后張法預應力智能張拉重點控制環節分析

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摘 要：文章從預應力張拉存在的問題出發，通過治理現狀，提出后張法預應力智能張拉現場重點控制環節。

關鍵詞：后張法預應力；智能張拉；控制

前言

隨著我國大規模高速公路、城市道路建設，建造了大量后張法預應力混凝土橋梁，在橋型結構跨度和施工工藝、施工方法上都已達到世界先進水平，后張法預應力橋梁也得到了快速發展，結構型式日趨多樣化。但在運營過程中，出現了部分橋梁結構過早出現裂縫、下撓超限的情況。近年來國內一些大跨徑預應力混凝土橋梁不斷發生嚴重病害，甚至出現橋梁垮塌事故。造成這種現象的原因是多方面的，除梁體砼強度、剛度、鋼絞線松弛、錨夾具變形回縮等造成預應力損失外，結構預應力體系的準確建立和耐久性的維護是兩個主要因素，需要探索并在施工過程中予以控制。

1 預應力張拉中存在的主要問題

橋梁工程預應力結構體系的建立和耐久性的維護問題，預應力張拉方面存在的主要問題有：有效預應力誤差大和有效預應力均勻度誤差大。

主要原因：張拉力控制誤差大、鋼絞線伸長值測量誤差大，兩端張拉同步率低，壓力設備示值故障或示值錯誤，缺乏有效的檢測評估辦法等。

造成的危害：預應力度不足，結構過早出現裂縫、結構下撓超限、變形過大或裂紋；鋼絞線間有效預應力不均勻導致預應力筋的早期疲勞，屈服下撓，危及橋梁使用壽命。

2 預應力張拉存在問題的治理現狀

鑒于后張法預應力體系在張拉方面的問題，《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）中，對預應力張拉和壓漿施工也提出了更高的要求：

2.1 張拉控制應力的精度為±1.5%（第7.12.2條第2款）。

2.2 對稱同步張拉工況、張拉力允許誤差為±2%（第7.12.2條第1款）。

2.3 有效預應力偏差為±5%（第7.12.2條第3款；第7.6.3條第2款）。

2.4 錨固持荷時間由以前的2分鐘延長到了5分鐘（第7.12.2條第2款）。

2.5 強調采用梳編整體穿束工藝，防止鋼絞線纏繞，保證有效預應力的均勻度（第7.12.2條第3款，第7.2.7條，第7.8.3條）。

3 目前預應力張拉施工現狀

智能張拉程控系統采用自動量測、無線傳輸、自動記錄和遠程監控等手段，解決了大量傳統手工張拉難以解決的質量控制難題。智能張拉相較傳統人工張拉的特點如下：

3.1 智能張拉是在原有人工張拉基礎上，增加了油缸壓力數據通過壓力傳感器自動采集、伸長量數據通過位移傳感器自動采集功能，消除了人工讀數的人為誤差。

3.2 通過計算機進行張拉力和伸長量數據運算，消除了人為計算錯誤的可能。

3.3 通過電腦控制程序自動控制協調兩臺油壓泵加壓速率，極大程度改善了人工張拉時兩端千斤頂難以同步的弊端。

3.4 具備數據自動輸出甚至遠程傳輸功能，電腦輸出打印的原始資料相較人工填寫資料，更加真實可靠；同時其數據庫今后可進行進一步的功能擴展。

3.5 問題：自動程控技術的使用易產生人對設備的依賴，自動化操作使過程中的問題容易被掩蓋，不易被人發現。

4 預應力智能張拉設備現場使用重點控制環節

國內目前尚無智能張拉壓漿設備的相關標準，特別是自動程控技術的使用易產生人對設備的依賴，自動化操作使過程中的問題容易被掩蓋，不易被人發現。如果設備精度不過關、質量不可靠，盲目選用，會給預應力結構造成嚴重隱患。考慮到此現狀，為了確保智能張拉技術發揮出其本身的優勢，必須有針對性的制定必要的管理措施彌補該項技術的不足，特別需對以下幾個關鍵人機接口做好控制管理：

4.1 智能張拉設備設備要求

智能張拉設備由液壓千斤頂、電動油泵、外接油管、主控電腦、壓力傳感器、位移傳感器構成。

4.1.1 智能張拉使用的液壓千斤頂、電動油泵、外接油管為常規張拉工作設備，無反應施工精度的測量功能，應選擇滿足張拉施工質量安全需要的設備，按設備說明書進行操作。

