預(yù)應(yīng)力箱梁智能張拉施工控制

張?zhí)煜?/p>

(山西長(zhǎng)興路橋工程有限公司，山西長(zhǎng)治 046000)

0 引言

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)采用局域網(wǎng)WIFI連接計(jì)算機(jī)與智能張拉儀，利用計(jì)算機(jī)自帶的無線網(wǎng)卡，通過無線通訊接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來控制箱梁鋼絞線張拉施工過程，徹底改變了以前由人工來控制液壓油泵的預(yù)應(yīng)力張拉施工，實(shí)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力張拉全過程智能化，不需要人工開泵、人工手動(dòng)測(cè)量伸長(zhǎng)值，減少了鋼絞線張拉施工關(guān)鍵工序中人為因素的操作，保證了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全和耐久性，目前已在全國(guó)高速公路全面推廣應(yīng)用。

1 工程概況

我項(xiàng)目部承建的山西省左權(quán)至黎城高速公路項(xiàng)目ZL3-4標(biāo)段位于黎城縣黃崖洞鎮(zhèn)和西井鎮(zhèn)境內(nèi)，施工范圍:主線K46+300～K51+586．188(里程長(zhǎng)度5 286 m)、G207 改路(LK0+180～LK0+500)、西井互通連接線(MK0+108～MK1+720)、M匝道(MK1+720～MK2+153．52)、Q 匝道(QK0+000 ～QK0+587．667)、G 匝道(GK1+516．521～GK2+300)。橋梁主要工程量:大橋1 301．5 m/4座，分離式立交173 m/2座，匝道橋381．08 m/5座;共計(jì)預(yù)制30 m箱梁8片，25 m箱梁176片，20 m箱梁398片。預(yù)制箱梁混凝土標(biāo)號(hào)均為C50，普通鋼筋采用HPB235和HRB335鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa、公稱直徑d=15．20 mm的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，其力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)符合GB/T 5224-2003預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線的規(guī)定。

2 箱梁預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)工作原理

1)橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)主要設(shè)備由預(yù)應(yīng)力智能張拉儀、千斤頂、自帶無線網(wǎng)卡的強(qiáng)固筆記本電腦、高壓油管等組成(見圖1)。2)預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)以應(yīng)力為控制指標(biāo)，伸長(zhǎng)量誤差作為校對(duì)指標(biāo)。系統(tǒng)通過傳感技術(shù)采集每臺(tái)張拉設(shè)備(千斤頂)的工作壓力和鋼絞線的伸長(zhǎng)量(含回縮量)等數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行分析判斷，同時(shí)張拉設(shè)備(泵站)接收系統(tǒng)指令，實(shí)時(shí)調(diào)整變頻電機(jī)工作參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)調(diào)控油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)張拉力及加載速度的實(shí)時(shí)精確控制。系統(tǒng)還根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，由主機(jī)發(fā)出指令，同步控制每臺(tái)設(shè)備的每一個(gè)機(jī)械動(dòng)作，自動(dòng)完成整個(gè)張拉過程，真正實(shí)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力與伸長(zhǎng)量的智能雙控。3)智能張拉系統(tǒng)界面采用多種創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，精確控制張拉力值大小，精確測(cè)量預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)張，及時(shí)校核伸長(zhǎng)量誤差。無線采集控制，遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于操作，模塊化設(shè)計(jì)，具有較高可靠性及可維護(hù)性。4)智能張拉儀為超高壓動(dòng)力輸出裝置，它的作用主要是為梁體的張拉裝置(千斤頂)提供可靠、穩(wěn)定的提升動(dòng)力，具有提升、保壓、回程等功能。精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)程序設(shè)定的命令，通過無線通訊接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。采用成熟技術(shù)確保數(shù)據(jù)通訊的可靠交互。5)專用千斤頂長(zhǎng)度和外徑比普通千斤頂小，能減小預(yù)留鋼絞線的長(zhǎng)度，可廣泛應(yīng)用于先張法和后張法的預(yù)應(yīng)力施工。自身附帶電子位移傳感器，用于千斤頂內(nèi)杠伸長(zhǎng)量的測(cè)試(見圖2)。其具有精度高、誤差小、量程大、移動(dòng)平順等特點(diǎn)。自身附帶高精度壓力傳感器，能精準(zhǔn)測(cè)量千斤頂輸出的力值。正常使用情況下，千斤頂所附傳感器校驗(yàn)周期為一年。

