新型前卡式千斤顶张拉工艺及经济成本分析

桂斯学 李陆平

在后张法预制梁结构中,钢绞线张拉是最关键的工序,采用的张拉机具一般是液压千斤顶。本文将通过某工程实例,介绍一种新型的前卡式张拉千斤顶工作特点、工作原理以及张拉操作工艺,并与普通张拉千斤顶进行成本分析和经济比较。最后得出,对于大批量、小跨径预制简支梁,使用前卡式千斤顶张拉具有较大的经济效益,在类似工程中值得借鉴和推广。

1 工程背景

某工程位于武汉市东西湖区,该梁场共需预制后张法简支T梁3 500片。根据设计图纸,跨度为32 m的T梁每根钢绞线工作长度平均为32.4 m,单片T梁N1,N2采用11-7Φ 5钢绞线,N3～N7采用9-7Φ 5钢绞线,一片 T梁共计89根钢绞线。

对于张拉机具的选择,有以下两种方案:

第一种方案是选用普通穿心式千斤顶,该类型的千斤顶普遍使用,操作方便,但由于工具锚位于千斤顶后端[1],梁端需要预留的钢绞线长度较大,如使用沈阳四平建筑机械厂公司生产的YCW3000型张拉千斤顶,根据厂家提供的技术参数,每端预留长度平均为74 cm。

第二种方案是采用新型前卡式千斤顶,该类型的千斤顶操作相对复杂,但梁端需要预留的钢绞线长度较小,如使用安徽合肥巨力预应力工程有限公司生产的YCQ3000-200型前卡式千斤顶,每端预留长度平均为38 cm。

考虑到T梁预制数量很大,经技术、经济分析比较后,决定采用第二种方案即新型前卡式千斤顶。

2 千斤顶特点及工作原理

前卡式千斤顶是由单顶(如柳州市建桥预应力机械厂生产的YDC250Q型单作用顶)衍变而来,它是将工具锚内置,使之与限位板之间距离较近,与普通千斤顶相比,大大缩短了工具锚与限位板之间的距离,从而节省了钢绞线。另外,该类千斤顶还可在张拉空间狭窄,普通穿心式千斤顶无法安装就位的情况下使用[2]。

该千斤顶采用“活塞静止,缸体活动”的结构形式,具有连续跟进、重复张拉的性能。张拉过程中,千斤顶活塞和加长套组成不动体,外缸套、穿心套和工具锚构成运动体,当运动体相对不动体向外移动时,工具锚、工具夹片夹持钢绞线进行张拉。在达到所需的预应力值时,运动体复位,工作夹片、工作锚自动锚固,此时工具夹片不再受外力作用,在钢绞线的定力作用下,随同钢绞线向外移动,完成张拉过程。其构造原理见图1。

3 张拉操作工艺

3.1 安装千斤顶

1)将千斤顶提起,沿预应力钢绞线穿过,前端顶在加长套上;

2)安装工具夹片,并把工具夹片敲紧,同时检查限位板、加长套、千斤顶等是否入槽,中心线是否在一条直线上,如不在应重新调整。重新调整后应再次检查工具夹片有无松动。

3.2 张拉操作过程

1)将回油端的阀门全部打开,关闭进油端的回油阀,此时启动油泵电机,慢慢旋转进油阀门,向张拉油缸进油;2)缸套移动时,带着工具锚移动,同时工具夹片夹紧钢绞线;3)根据张拉控制应力σk,张拉千斤顶油表与张拉力的线性回归方程,一般按以下工艺进行张拉:0→0.1σk(作伸长量标记)→σk(静停 2 min)→补拉σk(测伸长量)→锚固;4)张拉时当钢绞线的初始应力达0.1σk时停止供油。检查夹片情况完好后,画线作标记。向千斤顶油缸充油并对钢绞线进行张拉。张拉值的大小以油压表的读数为主,以预应力钢绞线的伸长值加以校核,实际张拉伸长值与理论伸长值应控制在±6%范围内,每端锚具回缩量应控制在6 mm以内。工具夹片的回缩值应用200 mm带测深度的游标卡尺测量;5)油压达到张拉吨位后关闭主油缸油路,并保持2 min,测量钢绞线伸长量加以校核。