4.1.2 主控電腦要求：為便攜式筆記本電腦，預裝智能張拉控制軟件，電腦應妥善保管并張拉專用，每工作日將張拉數據庫備份，以防數據丟失。

4.1.3 壓力傳感器要求：壓力傳感器精度宜達到0.1%FS級，不得低于0.5%FS級。

4.1.4 位移傳感器要求：

（1）位移傳感器量程應不小于千斤頂行程，并且千斤頂行程和位移傳感器量程應滿足施工現場一次張拉到位的張拉端預計伸長量的要求。

（2）位移傳感器防護等級不低于IP65級。

（3）位移傳感器量測精度不大于0.5mm。

4.2 智能張拉設備的內置參數管理

智能張拉設備需要人工將公式、每張拉束的基本參數、試驗和計算數據輸入電腦，此輸入過程必須確保正確，為此設定管理程序并留下痕跡，以備事后核查追溯。

4.2.1 張拉參數設置必須施工員和監理在場，核對確認電腦張拉系統界面內全部設定數據正確，保存后參數界面導入數據庫并進入張拉執行階段，事后輸出打印參數設置界面供施工、監理單位簽證存檔。

4.2.2 智能張拉參數設置要求

（1）張拉前應對以下參數進行錄入和檢查。

（2）千斤頂回歸方程應與“千斤頂-油表”標定記錄核對一致。

（3）混凝土張拉強度由試驗室提供，并須滿足規范和圖紙張拉條件。

（4）實測鋼絞線彈性模量應與該批鋼絞線檢測報告數據相符。

（5）實測鋼絞線截面面積應與該批鋼絞線檢測報告數據相符。

（6）理論伸長量數據應與依據最近一期鋼絞線參數測算審批的伸長量數據核對一致。

（7）“張拉加載速度”項應根據加壓時間不少于300s的要求進行設置，對“系統參數”進行調試，選擇合適的張拉加載速度，避免加壓過快導致油壓相對目標值過度沖高。

（8）用于持荷控制的“變頻壓力差值”不宜過大，變頻加壓的油壓下限所導致的鋼絞線單端回縮量宜限制在3mm以下，最大不超過5mm。

4.3 智能張拉設備數據輸出管理

張拉后，智能張拉設備應將張拉成果、參數設置一并輸出打印，由施工、監理單位審核簽字后存檔。

4.4 智能張拉設備的校核

4.4.1 張拉千斤頂和配套壓力傳感器使用前要按規范規定頻率進行標定，取得荷載-油壓回歸方程。

4.4.2 千斤頂及壓力傳感器、位移傳感器長期不使用或標定時間超過半年或張拉超過200次或在使用中預應力機具設備或儀表出現反常現象或千斤頂檢修后，應重新標定。

4.4.3 位移傳感器與千斤頂標定的周期和時機同步，除非位移傳感器使用說明書有說明則按說明執行，但最長標定時限不超過1年。

4.4.4 智能張拉設備須進行進場校核，主要校核伸長量的實際量測精度，校核數量不少于10束鋼絞線，如校核相互誤差平均在2%以內，方可準予該設備進場使用。

4.4.5 張拉過程中對位移傳感器量測數值應進行定期校核，校核頻率為每張拉20片梁即人工量測伸長量校核1片梁，日常發生張拉伸長量與理論伸長量偏差過大時隨時進行人工量測校核。

4.4.6 人工校核伸長量的規定

因人工量測伸長量精度理論上粗略于位移傳感器量測精度，并增加了人為偶然誤差因素，為提高人工校核的精度，應作如下人工校核規定：

（1）每張拉端由兩人各持鋼板尺量測伸長量，兩端張拉時共4人持尺量測。每端兩人平行量測，量測伸長值平行誤差在1mm之內時可取用該量測數值，超過1mm時數據作廢，再次量測。

（2）人工量測在設備每行程持荷結束時進行，由指令人發出量測信號，兩端四人同步進行量測，應在盡可能短的時間間隔內（10秒內）量測結束。

5 結束語

智能張拉是后張法預應力施工的必然趨勢，隨著標準化和規范化的發展需要，將廣泛應用到公路、市政橋梁工程、房建工程等基礎工程建設中。在推廣應用智能張拉工藝過程中應針對張拉設備的選擇、智能張拉設備內置參數的設置和管理、數據輸出管理、現場校核等重點環節嚴格控制，理論結合實踐，進一步推進后張法預應力張拉規范化。