準確建立和耐久性的維護是兩個主要因素，需要探索并在施工過程中予以控制。

1 預應力張拉中存在的主要問題

橋梁工程預應力結(jié)構(gòu)體系的建立和耐久性的維護問題，預應力張拉方面存在的主要問題有：有效預應力誤差大和有效預應力均勻度誤差大。

主要原因：張拉力控制誤差大、鋼絞線伸長值測量誤差大，兩端張拉同步率低，壓力設(shè)備示值故障或示值錯誤，缺乏有效的檢測評估辦法等。

造成的危害：預應力度不足，結(jié)構(gòu)過早出現(xiàn)裂縫、結(jié)構(gòu)下?lián)铣?、變形過大或裂紋；鋼絞線間有效預應力不均勻?qū)е骂A應力筋的早期疲勞，屈服下?lián)?，危及橋梁使用壽命?/p>

2 預應力張拉存在問題的治理現(xiàn)狀

鑒于后張法預應力體系在張拉方面的問題，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）中，對預應力張拉和壓漿施工也提出了更高的要求：

2.1 張拉控制應力的精度為±1.5%（第7.12.2條第2款）。

2.2 對稱同步張拉工況、張拉力允許誤差為±2%（第7.12.2條第1款）。

2.3 有效預應力偏差為±5%（第7.12.2條第3款；第7.6.3條第2款）。

2.4 錨固持荷時間由以前的2分鐘延長到了5分鐘（第7.12.2條第2款）。

2.5 強調(diào)采用梳編整體穿束工藝，防止鋼絞線纏繞，保證有效預應力的均勻度（第7.12.2條第3款，第7.2.7條，第7.8.3條）。

3 目前預應力張拉施工現(xiàn)狀

智能張拉程控系統(tǒng)采用自動量測、無線傳輸、自動記錄和遠程監(jiān)控等手段，解決了大量傳統(tǒng)手工張拉難以解決的質(zhì)量控制難題。智能張拉相較傳統(tǒng)人工張拉的特點如下：

3.1 智能張拉是在原有人工張拉基礎(chǔ)上，增加了油缸壓力數(shù)據(jù)通過壓力傳感器自動采集、伸長量數(shù)據(jù)通過位移傳感器自動采集功能，消除了人工讀數(shù)的人為誤差。

3.2 通過計算機進行張拉力和伸長量數(shù)據(jù)運算，消除了人為計算錯誤的可能。

3.3 通過電腦控制程序自動控制協(xié)調(diào)兩臺油壓泵加壓速率，極大程度改善了人工張拉時兩端千斤頂難以同步的弊端。

3.4 具備數(shù)據(jù)自動輸出甚至遠程傳輸功能，電腦輸出打印的原始資料相較人工填寫資料，更加真實可靠；同時其數(shù)據(jù)庫今后可進行進一步的功能擴展。

3.5 問題：自動程控技術(shù)的使用易產(chǎn)生人對設(shè)備的依賴，自動化操作使過程中的問題容易被掩蓋，不易被人發(fā)現(xiàn)。

4 預應力智能張拉設(shè)備現(xiàn)場使用重點控制環(huán)節(jié)

國內(nèi)目前尚無智能張拉壓漿設(shè)備的相關(guān)標準，特別是自動程控技術(shù)的使用易產(chǎn)生人對設(shè)備的依賴，自動化操作使過程中的問題容易被掩蓋，不易被人發(fā)現(xiàn)。如果設(shè)備精度不過關(guān)、質(zhì)量不可靠，盲目選用，會給預應力結(jié)構(gòu)造成嚴重隱患。考慮到此現(xiàn)狀，為了確保智能張拉技術(shù)發(fā)揮出其本身的優(yōu)勢，必須有針對性的制定必要的管理措施彌補該項技術(shù)的不足，特別需對以下幾個關(guān)鍵人機接口做好控制管理：

4.1 智能張拉設(shè)備設(shè)備要求

智能張拉設(shè)備由液壓千斤頂、電動油泵、外接油管、主控電腦、壓力傳感器、位移傳感器構(gòu)成。

4.1.1 智能張拉使用的液壓千斤頂、電動油泵、外接油管為常規(guī)張拉工作設(shè)備，無反應施工精度的測量功能，應選擇滿足張拉施工質(zhì)量安全需要的設(shè)備，按設(shè)備說明書進行操作。

4.1.2 主控電腦要求：為便攜式筆記本電腦，預裝智能張拉控制軟件，電腦應妥善保管并張拉專用，每工作日將張拉數(shù)據(jù)庫備份，以防數(shù)據(jù)丟失。

