國(guó)家會(huì)展綜合體的預(yù)應(yīng)力混凝土梁的智能張拉技術(shù)

汪繼恕

（上海同吉建筑工程設(shè)計(jì)有限公司，上海市 200092）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土已廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、地下結(jié)構(gòu)、海洋工程、核工程以及其他特種工程領(lǐng)域，其中預(yù)應(yīng)力筋的張拉做為預(yù)應(yīng)力混凝土工程施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵一環(huán)，倍受重視。目前預(yù)應(yīng)力筋的張拉常用方法均是通過(guò)人工手動(dòng)操作進(jìn)行，易受人員、設(shè)備等因素的影響，具有居多缺點(diǎn)：張拉力控制誤差過(guò)大；預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長(zhǎng)值測(cè)量不準(zhǔn)確；無(wú)法準(zhǔn)確確定錨固回縮；張拉錨固前持荷的環(huán)節(jié)無(wú)法控制等[1-4]。

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件控制油泵，可實(shí)現(xiàn)張拉的數(shù)字化控制；千斤頂缸長(zhǎng)的伸長(zhǎng)值及梁的變形值采用超聲傳感器自動(dòng)讀取并記錄，提高了測(cè)量的精準(zhǔn)性。

1 工程概況

中國(guó)博覽會(huì)會(huì)展綜合體(北塊)位于上海市西部，用地面積85.6 hm2?？偨ㄖ娣e約147萬(wàn)m2，其中地上建筑面積127萬(wàn)m2，地下建筑面積20萬(wàn)m2，建筑高度43 m，見(jiàn)圖1。建成后的會(huì)展綜合體可以提供53萬(wàn)m2的展覽空間，其中包括10萬(wàn)m2室外展場(chǎng)，將成為世界上規(guī)模最大、最具競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)際一流會(huì)展綜合體，作為新時(shí)期我國(guó)商務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略布局的重要組成，將在拓展世界市場(chǎng)和國(guó)際貿(mào)易、展現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力中發(fā)揮重要作用[5]。中國(guó)博覽會(huì)會(huì)展綜合體由 A、B、C、D、E、F六個(gè)區(qū)組成，其中A、C、D三個(gè)展區(qū)結(jié)構(gòu)形式相同，展廳柱網(wǎng)為27 m×36 m，周邊設(shè)備用房框架柱距約9 m。展廳樓蓋的額結(jié)構(gòu)形式采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土梁采用正向交叉布置，中柱截面尺寸為1 800mm×1 800mm，框架梁截面為1 800mm×2 650 mm，一級(jí)次梁截面為600 mm×2 500 mm，二級(jí)次梁截面為300mm×900mm，板跨為4.5m×4.5 m，板厚為180 mm。36 m方向框架梁預(yù)應(yīng)力配筋為144φs15.2，采用12×12φs15.2形式布置；27m方向框架梁預(yù)應(yīng)力配筋為96φs15.2，采用8×12φs15.2形式布置。其中C區(qū)與D區(qū)部分預(yù)應(yīng)力框架梁采取了預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉和數(shù)據(jù)采集工作。

圖1 國(guó)家會(huì)展中心效果圖

2 預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)[6]

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋的張拉施工控制基本上都采取“張拉應(yīng)力控制為主、預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值為輔”的做法，即在預(yù)應(yīng)力混凝土施工過(guò)程中要求預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制力必須嚴(yán)格準(zhǔn)確的按照設(shè)計(jì)要求取值，預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)值控制在一定范圍內(nèi)，如 GB50204-2002（2011版）中規(guī)定：預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值的偏差不應(yīng)超過(guò)。預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)中該預(yù)應(yīng)力張拉控制力可直接輸入系統(tǒng)軟件中，待張拉設(shè)備安裝工作完成之后，啟動(dòng)張拉控制按鈕后，預(yù)應(yīng)力筋張拉將自動(dòng)進(jìn)行，同時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括張拉力和缸體位移，每秒采集數(shù)據(jù)一次。該套安全可靠，性能穩(wěn)定，綜合精度0.15%FS，見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)應(yīng)力張拉流程圖

以36m跨度方向的預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁的一束預(yù)應(yīng)力鋼絞線為例，該束鋼絞線由12根1 860級(jí)鋼絞線組成，鋼絞線的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1 860MPa，設(shè)計(jì)要求進(jìn)行單端張拉，張拉斷采用夾片式群錨體系，錨固端采用擠壓錨，設(shè)計(jì)的張拉控制應(yīng)力為0.7 fptk即1 302 MPa，單根鋼絞線截面面積為140 mm，對(duì)應(yīng)的張拉控制力為2 187 kN。在張拉過(guò)程中由于千斤頂缸體位移達(dá)到極限時(shí)，張拉力仍未達(dá)到張拉控制力，故發(fā)生一次倒缸。其張拉全過(guò)程曲線見(jiàn)圖3，該曲線圖由智能張拉系統(tǒng)自動(dòng)生成，且原始數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自動(dòng)采集保存于本地電腦或通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)于專用數(shù)據(jù)庫(kù)，以備復(fù)檢。