3.3 滑丝、断丝具体处理方法

在张拉过程中,如遇工作夹片滑丝,千斤顶上工具夹片无法打开,导致千斤顶回油后仍无法取下来时,应采取以下步骤进行处理:1)在滑丝的另外一端用单孔连接器将钢绞线接长至露出千斤顶端面30 cm左右;2)用一块尺寸为450 mm×60 mm×40 mm且中心钻有直径20 mm孔的钢板,使钢绞线穿过钢板中心孔;3)用单根张拉的25 t千斤顶对该钢绞线进行张拉放张,随着活塞的伸长,工具夹片逐渐从工具锚孔内随钢绞线向外移动;4)此时用钢绞线料头中钢丝做的钩子慢慢的将工具夹片钩出工具锚孔外;5)缓慢的将25 t顶回油,放松钢绞线;更换滑丝的工作夹片重新张拉;6)如工具夹片滑丝而工作夹片没有,回油后更换新的工具夹片进行补张或全部放张后再重新张拉。

4 成本分析与经济比较

4.1 购置摊销费

购买6台YCW3000型普通张拉千斤顶,市场价每台1.0万元(不含油泵等配套设备),假设新购设备按70%摊销计入成本,则每片T梁张拉千斤顶摊销成本:E1=10 000×6×0.7/3 500=12元。购买6台YCQ3000新型前卡式千斤顶,市场价每台3.5万元(不含油泵等配套设备),同样按70%摊销计入成本,则每片T梁张拉千斤顶摊销成本:E1′=35 000×6×0.7/3 500=42元。

4.2 人工费

由于新夹式千斤顶工具锚内置,给工具锚安装拆卸、千斤顶对位、工具夹片安装等带来一些不便,也使相应的人工费增加,具体比较如下:使用普通张拉千斤顶,平均每片T梁需要4个工人操作,每片 T梁耗时2.0 h(其中初张拉 0.5 h,终张拉1.5 h),每片T梁张拉人工费:E2=4×(2.0÷8)×80=80元。使用前卡式张拉千斤顶,平均每片 T梁需要6个工人操作,每片 T梁耗时3.0 h(其中初张拉1.0 h,终张拉2.0h),每片T梁张拉人工费:E2′=6×(3.0÷8)×80=180元。

4.3 材料费

以32 m T梁(曲线中梁)为例,如采用普通张拉千斤顶时,每端预留长度74 cm,每片 T梁需要钢绞线89×(32.4+0.74×2)m×1.1 kg/m=3 317 kg,按钢绞线市场价6 300元/t计,则需要材料费 E3=3 317×6 300÷1 000=20 897元。

采取新夹式千斤顶时,每端预留长度仅为38 cm,每片T梁需要钢绞线89×(32.4+0.38×2)m×1.1 kg/m=3 246 kg,按钢绞线市场价 6 300元/t计,则需要材料费 E3′=3 246×6 300÷1 000=20 450元。

4.4 经济比较

根据上述数据,不考虑使用两种类型的张拉机具相同的材料、机械设备(如锚具、龙门吊机等),T梁张拉成本分析见表1。

从表1可知,使用新型前卡式千斤顶比普通千斤顶平均每片T梁节约317元,东西湖梁场3 500片T梁预计可节约110.95万元,经济效益十分可观。

5 主要结论及建议

1)在推行精细化管理和技术创新的形势下,对于预制梁工程,应对张拉机具进行方案比选,以便最大程度地降低工程造价。2)对于大批量(一般大于400片)、小跨度(35 m以内)的预制梁,使用新型前卡式千斤顶设备,可以节省大量的钢绞线(以32 m T梁为例,使用普通张拉千斤顶预留长度占工作长度的4.57%,而使用新型式新夹式千斤顶预留长度仅占工作长度的2.34%,节约百分比为2.23%),为工程项目节省大量的资金,具有显著的经济效益,值得推广应用。3)由于新型前卡式千斤顶工具锚内置,在张拉锚固过程中如遇到滑丝、断丝现象时,处理起来比较费事。因此,在预应力张拉前和张拉过程中,应采取多种预防措施,尽量避免产生滑丝、断丝现象。4)新型前卡式千斤顶的不足之处是张拉前安装对位,以及工具锚和夹片安装等操作不太方便,故建议研发人员在设备上予以继续改进和完善。

[1] 朱新实,刘效尧.预应力技术及材料设备[M].第2版.北京:人民交通出版社,2004.

[2] 刘运发,周自林.后张法预应力施工花园大道花园沟桥现浇箱梁施工工艺控制[J].公路工程与运输,2008(7):32.

[3] 彭华春.钢绞线滑丝原因及处理探讨[J].铁道标准设计,2005(11):27-28.