數顯式張拉儀在對稱張拉同步性控制和伸長量計算方面的應用

摘 要 傳統方法不能真正的保證張拉力同步性，更沒有方法來量化的測量張拉力同步性；傳統伸長量測量方法無法消除因持荷誤差而造成的測定誤差。

關鍵詞 數顯式張拉儀 精細化 施工 張拉力 同步性 即時反饋 調節

在我國公路橋梁中，后張法預制梁被廣泛應用，不管是箱型梁、T型梁還是空心板，預應力系統都是梁板質量的關鍵，直接影響到梁板承載能力和使用壽命。

隨著精細化施工在高速公路建設中的推廣，張拉標準化也提上了日程，各方面對張拉質量也越來越重視。本文結合成渝復線C標預制廠的張拉施工經驗，主要談一下數顯式張拉儀器在梁板對稱張拉同步性控制和伸長量計算兩方面的應用表現。

一、張拉力同步性的解釋

在2011年8月1日實施的《公路橋涵施工技術規范》中，對張拉質量提出了細化要求：其中對多臺千斤頂稱張拉時，各張拉千斤頂之間同步張拉力的允許誤差宜為±2%。

張拉力同步性怎么測量？筆者認為應該在理論上給出一個計算方法。張拉同步性是針對兩臺或兩臺以上千斤頂同時張拉來說的，假設A和B兩端對稱張拉，那么以A端張拉力為基點，當A端的張拉力為Fa時，列出同一時間B端的拉力Fb，那么此時的同步性誤差就為Δ=（Fb-Fa）/Fa。理論上我們可以列出張拉開始到結束所有時刻的同步性誤差值，只要我們知道所有時刻的Fa和Fb。但實際中我們無法也不需要求出所有時刻Δ；只需列出n個控制點的Δ值，如10%張拉力、20%張拉力、30%張拉力、40%張拉力、…90%張拉力、100%張拉力時刻的Δ值，再求絕對值的平均數來代表整個張拉過程的Δ值。即：

Δ=（|Δ1|+|Δ2|+|Δ3|+……+|Δn-1|+|Δn|）/n

之所以求絕對值是因為各Δ值可能有正負之分，直接相加只會得出中和值，不能代表同步性誤差。

二、傳統施工中對稱張拉的同步性控制

傳統施工中同步性控制是一個定時反饋調節的循環過程，滯后性明顯，且精度低。

在實際施工中，張拉力F是通過油表讀數P表示的。張拉施工前張拉設備（千斤頂和油表）要經過專業檢測單位標定，確定F和P的函數關系，以此指導施工。

判斷同步張拉力的同步性是根據兩端的油表讀數來判斷確定的。比如A和B兩斷面同時張拉，操作人員商定每隔5MP報一次數，當A斷面先達到5MP時操作員喊話并適當減小油門，此時B斷面操作員讀出油表讀數為4.5MP，那么就適當加大油門到5MP并喊話，A斷面操作員聽到喊話后加大油門到正常水平繼續張拉到10MP并喊話，以此類推直至張拉結束。

在實際施工中，由于機械狀態不盡相同，相同力值下兩斷面的油表讀數肯定存在偏差，以本預制廠2011年8月24日標定的300T千斤頂為例，各力值油表讀數如下表：

表中10束鋼絞線10%張拉力情況下，7280#千斤頂對應油表讀數為2.2MP，7281千斤頂對應油表讀數為3.4MP，相差1.2MP；表中20%、50%、100%張拉力對應的油表讀數偏差都在1MP以上。在施工中此種控制方法有以下弊端：

1.操作人員只能實時讀出油表讀數，并不能真正讀出張拉力，在兩端油表讀數差值較大情況下很難及時準確辨別出張拉力差值大小，甚至正負，影響調節效果。

2.操作人員不能實時的在過程中了解自己端張拉力值與對面端張拉力值的對比情況，只有在報數時才能知道兩端油表讀數差值，并以此來判斷張拉速率快慢，并作出加大或減小油門的反應來控制張拉速率，滯后性明顯。

