后张法预应力智能张拉重点控制环节分析

储兵

摘 要：文章从预应力张拉存在的问题出发，通过治理现状，提出后张法预应力智能张拉现场重点控制环节。

关键词：后张法预应力；智能张拉；控制

前言

随着我国大规模高速公路、城市道路建设，建造了大量后张法预应力混凝土桥梁，在桥型结构跨度和施工工艺、施工方法上都已达到世界先进水平，后张法预应力桥梁也得到了快速发展，结构型式日趋多样化。但在运营过程中，出现了部分桥梁结构过早出现裂缝、下挠超限的情况。近年来国内一些大跨径预应力混凝土桥梁不断发生严重病害，甚至出现桥梁垮塌事故。造成这种现象的原因是多方面的，除梁体砼强度、刚度、钢绞线松弛、锚夹具变形回缩等造成预应力损失外，结构预应力体系的准确建立和耐久性的维护是两个主要因素，需要探索并在施工过程中予以控制。

1 预应力张拉中存在的主要问题

桥梁工程预应力结构体系的建立和耐久性的维护问题，预应力张拉方面存在的主要问题有：有效预应力误差大和有效预应力均匀度误差大。

主要原因：张拉力控制误差大、钢绞线伸长值测量误差大，两端张拉同步率低，压力设备示值故障或示值错误，缺乏有效的检测评估办法等。

造成的危害：预应力度不足，结构过早出现裂缝、结构下挠超限、变形过大或裂纹；钢绞线间有效预应力不均匀导致预应力筋的早期疲劳，屈服下挠，危及桥梁使用寿命。

2 预应力张拉存在问题的治理现状

鉴于后张法预应力体系在张拉方面的问题，《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）中，对预应力张拉和压浆施工也提出了更高的要求：

2.1 张拉控制应力的精度为±1.5%（第7.12.2条第2款）。

2.2 对称同步张拉工况、张拉力允许误差为±2%（第7.12.2条第1款）。

2.3 有效预应力偏差为±5%（第7.12.2条第3款；第7.6.3条第2款）。

2.4 锚固持荷时间由以前的2分钟延长到了5分钟（第7.12.2条第2款）。

2.5 强调采用梳编整体穿束工艺，防止钢绞线缠绕，保证有效预应力的均匀度（第7.12.2条第3款，第7.2.7条，第7.8.3条）。

3 目前预应力张拉施工现状

智能张拉程控系统采用自动量测、无线传输、自动记录和远程监控等手段，解决了大量传统手工张拉难以解决的质量控制难题。智能张拉相较传统人工张拉的特点如下：

3.1 智能张拉是在原有人工张拉基础上，增加了油缸压力数据通过压力传感器自动采集、伸长量数据通过位移传感器自动采集功能，消除了人工读数的人为误差。

3.2 通过计算机进行张拉力和伸长量数据运算，消除了人为计算错误的可能。

3.3 通过电脑控制程序自动控制协调两台油压泵加压速率，极大程度改善了人工张拉时两端千斤顶难以同步的弊端。

3.4 具备数据自动输出甚至远程传输功能，电脑输出打印的原始资料相较人工填写资料，更加真实可靠；同时其数据库今后可进行进一步的功能扩展。

3.5 问题：自动程控技术的使用易产生人对设备的依赖，自动化操作使过程中的问题容易被掩盖，不易被人发现。

4 预应力智能张拉设备现场使用重点控制环节

国内目前尚无智能张拉压浆设备的相关标准，特别是自动程控技术的使用易产生人对设备的依赖，自动化操作使过程中的问题容易被掩盖，不易被人发现。如果设备精度不过关、质量不可靠，盲目选用，会给预应力结构造成严重隐患。考虑到此现状，为了确保智能张拉技术发挥出其本身的优势，必须有针对性的制定必要的管理措施弥补该项技术的不足，特别需对以下几个关键人机接口做好控制管理：

4.1 智能张拉设备设备要求

智能张拉设备由液压千斤顶、电动油泵、外接油管、主控电脑、压力传感器、位移传感器构成。

4.1.1 智能张拉使用的液压千斤顶、电动油泵、外接油管为常规张拉工作设备，无反应施工精度的测量功能，应选择满足张拉施工质量安全需要的设备，按设备说明书进行操作。