2.1 實(shí)測(cè)張拉伸長(zhǎng)值和錨固回縮值分析

由于本次張拉進(jìn)行了一次倒缸，為準(zhǔn)確得到鋼絞線的伸長(zhǎng)值以及錨固回縮值，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，即再次張拉的線性階段和放張階段直接平移到倒缸回油前線性階段的張拉力最大值處，即可得到假設(shè)不需倒缸的張拉全過(guò)程的張拉力-缸體位移曲線，見(jiàn)圖4。

預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)值做為預(yù)應(yīng)力施工的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，其與預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度、預(yù)應(yīng)力筋的線型狀態(tài)、預(yù)應(yīng)力張拉控制力等均有關(guān)，目前的施工水平很難保證預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)值完全吻合理論計(jì)算的伸長(zhǎng)值，故規(guī)范提出了實(shí)際伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值的合理偏差范圍。由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉前處于不受力的自由狀態(tài)，故鋼絞線的實(shí)際張拉伸長(zhǎng)值應(yīng)該從鋼絞線受力繃緊后計(jì)，即放張前的缸體的總位移扣除鋼絞線由自由狀態(tài)至繃緊時(shí)缸體位移即為鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值。圖3全過(guò)程的張拉力-缸體位移曲線中，選取線性段，進(jìn)行線性回歸，擬合得該段的線性函數(shù)y=10.767x-400.18（其線性相關(guān)系數(shù)R2=0.999 2）該線性函數(shù)在X軸上的截距即為鋼絞線由自由狀態(tài)至繃緊時(shí)缸體位移，計(jì)算可得為37.2 mm，從圖4可直接讀出放張前缸體總位移為252 mm，從而計(jì)算出該束鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值為252-37.2=214.8 mm。

所謂錨固回縮值是指由于錨具的變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮值，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中該值做為預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，在傳統(tǒng)張拉工序中錨固回縮值很難準(zhǔn)確獲得，但智能張拉系統(tǒng)能實(shí)時(shí)記錄張拉數(shù)據(jù)，該回縮值即為放張前缸體位移與放張結(jié)束后的缸體位移的差值。

2.2 智能張拉分析結(jié)果

由于本工程中預(yù)應(yīng)力混凝土梁數(shù)量眾多，此處僅選取36 m方向的一跨預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁的張拉數(shù)據(jù)列于表1、表2中，選取的梁編號(hào)為YKL-X1，其預(yù)應(yīng)力筋束編號(hào)見(jiàn)圖5。

由表1、表2可知：

預(yù)應(yīng)力力筋束的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值大都小于理論值，但相對(duì)誤差不超出了《混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002 2011版）中6%的限值，能滿足規(guī)范要求。

表1 YKL-X1張拉數(shù)據(jù)（1～6束）

表2 YKL-X1張拉數(shù)據(jù)（7～12束）

圖5 YKL-X1梁預(yù)應(yīng)力筋編號(hào)

實(shí)測(cè)的錨固回縮值大都超出了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第 10.2.2條建議的6～8 mm范圍，最大的相對(duì)誤差約為11.3%，施工時(shí)將此值反饋給設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)單位對(duì)預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行了重新計(jì)算。

3 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力筋張拉工藝相比具有如下特點(diǎn)：

（1）油泵由軟件控制，實(shí)現(xiàn)了張拉的數(shù)字化控制；

（2）千斤頂?shù)母左w位移采用超聲傳感器自動(dòng)讀取并記錄，提高了測(cè)量的精準(zhǔn)性；

（3）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并記錄，排除人為因素；

（4）數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)，用戶可以在辦公室和家里通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控預(yù)應(yīng)力的張拉施工過(guò)程，可向第三方提供實(shí)時(shí)監(jiān)控的視窗；

（5）能自動(dòng)生成施工報(bào)表，便于施工資料的整理。

該套張拉系統(tǒng)的推廣使用給預(yù)應(yīng)力混凝土工程的施工帶來(lái)新的思路，也拓展了預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的發(fā)展空間。

[1]CECS 180:2005,建筑工程預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程[S].

[2]GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50204-2002 2011,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范版[S].

[4]DG/TJ08-235-2012,后張預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程[S].

[5]同濟(jì)大學(xué).中國(guó)博覽會(huì)會(huì)展綜合體（北塊）健康監(jiān)測(cè)報(bào)告[R].2014.

[6]上海同吉建筑工程設(shè)計(jì)有限公司.預(yù)應(yīng)力智能張拉程控系統(tǒng)使用說(shuō)明V1.0[Z].2013.