3.最為重要的一點是，由于不能準確的持荷，所以也就無法準確測定某個控制點兩端的張拉力；無法量化同步性誤差。

由此可以看出，傳統方法并不能真正的保證張拉力同步，只能憑技術人員和油泵操作人員的經驗來盡力保證兩端張拉力同步。更沒有一個量化的方法來測定張拉力同步性。

三、傳統施工中伸長量測量

張拉施工中鋼束伸長量是校核張拉質量的一個重要指標。一般采用尺量的方法測定。

預應力鋼筋實際伸長值ΔL的測量應該在建立初應力后開始測量，測得的伸長值ΔL1還應加上初應力以下的推算伸長值ΔL2，最初張拉時各根預應力鋼束的松緊、彎直程度不宜，所以初應力以下的伸長量值不宜采用直接測量的方法，而是采用相鄰級伸長量值推算的方法。本例采用10%σcon作為初始張拉力，

伸長量計算公式表達如下：

ΔL=ΔL1+ΔL2

ΔL1=L100%σcon-L10%σcon

ΔL2=L20%σcon-L10%σcon

公式中各字母符號的含義如下：

ΔL-伸長量

ΔL1-初應力以上的伸長量

ΔL2-初應力以下的推算伸長量

L100%σcon100%-張拉應力時的實測千斤頂伸長量

L20%σcon20%-張拉應力時的實測千斤頂伸長量

L10%σcon10%-張拉應力時的實測千斤頂伸長量

由以上公式可以看出，在實際施工中，為了準確測量鋼束的伸長量，必須準確測量10%張拉應力、20%張拉應力和100%張拉應力時的伸長量。前提要求就是必須在張拉至10%張拉應力、20%張拉應力和100%張拉應力精確持荷，這在實際施工中基本是不可能實現的。

造成伸長量的測量誤差基本上有以下兩方面：

1.持荷的誤差。在實際施工中操作人員讀油表讀數本身就是一個估讀的操作，因此按照張拉力值精確持荷是基本不可能實現的。特別是初應力時因為油表讀數較小而張拉速率較快，操作工人往往還沒來得及松油閥減小油門指針就已經超過指定的油表讀數，給精確測量帶來了困擾。

2.尺量的誤差。用尺子量千斤頂伸長量，由于個人讀數習慣，讀數角度，或者施工環境的影響總會出現大大小小的誤差，在實際施工中也經常會出現過誤讀、誤聽等失誤。

對以上兩種誤差的原因只能教育工人認真細心，精益求精。

四、預應力張拉數顯儀的應用

本預制廠有幸于3月份參與了重慶交通大學王繼成教授的示范性項目，王教授是橋梁預應力施工方面的權威，他組織編寫了《橋梁預應力及索力張拉施工質量檢測驗收規程》CQJTG/TF81-2009和《重慶市市政基礎設施工程預應力施工質量驗收規范》DBJ50-134-2012，兩者均對預應力施工控制提出了量化指標，而前者核心指標（大小和均勻度指標）被《公路橋涵施工技術規范》JTG/TF50-2011采納，作為定量控制與檢驗的依據。

此項目在我預制廠示范的預應力張拉數顯儀使張拉作業的精細化施工變成了現實，特別是在張拉力同步性和伸長量計算方面，真正體現了方便、精確的施工原則。

1.工作原理。

張拉數顯儀工作原理圖：

張拉數顯儀主要有兩個測量反饋系統構成：張拉力測量系統和伸長值測量系統。兩個系統監測的張拉數據能實時傳遞到顯示屏上，且多臺終端機的張拉數據能交互同步顯示。

張拉力測量系統的核心是一個同張拉油泵進油表互通的壓力傳感器，實時檢測壓力數據，通過數據線傳回主機；主機處理后屏幕顯示的是拉力值KN，而不是壓力值MP。伸長量測量系統的核心是一個位移傳感器，張拉前固定于工作錨具側面，張拉時可實時測量千斤頂伸出值，并通過數據線返回數據回主機，并在屏幕同步顯示。兩端張拉的兩套設備通過無線通訊天線實時交互數據。

