预应力箱梁智能张拉施工控制

张天喜

(山西长兴路桥工程有限公司，山西长治 046000)

0 引言

预应力智能张拉系统依靠计算机进行智能化操作，实现设备自动运行，系统采用局域网WIFI连接计算机与智能张拉仪，利用计算机自带的无线网卡，通过无线通讯接口与计算机进行数据交换来控制箱梁钢绞线张拉施工过程，彻底改变了以前由人工来控制液压油泵的预应力张拉施工，实现了预应力张拉全过程智能化，不需要人工开泵、人工手动测量伸长值，减少了钢绞线张拉施工关键工序中人为因素的操作，保证了预应力结构安全和耐久性，目前已在全国高速公路全面推广应用。

1 工程概况

我项目部承建的山西省左权至黎城高速公路项目ZL3-4标段位于黎城县黄崖洞镇和西井镇境内，施工范围:主线K46+300～K51+586．188(里程长度5 286 m)、G207 改路(LK0+180～LK0+500)、西井互通连接线(MK0+108～MK1+720)、M匝道(MK1+720～MK2+153．52)、Q 匝道(QK0+000 ～QK0+587．667)、G 匝道(GK1+516．521～GK2+300)。桥梁主要工程量:大桥1 301．5 m/4座，分离式立交173 m/2座，匝道桥381．08 m/5座;共计预制30 m箱梁8片，25 m箱梁176片，20 m箱梁398片。预制箱梁混凝土标号均为C50，普通钢筋采用HPB235和HRB335钢筋，预应力钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa、公称直径d=15．20 mm的低松弛高强度钢绞线，其力学性能指标应符合GB/T 5224-2003预应力混凝土钢绞线的规定。

2 箱梁预应力智能张拉技术工作原理

1)桥梁预应力智能张拉系统主要设备由预应力智能张拉仪、千斤顶、自带无线网卡的强固笔记本电脑、高压油管等组成(见图1)。2)预应力智能张拉系统以应力为控制指标，伸长量误差作为校对指标。系统通过传感技术采集每台张拉设备(千斤顶)的工作压力和钢绞线的伸长量(含回缩量)等数据，并实时将数据传输给系统主机进行分析判断，同时张拉设备(泵站)接收系统指令，实时调整变频电机工作参数，从而实现高精度实时调控油泵电机的转速，实现张拉力及加载速度的实时精确控制。系统还根据预设的程序，由主机发出指令，同步控制每台设备的每一个机械动作，自动完成整个张拉过程，真正实现了预应力张拉应力与伸长量的智能双控。3)智能张拉系统界面采用多种创新性设计，精确控制张拉力值大小，精确测量预应力筋伸长量，实现自动补张，及时校核伸长量误差。无线采集控制，远程监控，便于操作，模块化设计，具有较高可靠性及可维护性。4)智能张拉仪为超高压动力输出装置，它的作用主要是为梁体的张拉装置(千斤顶)提供可靠、稳定的提升动力，具有提升、保压、回程等功能。精准的实现程序设定的命令，通过无线通讯接口与计算机进行数据交换。采用成熟技术确保数据通讯的可靠交互。5)专用千斤顶长度和外径比普通千斤顶小，能减小预留钢绞线的长度，可广泛应用于先张法和后张法的预应力施工。自身附带电子位移传感器，用于千斤顶内杠伸长量的测试(见图2)。其具有精度高、误差小、量程大、移动平顺等特点。自身附带高精度压力传感器，能精准测量千斤顶输出的力值。正常使用情况下，千斤顶所附传感器校验周期为一年。

图1 桥梁预应力智能张拉系统

图2 专用千斤顶

3 预应力智能张拉技术要点

预应力智能张拉施工全过程:准备工作→千斤顶安装→张拉施工。

3．1 准备工作

1)确保准备工作充分:与张拉系统能配套使用的限位板、锚具、电脑(预装Windows XP操作系统，自带无线网络适配器;对于使用网络版的系统，必须配置摄像头)、三相电缆、遮阳伞等必须准备齐全。2)核对专用千斤顶的编号，由于专用千斤顶都在出厂前统一标定，使用时一定要注意对应正确的标定公式，并到当地质量技术监督局重新标定复核。3)打开主控电脑，安装预应力智能张拉系统，进入软件主界面，输入工程信息及梁板张拉参数，确定好待张拉的梁板。4)熟悉《LZ5905预应力智能张拉系统软件使用说明》《LZ5905预应力智能张拉系统安全注意事项》所述内容。

3．2 千斤顶安装

预制箱梁C50混凝土强度达到设计强度的85%，养护时间大于7 d时，即可进行钢绞线张拉施工。智能张拉之前，由试验室压同条件制作、养护的试块，并对箱梁进行强度回弹试验，结果符合设计及规范要求后进行张拉。

