新型前卡式千斤頂張拉工藝及經濟成本分析

桂斯學 李陸平

在后張法預制梁結構中,鋼絞線張拉是最關鍵的工序,采用的張拉機具一般是液壓千斤頂。本文將通過某工程實例,介紹一種新型的前卡式張拉千斤頂工作特點、工作原理以及張拉操作工藝,并與普通張拉千斤頂進行成本分析和經濟比較。最后得出,對于大批量、小跨徑預制簡支梁,使用前卡式千斤頂張拉具有較大的經濟效益,在類似工程中值得借鑒和推廣。

1 工程背景

某工程位于武漢市東西湖區,該梁場共需預制后張法簡支T梁3 500片。根據設計圖紙,跨度為32 m的T梁每根鋼絞線工作長度平均為32.4 m,單片T梁N1,N2采用11-7Φ 5鋼絞線,N3～N7采用9-7Φ 5鋼絞線,一片 T梁共計89根鋼絞線。

對于張拉機具的選擇,有以下兩種方案:

第一種方案是選用普通穿心式千斤頂,該類型的千斤頂普遍使用,操作方便,但由于工具錨位于千斤頂后端[1],梁端需要預留的鋼絞線長度較大,如使用沈陽四平建筑機械廠公司生產的YCW3000型張拉千斤頂,根據廠家提供的技術參數,每端預留長度平均為74 cm。

第二種方案是采用新型前卡式千斤頂,該類型的千斤頂操作相對復雜,但梁端需要預留的鋼絞線長度較小,如使用安徽合肥巨力預應力工程有限公司生產的YCQ3000-200型前卡式千斤頂,每端預留長度平均為38 cm。

考慮到T梁預制數量很大,經技術、經濟分析比較后,決定采用第二種方案即新型前卡式千斤頂。

2 千斤頂特點及工作原理

前卡式千斤頂是由單頂(如柳州市建橋預應力機械廠生產的YDC250Q型單作用頂)衍變而來,它是將工具錨內置,使之與限位板之間距離較近,與普通千斤頂相比,大大縮短了工具錨與限位板之間的距離,從而節省了鋼絞線。另外,該類千斤頂還可在張拉空間狹窄,普通穿心式千斤頂無法安裝就位的情況下使用[2]。

該千斤頂采用“活塞靜止,缸體活動”的結構形式,具有連續跟進、重復張拉的性能。張拉過程中,千斤頂活塞和加長套組成不動體,外缸套、穿心套和工具錨構成運動體,當運動體相對不動體向外移動時,工具錨、工具夾片夾持鋼絞線進行張拉。在達到所需的預應力值時,運動體復位,工作夾片、工作錨自動錨固,此時工具夾片不再受外力作用,在鋼絞線的定力作用下,隨同鋼絞線向外移動,完成張拉過程。其構造原理見圖1。

3 張拉操作工藝

3.1 安裝千斤頂

1)將千斤頂提起,沿預應力鋼絞線穿過,前端頂在加長套上;

2)安裝工具夾片,并把工具夾片敲緊,同時檢查限位板、加長套、千斤頂等是否入槽,中心線是否在一條直線上,如不在應重新調整。重新調整后應再次檢查工具夾片有無松動。

3.2 張拉操作過程

1)將回油端的閥門全部打開,關閉進油端的回油閥,此時啟動油泵電機,慢慢旋轉進油閥門,向張拉油缸進油;2)缸套移動時,帶著工具錨移動,同時工具夾片夾緊鋼絞線;3)根據張拉控制應力σk,張拉千斤頂油表與張拉力的線性回歸方程,一般按以下工藝進行張拉:0→0.1σk(作伸長量標記)→σk(靜停 2 min)→補拉σk(測伸長量)→錨固;4)張拉時當鋼絞線的初始應力達0.1σk時停止供油。檢查夾片情況完好后,畫線作標記。向千斤頂油缸充油并對鋼絞線進行張拉。張拉值的大小以油壓表的讀數為主,以預應力鋼絞線的伸長值加以校核,實際張拉伸長值與理論伸長值應控制在±6%范圍內,每端錨具回縮量應控制在6 mm以內。工具夾片的回縮值應用200 mm帶測深度的游標卡尺測量;5)油壓達到張拉噸位后關閉主油缸油路,并保持2 min,測量鋼絞線伸長量加以校核。