圖1 橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)

圖2 專用千斤頂

3 預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)要點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力智能張拉施工全過程:準(zhǔn)備工作→千斤頂安裝→張拉施工。

3．1 準(zhǔn)備工作

1)確保準(zhǔn)備工作充分:與張拉系統(tǒng)能配套使用的限位板、錨具、電腦(預(yù)裝Windows XP操作系統(tǒng)，自帶無線網(wǎng)絡(luò)適配器;對(duì)于使用網(wǎng)絡(luò)版的系統(tǒng)，必須配置攝像頭)、三相電纜、遮陽(yáng)傘等必須準(zhǔn)備齊全。2)核對(duì)專用千斤頂?shù)木幪?hào)，由于專用千斤頂都在出廠前統(tǒng)一標(biāo)定，使用時(shí)一定要注意對(duì)應(yīng)正確的標(biāo)定公式，并到當(dāng)?shù)刭|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局重新標(biāo)定復(fù)核。3)打開主控電腦，安裝預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)，進(jìn)入軟件主界面，輸入工程信息及梁板張拉參數(shù)，確定好待張拉的梁板。4)熟悉《LZ5905預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)軟件使用說明》《LZ5905預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)安全注意事項(xiàng)》所述內(nèi)容。

3．2 千斤頂安裝

預(yù)制箱梁C50混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于7 d時(shí)，即可進(jìn)行鋼絞線張拉施工。智能張拉之前，由試驗(yàn)室壓同條件制作、養(yǎng)護(hù)的試塊，并對(duì)箱梁進(jìn)行強(qiáng)度回彈試驗(yàn)，結(jié)果符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后進(jìn)行張拉。

1)測(cè)量?jī)啥虽摻g線長(zhǎng)度，使兩端鋼絞線預(yù)留長(zhǎng)度相同，并滿足張拉工作長(zhǎng)度要求。2)安裝錨具，錨具要準(zhǔn)確安裝在錨墊板的限位槽內(nèi)，然后用套管將夾片打緊，使錨具與錨墊板緊密結(jié)合。3)安裝夾片限位板，限位板要與錨具緊密結(jié)合，確保在張拉過程中不發(fā)生位移。4)千斤頂安裝，起吊千斤頂，使千斤頂軸線方向與限位板及錨墊板頂面方向相垂直，與鋼絞線軸線方向平行。5)安裝工具錨及工具夾片:工具錨每一孔位與前端錨具每一孔內(nèi)的鋼絞線相對(duì)應(yīng)，并緊貼千斤頂末端，然后安裝工具夾片，用套管將工具夾片打緊。

3．3 張拉施工

1)啟動(dòng)張拉程序，智能張拉平臺(tái)系統(tǒng)發(fā)出張拉信號(hào)，張拉信號(hào)通過電子傳感技術(shù)傳遞給智能張拉儀，智能張拉儀控制千斤頂按預(yù)先設(shè)置的張拉程序?qū)︿摻g線進(jìn)行智能張拉。2)液壓油泵通過油管供油到千斤頂張拉油缸內(nèi)，逐漸加載使油壓緩慢上升，加載過程為10%(即計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)量的起始點(diǎn))→20%→40%→60%→80%→100%。3)千斤頂在張拉施工過程中，智能張拉系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)鋼絞線每一張拉階段的伸長(zhǎng)量進(jìn)行跟蹤記錄，每一階段張拉后的活塞伸長(zhǎng)值即為鋼絞線的伸長(zhǎng)量，智能張拉系統(tǒng)隨時(shí)檢查鋼絞線實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量與計(jì)算伸長(zhǎng)量的偏差。4)張拉施工過程中，張拉儀通過智能張拉系統(tǒng)發(fā)出的一系列張拉信號(hào)控制千斤頂勻速加載、平衡持荷。5)張拉期間，智能張拉系統(tǒng)自動(dòng)校驗(yàn)鋼絞線伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)，若鋼絞線實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量與理論計(jì)算伸長(zhǎng)量相差大于±6%時(shí)，智能張拉系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，千斤頂停止工作。這種情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)立即查明原因，待問題解決后再進(jìn)行下一階段的張拉工作。