1)测量两端钢绞线长度，使两端钢绞线预留长度相同，并满足张拉工作长度要求。2)安装锚具，锚具要准确安装在锚垫板的限位槽内，然后用套管将夹片打紧，使锚具与锚垫板紧密结合。3)安装夹片限位板，限位板要与锚具紧密结合，确保在张拉过程中不发生位移。4)千斤顶安装，起吊千斤顶，使千斤顶轴线方向与限位板及锚垫板顶面方向相垂直，与钢绞线轴线方向平行。5)安装工具锚及工具夹片:工具锚每一孔位与前端锚具每一孔内的钢绞线相对应，并紧贴千斤顶末端，然后安装工具夹片，用套管将工具夹片打紧。

3．3 张拉施工

1)启动张拉程序，智能张拉平台系统发出张拉信号，张拉信号通过电子传感技术传递给智能张拉仪，智能张拉仪控制千斤顶按预先设置的张拉程序对钢绞线进行智能张拉。2)液压油泵通过油管供油到千斤顶张拉油缸内，逐渐加载使油压缓慢上升，加载过程为10%(即计算钢绞线伸长量的起始点)→20%→40%→60%→80%→100%。3)千斤顶在张拉施工过程中，智能张拉系统平台对钢绞线每一张拉阶段的伸长量进行跟踪记录，每一阶段张拉后的活塞伸长值即为钢绞线的伸长量，智能张拉系统随时检查钢绞线实测伸长量与计算伸长量的偏差。4)张拉施工过程中，张拉仪通过智能张拉系统发出的一系列张拉信号控制千斤顶匀速加载、平衡持荷。5)张拉期间，智能张拉系统自动校验钢绞线伸长量数据，若钢绞线实测伸长量与理论计算伸长量相差大于±6%时，智能张拉系统会自动报警，千斤顶停止工作。这种情况发生时，应立即查明原因，待问题解决后再进行下一阶段的张拉工作。

4 预应力智能张拉过程控制

预应力混凝土结构施工无法直观地检查其质量，只能通过“施工过程控制”(即预钢绞线穿束、锚具安装、波纹管定位、张拉设备标定、专业技术人员培训、张拉施工工艺等)来保证预应力张拉施工质量。

4．1 预应力张拉质量控制

1)波纹管定位:波纹管的位置要按照设计图纸给定的坐标采用定位钢筋固定，若波纹管位置与箱梁钢筋相交叉，此时要移动钢筋位置，保证波纹管位置不变。在浇筑箱梁混凝土前，安排专人检查波纹管的密封性，以防在浇筑箱梁混凝土时水泥浆液进入波纹管内，堵塞管道。2)钢绞线穿束严格执行梳编穿束工艺，以防钢绞线穿束时相互缠绕受力不均，两端预留长度应满足张拉工作长度。3)钢绞线张拉时，按设计图纸要求的张拉顺序对每一束钢绞线进行均匀对称张拉，使箱梁整体受力均匀，避免在张拉过程中造成箱梁腹板扭转或侧向弯曲。4)钢绞线张拉达到设计控制力且稳定后方可锚固，确保两夹片相互错位小于2 mm，夹片顶面超出锚具顶面距离小于4 mm。5)钢绞线张拉锚固后，孔道应尽早注浆，且应在48 h内完成，否则应采取避免钢绞线锈蚀的措施。

4．2 预应力张拉安全控制

1)预应力张拉施工现场必须做到安全标志设置醒目，安全防护设施配备齐全，禁止与箱梁张拉工作无关的人员进入张拉现场。2)预应力张拉现场应安排受过专业培训的技术人员进行全面管理，在张拉过程中应密切注意梁板两端千斤顶伸长量，若有异常情况应立即停止一切张拉工作，排除故障后，方可继续张拉。3)确保专用千斤顶支架稳定，以防支架不稳或受力不匀倾倒伤人。4)梁板张拉前，两端2 m范围内设置挡板，张拉过程中，千斤顶正前方严禁站人，以防钢绞线断丝或锚具夹片被拉坏发生重大安全事故。5)钢绞线张拉全部完成，经监理工程师同意后应尽早进行压浆，未进行压浆的箱梁，确保其不受外力碰撞。

5 结语

通过在左黎高速公路ZL3标桥梁施工中，从已完工的200片箱梁张拉数据结果显示，采用预应力智能张拉系统，钢绞线最大伸长量误差在2%以内。减少了普通张拉中人为因素的影响，提高了预应力混凝土箱梁张拉质量，也减少了桥梁运营过程中的维护成本。

［1］王远平，魏剑伟．计算机在预应力混凝土结构张拉中的应用［J］．工程力学，2001(sup):40-41．

［2］陈湘林．桥梁工程预应力混凝土结构施工技术［Z］．2008:10．

［3］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，2005．