4.1.2 主控电脑要求：为便携式笔记本电脑，预装智能张拉控制软件，电脑应妥善保管并张拉专用，每工作日将张拉数据库备份，以防数据丢失。

4.1.3 压力传感器要求：压力传感器精度宜达到0.1%FS级，不得低于0.5%FS级。

4.1.4 位移传感器要求：

（1）位移传感器量程应不小于千斤顶行程，并且千斤顶行程和位移传感器量程应满足施工现场一次张拉到位的张拉端预计伸长量的要求。

（2）位移传感器防护等级不低于IP65级。

（3）位移传感器量测精度不大于0.5mm。

4.2 智能张拉设备的内置参数管理

智能张拉设备需要人工将公式、每张拉束的基本参数、试验和计算数据输入电脑，此输入过程必须确保正确，为此设定管理程序并留下痕迹，以备事后核查追溯。

4.2.1 张拉参数设置必须施工员和监理在场，核对确认电脑张拉系统界面内全部设定数据正确，保存后参数界面导入数据库并进入张拉执行阶段，事后输出打印参数设置界面供施工、监理单位签证存档。

4.2.2 智能张拉参数设置要求

（1）张拉前应对以下参数进行录入和检查。

（2）千斤顶回归方程应与“千斤顶-油表”标定记录核对一致。

（3）混凝土张拉强度由试验室提供，并须满足规范和图纸张拉条件。

（4）实测钢绞线弹性模量应与该批钢绞线检测报告数据相符。

（5）实测钢绞线截面面积应与该批钢绞线检测报告数据相符。

（6）理论伸长量数据应与依据最近一期钢绞线参数测算审批的伸长量数据核对一致。

（7）“张拉加载速度”项应根据加压时间不少于300s的要求进行设置，对“系统参数”进行调试，选择合适的张拉加载速度，避免加压过快导致油压相对目标值过度冲高。

（8）用于持荷控制的“变频压力差值”不宜过大，变频加压的油压下限所导致的钢绞线单端回缩量宜限制在3mm以下，最大不超过5mm。

4.3 智能张拉设备数据输出管理

张拉后，智能张拉设备应将张拉成果、参数设置一并输出打印，由施工、监理单位审核签字后存档。

4.4 智能张拉设备的校核

4.4.1 张拉千斤顶和配套压力传感器使用前要按规范规定频率进行标定，取得荷载-油压回归方程。

4.4.2 千斤顶及压力传感器、位移传感器长期不使用或标定时间超过半年或张拉超过200次或在使用中预应力机具设备或仪表出现反常现象或千斤顶检修后，应重新标定。

4.4.3 位移传感器与千斤顶标定的周期和时机同步，除非位移传感器使用说明书有说明则按说明执行，但最长标定时限不超过1年。

4.4.4 智能张拉设备须进行进场校核，主要校核伸长量的实际量测精度，校核数量不少于10束钢绞线，如校核相互误差平均在2%以内，方可准予该设备进场使用。

4.4.5 张拉过程中对位移传感器量测数值应进行定期校核，校核频率为每张拉20片梁即人工量测伸长量校核1片梁，日常发生张拉伸长量与理论伸长量偏差过大时随时进行人工量测校核。

4.4.6 人工校核伸长量的规定

因人工量测伸长量精度理论上粗略于位移传感器量测精度，并增加了人为偶然误差因素，为提高人工校核的精度，应作如下人工校核规定：

（1）每张拉端由两人各持钢板尺量测伸长量，两端张拉时共4人持尺量测。每端两人平行量测，量测伸长值平行误差在1mm之内时可取用该量测数值，超过1mm时数据作废，再次量测。

（2）人工量测在设备每行程持荷结束时进行，由指令人发出量测信号，两端四人同步进行量测，应在尽可能短的时间间隔内（10秒内）量测结束。

5 结束语

智能张拉是后张法预应力施工的必然趋势，随着标准化和规范化的发展需要，将广泛应用到公路、市政桥梁工程、房建工程等基础工程建设中。在推广应用智能张拉工艺过程中应针对张拉设备的选择、智能张拉设备内置参数的设置和管理、数据输出管理、现场校核等重点环节严格控制，理论结合实践，进一步推进后张法预应力张拉规范化。