4 預(yù)應(yīng)力智能張拉過程控制

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工無法直觀地檢查其質(zhì)量，只能通過“施工過程控制”(即預(yù)鋼絞線穿束、錨具安裝、波紋管定位、張拉設(shè)備標(biāo)定、專業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)、張拉施工工藝等)來保證預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量。

4．1 預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量控制

1)波紋管定位:波紋管的位置要按照設(shè)計(jì)圖紙給定的坐標(biāo)采用定位鋼筋固定，若波紋管位置與箱梁鋼筋相交叉，此時(shí)要移動(dòng)鋼筋位置，保證波紋管位置不變。在澆筑箱梁混凝土前，安排專人檢查波紋管的密封性，以防在澆筑箱梁混凝土?xí)r水泥漿液進(jìn)入波紋管內(nèi)，堵塞管道。2)鋼絞線穿束嚴(yán)格執(zhí)行梳編穿束工藝，以防鋼絞線穿束時(shí)相互纏繞受力不均，兩端預(yù)留長(zhǎng)度應(yīng)滿足張拉工作長(zhǎng)度。3)鋼絞線張拉時(shí)，按設(shè)計(jì)圖紙要求的張拉順序?qū)γ恳皇摻g線進(jìn)行均勻?qū)ΨQ張拉，使箱梁整體受力均勻，避免在張拉過程中造成箱梁腹板扭轉(zhuǎn)或側(cè)向彎曲。4)鋼絞線張拉達(dá)到設(shè)計(jì)控制力且穩(wěn)定后方可錨固，確保兩夾片相互錯(cuò)位小于2 mm，夾片頂面超出錨具頂面距離小于4 mm。5)鋼絞線張拉錨固后，孔道應(yīng)盡早注漿，且應(yīng)在48 h內(nèi)完成，否則應(yīng)采取避免鋼絞線銹蝕的措施。

4．2 預(yù)應(yīng)力張拉安全控制

1)預(yù)應(yīng)力張拉施工現(xiàn)場(chǎng)必須做到安全標(biāo)志設(shè)置醒目，安全防護(hù)設(shè)施配備齊全，禁止與箱梁張拉工作無關(guān)的人員進(jìn)入張拉現(xiàn)場(chǎng)。2)預(yù)應(yīng)力張拉現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)安排受過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員進(jìn)行全面管理，在張拉過程中應(yīng)密切注意梁板兩端千斤頂伸長(zhǎng)量，若有異常情況應(yīng)立即停止一切張拉工作，排除故障后，方可繼續(xù)張拉。3)確保專用千斤頂支架穩(wěn)定，以防支架不穩(wěn)或受力不勻傾倒傷人。4)梁板張拉前，兩端2 m范圍內(nèi)設(shè)置擋板，張拉過程中，千斤頂正前方嚴(yán)禁站人，以防鋼絞線斷絲或錨具夾片被拉壞發(fā)生重大安全事故。5)鋼絞線張拉全部完成，經(jīng)監(jiān)理工程師同意后應(yīng)盡早進(jìn)行壓漿，未進(jìn)行壓漿的箱梁，確保其不受外力碰撞。

5 結(jié)語(yǔ)

通過在左黎高速公路ZL3標(biāo)橋梁施工中，從已完工的200片箱梁張拉數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，采用預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)，鋼絞線最大伸長(zhǎng)量誤差在2%以內(nèi)。減少了普通張拉中人為因素的影響，提高了預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁張拉質(zhì)量，也減少了橋梁運(yùn)營(yíng)過程中的維護(hù)成本。

［1］王遠(yuǎn)平，魏劍偉．計(jì)算機(jī)在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)張拉中的應(yīng)用［J］．工程力學(xué)，2001(sup):40-41．

［2］陳湘林．橋梁工程預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)［Z］．2008:10．

［3］朱新實(shí)，劉效堯．預(yù)應(yīng)力技術(shù)及材料設(shè)備［M］．第2版．北京:人民交通出版社，2005．