預應力智能張拉系統(tǒng)在預制箱梁中的應用

劉新宏

（石家莊市三環(huán)路管理處，河北 石家莊 050010）

1 預應力智能張拉系統(tǒng)工作原理

預應力智能張拉系統(tǒng)是通過計算機數(shù)控自動化系統(tǒng)對梁體預應力張拉進行精確控制，是目前我國最先進的預應力張拉工藝，系統(tǒng)主要由系統(tǒng)主機、預應力智能張拉儀（油泵）和專用千斤頂三個部分組成。系統(tǒng)主機收集專用千斤頂?shù)膲毫拔灰茢?shù)值后進行分析處理，通過無線調(diào)控油泵電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對張拉力和加載速度的精確控制，并自動生成張拉記錄。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 預應力智能張拉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 預應力智能張拉系統(tǒng)主要功能與特點

預應力智能張拉系統(tǒng)與傳統(tǒng)的張拉方式相比具有無可比擬的優(yōu)勢，能有效提高橋梁預應力張拉的施工質(zhì)量，使橋梁預應力結(jié)構(gòu)建立更有效的預應力體系，降低橋梁壽命周期成本，它具有以下幾個主要功能與特點。

2.1 實現(xiàn)了橋梁張拉工序的智能控制，減少了人工操作和施工環(huán)境的影響，分級張拉停頓點、加載速率、持荷時間、張拉同步等張拉控制要素更加符合橋梁設計及施工規(guī)范要求，有效地避免了預應力損失，使梁體質(zhì)量更加安全可靠。

2.2 精確控制施加預應力，將誤差由傳統(tǒng)張拉的±15%縮減為±1%。2011版《公路橋涵施工技術規(guī)范》（以下簡稱“2011版橋規(guī)”）中規(guī)定“張拉力控制應力的精度宜為±1.5%”，舊規(guī)范中對此未做出明確規(guī)定，而人工張拉操作精度僅為±15%左右。

2.3 及時采集、校核鋼絞線伸長值數(shù)據(jù)并計算偏差是否在±6%內(nèi)，并有提示預警系統(tǒng)，更有效地實現(xiàn)了伸長值對控制應力的校核作用，即預應力張拉的“雙控”。

2.4 系統(tǒng)主機控制兩臺或多臺千斤頂同時、同步對稱張拉，實現(xiàn)多頂對稱同步張拉。舊規(guī)范中對預應力的張拉同步精度沒有做出量化要求，2011版橋規(guī)規(guī)定“各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差為±2%”。傳統(tǒng)張拉方式的多頂同步性靠人工通訊交流信息，手動操作油泵控制，不可能達到此要求。

2.5 2011版橋規(guī)要求達到控制應力后，持荷5min，舊規(guī)范要求為2min。傳統(tǒng)人工操作由于加油不穩(wěn)的原因容易造成持荷操作不符合規(guī)范要求的結(jié)果，智能張拉系統(tǒng)張拉力均衡穩(wěn)定，可有效達到持荷時間要求。

2.6 自動生成張拉過程文字報表，對張拉工序?qū)崿F(xiàn)真實溯源。并有遠程實時監(jiān)控功能，方便工程管理。

3 工程應用

3.1 工程概況

正定機場高鐵站至航站樓道路工程是河北省政府批準的連接京石客運專線與機場的主干道，是構(gòu)建空地運輸銜接網(wǎng)絡的重要組成部分。其中跨機場路（S303）采用菱形互通立交形式，與機場路交角為120°，全橋共計8孔，上部結(jié)構(gòu)采用8×25m預應力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，全橋2聯(lián)。

預制箱梁縱向底板腹板對稱布置N1（5根鋼絞線）、N2（5根鋼絞線）、N3（4根鋼絞線）共6束φs15.24鋼絞線。箱梁縱向頂板連續(xù)段布置負彎矩T1（5根鋼絞線）共2束,T2（5根鋼絞線）共1束,T3（4根鋼絞線）共2束φs15.24鋼絞線，正負彎矩鋼束張拉均采用雙控，錨下控制應力為0.75fpk，即張拉控制應力為δYK=0.75RYb=0.75×1860=1395MPa。 正負彎矩均采用預應力智能張拉系統(tǒng)進行張拉，兩臺250T雙端張拉。箱梁正彎矩采用OVM15-4、15-5型系列錨具及配件，負彎矩采用BM15-4、15-5扁錨及配件，管道采用塑料波紋管