2.張拉數顯儀的使用。

準備階段將標定好的千斤頂、油表和壓力傳感器安裝好，注意標定時的對應關系不能打亂。將張拉數顯儀主機與壓力傳感器和位移傳感器通過數據線連接，并確定連接良好。確定兩端無線通訊天線通訊良好。將千斤頂、錨具、夾片等安裝好后，將位移傳感器磁力開關打開，吸附于工作錨具側面，位移針與千斤頂伸出方向平行并將一端抵住千斤頂外圈。一切檢查完好后即可開始張拉作業。

使用時兩端同時開始張拉，張拉開始后操作人員不用看壓力表（油表），只用看顯示屏顯示的張拉力數據，配合控油閥控制油門大小即可；張拉過程中也不用穩壓持荷人工測量千斤頂伸長量。當看到兩端拉力值均達到控制應力時調節控油閥門穩壓并記住顯示屏時間開始持荷，待持荷5分鐘后即可緩慢泄壓，完全泄壓后即可按主機按鈕完成一次張拉程序。此時主機會自動匯總張拉數據，計算伸長量并在屏幕顯示供操作人員參考。確認無誤后即可開始下一束的鋼束張拉。

每一束鋼束張拉后數據會自動存儲與主機內，需要時可以通過數據線導入計算機，用專用軟件打開后可以查看詳細數據。張拉過程的張拉力、位移、時間關系和通過多種圖表數據顯示，張拉質量情況一目了然。

拉力時間關系圖

圖中紅藍兩條線代表兩端張拉的實時張拉力曲線，由圖可以看出兩線基本吻合，即可得知此次張拉同步性較好。主機計算得出同步性誤差為0.62%，滿足規范±2%的要求。

位移時間關系圖

圖中紅藍兩條線代表兩端張拉的實時伸長量曲線，由圖可以看出，兩線基本是直線，故位移與張拉力成正比關系，張拉沒有意外情況發生。

3.張拉同步性控制原理。

使用此儀器后同步性控制過程是一個即時反饋調節的過程，無滯后性，控制精度高。

油泵操作人員操作時看到的是經計算轉換過的張拉力值，并且可以看到另一端的實時張拉力值，因此可以輕松的判斷出兩端張拉力差值大小，并通過控油閥門即時調節給油速度，很容易就可以實現張拉力的同步。

張拉過程主機自動記錄實時數據，所以張拉后可以準確調取任意控制點的張拉力值進行計算匯總，得出張拉同步性指標。

張拉后技術人員可以通過拉力時間關系圖查看同步性及張拉中各種情況，還可以生成報表，方便各方查看。

使用此設備可以完美解決張拉力同步性控制的難題，并能對張拉同步性準確計算出一個量化的結果。

4.伸長量計算。

熟練使用次設備后可以完全不用人工測量千斤頂伸長量，張拉結束后主機根據張拉過程中的位移數據自動計算伸長量。計算方法如下：

ΔL=ΔL1+ΔL2

ΔL1=LMAX-L10%σcon

ΔL2=L20%σcon-L10%σcon

公式中各字母符號的含義如下：

ΔL-伸長量

ΔL1-初應力以上的伸長量

ΔL2-初應力以下的推算伸長量

LMAX-張拉時記錄的最大伸長量，因為最大張拉力與設計張拉力之間可能存在誤差。

L20%σcon提取20%設計張拉應力時的實測千斤頂伸長量

L10%σcon提取10%設計張拉應力時的實測千斤頂伸長量

由上公式可以看出，計算只需提取張拉過程中10%σcon、20%σcon時的對應伸長量值和最大伸長值，即可算出伸長量；避免了因10%σcon、20%σcon時穩壓持荷誤差和人工測量造成的人為誤差，且提高了施工效率。

綜上所述，筆者認為數顯式張拉儀器能較好地解決張拉同步性控制問題，并對減小伸長量計算誤差有顯著效果；真正實現了張拉作業的精細化、科技化。

參考文獻

[1]JTG/TF50-2011.公路橋涵施工技術規范.

[2]JGTF80/1-2004.公路工程質量檢驗評定標準.