3.3 滑絲、斷絲具體處理方法

在張拉過程中,如遇工作夾片滑絲,千斤頂上工具夾片無法打開,導致千斤頂回油后仍無法取下來時,應采取以下步驟進行處理:1)在滑絲的另外一端用單孔連接器將鋼絞線接長至露出千斤頂端面30 cm左右;2)用一塊尺寸為450 mm×60 mm×40 mm且中心鉆有直徑20 mm孔的鋼板,使鋼絞線穿過鋼板中心孔;3)用單根張拉的25 t千斤頂對該鋼絞線進行張拉放張,隨著活塞的伸長,工具夾片逐漸從工具錨孔內隨鋼絞線向外移動;4)此時用鋼絞線料頭中鋼絲做的鉤子慢慢的將工具夾片鉤出工具錨孔外;5)緩慢的將25 t頂回油,放松鋼絞線;更換滑絲的工作夾片重新張拉;6)如工具夾片滑絲而工作夾片沒有,回油后更換新的工具夾片進行補張或全部放張后再重新張拉。

4 成本分析與經濟比較

4.1 購置攤銷費

購買6臺YCW3000型普通張拉千斤頂,市場價每臺1.0萬元(不含油泵等配套設備),假設新購設備按70%攤銷計入成本,則每片T梁張拉千斤頂攤銷成本:E1=10 000×6×0.7/3 500=12元。購買6臺YCQ3000新型前卡式千斤頂,市場價每臺3.5萬元(不含油泵等配套設備),同樣按70%攤銷計入成本,則每片T梁張拉千斤頂攤銷成本:E1′=35 000×6×0.7/3 500=42元。

4.2 人工費

由于新夾式千斤頂工具錨內置,給工具錨安裝拆卸、千斤頂對位、工具夾片安裝等帶來一些不便,也使相應的人工費增加,具體比較如下:使用普通張拉千斤頂,平均每片T梁需要4個工人操作,每片 T梁耗時2.0 h(其中初張拉 0.5 h,終張拉1.5 h),每片T梁張拉人工費:E2=4×(2.0÷8)×80=80元。使用前卡式張拉千斤頂,平均每片 T梁需要6個工人操作,每片 T梁耗時3.0 h(其中初張拉1.0 h,終張拉2.0h),每片T梁張拉人工費:E2′=6×(3.0÷8)×80=180元。

4.3 材料費

以32 m T梁(曲線中梁)為例,如采用普通張拉千斤頂時,每端預留長度74 cm,每片 T梁需要鋼絞線89×(32.4+0.74×2)m×1.1 kg/m=3 317 kg,按鋼絞線市場價6 300元/t計,則需要材料費 E3=3 317×6 300÷1 000=20 897元。

采取新夾式千斤頂時,每端預留長度僅為38 cm,每片T梁需要鋼絞線89×(32.4+0.38×2)m×1.1 kg/m=3 246 kg,按鋼絞線市場價 6 300元/t計,則需要材料費 E3′=3 246×6 300÷1 000=20 450元。

4.4 經濟比較

根據上述數據,不考慮使用兩種類型的張拉機具相同的材料、機械設備(如錨具、龍門吊機等),T梁張拉成本分析見表1。

從表1可知,使用新型前卡式千斤頂比普通千斤頂平均每片T梁節約317元,東西湖梁場3 500片T梁預計可節約110.95萬元,經濟效益十分可觀。

5 主要結論及建議

1)在推行精細化管理和技術創新的形勢下,對于預制梁工程,應對張拉機具進行方案比選,以便最大程度地降低工程造價。2)對于大批量(一般大于400片)、小跨度(35 m以內)的預制梁,使用新型前卡式千斤頂設備,可以節省大量的鋼絞線(以32 m T梁為例,使用普通張拉千斤頂預留長度占工作長度的4.57%,而使用新型式新夾式千斤頂預留長度僅占工作長度的2.34%,節約百分比為2.23%),為工程項目節省大量的資金,具有顯著的經濟效益,值得推廣應用。3)由于新型前卡式千斤頂工具錨內置,在張拉錨固過程中如遇到滑絲、斷絲現象時,處理起來比較費事。因此,在預應力張拉前和張拉過程中,應采取多種預防措施,盡量避免產生滑絲、斷絲現象。4)新型前卡式千斤頂的不足之處是張拉前安裝對位,以及工具錨和夾片安裝等操作不太方便,故建議研發人員在設備上予以繼續改進和完善。

[1] 朱新實,劉效堯.預應力技術及材料設備[M].第2版.北京:人民交通出版社,2004.

[2] 劉運發,周自林.后張法預應力施工花園大道花園溝橋現澆箱梁施工工藝控制[J].公路工程與運輸,2008(7):32.

[3] 彭華春.鋼絞線滑絲原因及處理探討[J].鐵道標準設計,2005(11):27-28.