4.1.3 壓力傳感器要求：壓力傳感器精度宜達到0.1%FS級，不得低于0.5%FS級。

4.1.4 位移傳感器要求：

（1）位移傳感器量程應不小于千斤頂行程，并且千斤頂行程和位移傳感器量程應滿足施工現(xiàn)場一次張拉到位的張拉端預計伸長量的要求。

（2）位移傳感器防護等級不低于IP65級。

（3）位移傳感器量測精度不大于0.5mm。

4.2 智能張拉設(shè)備的內(nèi)置參數(shù)管理

智能張拉設(shè)備需要人工將公式、每張拉束的基本參數(shù)、試驗和計算數(shù)據(jù)輸入電腦，此輸入過程必須確保正確，為此設(shè)定管理程序并留下痕跡，以備事后核查追溯。

4.2.1 張拉參數(shù)設(shè)置必須施工員和監(jiān)理在場，核對確認電腦張拉系統(tǒng)界面內(nèi)全部設(shè)定數(shù)據(jù)正確，保存后參數(shù)界面導入數(shù)據(jù)庫并進入張拉執(zhí)行階段，事后輸出打印參數(shù)設(shè)置界面供施工、監(jiān)理單位簽證存檔。

4.2.2 智能張拉參數(shù)設(shè)置要求

（1）張拉前應對以下參數(shù)進行錄入和檢查。

（2）千斤頂回歸方程應與“千斤頂-油表”標定記錄核對一致。

（3）混凝土張拉強度由試驗室提供，并須滿足規(guī)范和圖紙張拉條件。

（4）實測鋼絞線彈性模量應與該批鋼絞線檢測報告數(shù)據(jù)相符。

（5）實測鋼絞線截面面積應與該批鋼絞線檢測報告數(shù)據(jù)相符。

（6）理論伸長量數(shù)據(jù)應與依據(jù)最近一期鋼絞線參數(shù)測算審批的伸長量數(shù)據(jù)核對一致。

（7）“張拉加載速度”項應根據(jù)加壓時間不少于300s的要求進行設(shè)置，對“系統(tǒng)參數(shù)”進行調(diào)試，選擇合適的張拉加載速度，避免加壓過快導致油壓相對目標值過度沖高。

（8）用于持荷控制的“變頻壓力差值”不宜過大，變頻加壓的油壓下限所導致的鋼絞線單端回縮量宜限制在3mm以下，最大不超過5mm。

4.3 智能張拉設(shè)備數(shù)據(jù)輸出管理

張拉后，智能張拉設(shè)備應將張拉成果、參數(shù)設(shè)置一并輸出打印，由施工、監(jiān)理單位審核簽字后存檔。

4.4 智能張拉設(shè)備的校核

4.4.1 張拉千斤頂和配套壓力傳感器使用前要按規(guī)范規(guī)定頻率進行標定，取得荷載-油壓回歸方程。

4.4.2 千斤頂及壓力傳感器、位移傳感器長期不使用或標定時間超過半年或張拉超過200次或在使用中預應力機具設(shè)備或儀表出現(xiàn)反?，F(xiàn)象或千斤頂檢修后，應重新標定。

4.4.3 位移傳感器與千斤頂標定的周期和時機同步，除非位移傳感器使用說明書有說明則按說明執(zhí)行，但最長標定時限不超過1年。

4.4.4 智能張拉設(shè)備須進行進場校核，主要校核伸長量的實際量測精度，校核數(shù)量不少于10束鋼絞線，如校核相互誤差平均在2%以內(nèi)，方可準予該設(shè)備進場使用。

4.4.5 張拉過程中對位移傳感器量測數(shù)值應進行定期校核，校核頻率為每張拉20片梁即人工量測伸長量校核1片梁，日常發(fā)生張拉伸長量與理論伸長量偏差過大時隨時進行人工量測校核。

4.4.6 人工校核伸長量的規(guī)定

因人工量測伸長量精度理論上粗略于位移傳感器量測精度，并增加了人為偶然誤差因素，為提高人工校核的精度，應作如下人工校核規(guī)定：

（1）每張拉端由兩人各持鋼板尺量測伸長量，兩端張拉時共4人持尺量測。每端兩人平行量測，量測伸長值平行誤差在1mm之內(nèi)時可取用該量測數(shù)值，超過1mm時數(shù)據(jù)作廢，再次量測。

（2）人工量測在設(shè)備每行程持荷結(jié)束時進行，由指令人發(fā)出量測信號，兩端四人同步進行量測，應在盡可能短的時間間隔內(nèi)（10秒內(nèi)）量測結(jié)束。

5 結(jié)束語

智能張拉是后張法預應力施工的必然趨勢，隨著標準化和規(guī)范化的發(fā)展需要，將廣泛應用到公路、市政橋梁工程、房建工程等基礎(chǔ)工程建設(shè)中。在推廣應用智能張拉工藝過程中應針對張拉設(shè)備的選擇、智能張拉設(shè)備內(nèi)置參數(shù)的設(shè)置和管理、數(shù)據(jù)輸出管理、現(xiàn)場校核等重點環(huán)節(jié)嚴格控制，理論結(jié)合實踐，進一步推進后張法預應力張拉規(guī)范化。