3.2 智能張拉主要技術要求

智能張拉對梁體強度、張拉順序及張拉步驟等的技術要求和傳統(tǒng)張拉沒有差別，具體包括以下幾個方面：

3.2.1 砼強度要求

梁體實際砼強度達到100%設計強度后方可張拉。

3.2.2 張拉順序

預應力鋼絞線采用分批對稱同步張拉，為避免產(chǎn)生過大的偏心受壓，預制箱梁采用2臺千斤頂在兩端同步對稱張拉。張拉先后順序為張拉箱梁縱向底板腹板鋼絞線，按照張拉順序為N1左、N1右、N2左、N2右、N3左、N3右；在安裝預制箱梁并澆注連續(xù)段和濕接縫后方可張拉頂板負彎矩鋼絞線T1、T2、T3。

3.2.3 張拉控制步驟

張拉控制步驟為：0→10%δcon→20%δcon→100%δcon（持荷5min）→錨固。

3.3 智能張拉施工過程

3.3.1 張拉前

張拉前，清除場地中影響張拉施工的障礙物和場地中的油污及酸、堿等物，防止污染鋼絞線和錨具。清除錨墊板上的混凝土殘渣和水泥漿，搭設好安全操作支架，在張拉端前3m左右設置擋板，以防萬一。

3.3.2 標定智能操作系統(tǒng)

對智能操作系統(tǒng)進行標定，與傳統(tǒng)標定不同，智能張拉的專用千斤頂上附著測力傳感器，需要將油表讀數(shù)（MPa）與測力傳感器讀數(shù)（kN）間建立回歸方程，然后輸入操作系統(tǒng)對張拉進行控制。測力傳感器按相關國家標準的規(guī)定每年送檢一次。

3.3.3 施工人員工作注意事項

施工人員進行編束、穿束、安裝工作錨及夾片、限位板、千斤頂、工具錨及夾片等工作，要注意各部件的同軸對正，孔位排列一致，不得出現(xiàn)鋼絞線錯孔、交叉纏繞的情況。

3.3.4 確保線路連接牢固

連接智能張拉系統(tǒng)的工作線路，確保線路尤其是油管連接牢固，在張拉前將千斤頂活塞來回打出幾次，排出油缸內(nèi)可能殘留的氣體，保證供油穩(wěn)定。

3.3.5 專人負責智能張拉操作系統(tǒng)

智能張拉操作系統(tǒng)由專人負責，張拉前填入工程項目信息和構(gòu)件信息，在此過程中，要對張拉控制應力、理論伸長量、加載速度、初應力選擇及張拉順序等參數(shù)進行反復審核確定后，方可啟動張拉程序。

3.3.6 張拉時注意事項

張拉開始后，系統(tǒng)主機發(fā)出信號，傳遞給智能張拉儀，其控制千斤頂進行對稱均衡張拉。系統(tǒng)主機對每一級荷載的應力和伸長值進行自動記錄，并隨時檢查實際伸長值和理論伸長值的偏差，當偏差大于±6%時，系統(tǒng)將自動報警停止張拉。若出現(xiàn)這種情況，待查明原因排除問題后才可進行下一步張拉。

3.3.7 張拉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理

智能張拉系統(tǒng)自動生成張拉數(shù)據(jù)表格，張拉數(shù)據(jù)詳盡真實，并分別有建設、施工、監(jiān)理和檢測單位的管理界面，并有遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可有效對工程進行實時跟蹤和管理控制。張拉完畢后要及時打印出相關資料進行存檔。

3.3.8 張拉系統(tǒng)的配套設備

智能張拉系統(tǒng)的專用千斤頂是關鍵部件，一定要保證專用千斤頂支架的穩(wěn)固，保證千斤頂?shù)奈恢谜睂ΨQ。系統(tǒng)主機和智能張拉儀分別要配置遮陽避雨傘，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作。

4 工程效果評價

跨機場路分離立交共56片預制箱梁，經(jīng)統(tǒng)計56片梁共有336個張拉束，336個伸長值偏差在2.6%～3.5%之間，基本為正偏差。這說明預應力度得到了有效保證。張拉過程均衡穩(wěn)定，未出現(xiàn)斷絲、滑絲現(xiàn)象，張拉控制應力良好，極好地達到“雙控”和同步張拉的規(guī)范要求。表1列出了兩束鋼絞線的張拉記錄，以供參考。

表1 跨機場路分離立交預張拉力張拉記錄表

5 結(jié)語

智能張拉系統(tǒng)成功地將計算機數(shù)據(jù)控制應用于橋梁的預應力張拉施工，不但適用于橋梁空心板、箱梁、T梁等預制梁結(jié)構(gòu)，而且適用于大跨徑現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，它自動讀取張拉參數(shù)，實時調(diào)控，操作簡單，避免了傳統(tǒng)張拉的弊端，有效提高了張拉施工的精度，保證了橋梁預應力體系的建立，進一步保證了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命，值得在橋梁建設中大力推廣應用。

[1]JTG TF50—2011，公路橋涵施工技術規(guī)范[S].