国家会展综合体的预应力混凝土梁的智能张拉技术

汪继恕

（上海同吉建筑工程设计有限公司，上海市 200092）

0 引言

预应力混凝土已广泛应用于建筑结构、桥梁、地下结构、海洋工程、核工程以及其他特种工程领域，其中预应力筋的张拉做为预应力混凝土工程施工质量控制的关键一环，倍受重视。目前预应力筋的张拉常用方法均是通过人工手动操作进行，易受人员、设备等因素的影响，具有居多缺点：张拉力控制误差过大；预应力筋的张拉伸长值测量不准确；无法准确确定锚固回缩；张拉锚固前持荷的环节无法控制等[1-4]。

预应力智能张拉系统通过计算机软件控制油泵，可实现张拉的数字化控制；千斤顶缸长的伸长值及梁的变形值采用超声传感器自动读取并记录，提高了测量的精准性。

1 工程概况

中国博览会会展综合体(北块)位于上海市西部，用地面积85.6 hm2。总建筑面积约147万m2，其中地上建筑面积127万m2，地下建筑面积20万m2，建筑高度43 m，见图1。建成后的会展综合体可以提供53万m2的展览空间，其中包括10万m2室外展场，将成为世界上规模最大、最具竞争力的国际一流会展综合体，作为新时期我国商务发展战略布局的重要组成，将在拓展世界市场和国际贸易、展现国家综合实力中发挥重要作用[5]。中国博览会会展综合体由 A、B、C、D、E、F六个区组成，其中A、C、D三个展区结构形式相同，展厅柱网为27 m×36 m，周边设备用房框架柱距约9 m。展厅楼盖的额结构形式采用有粘结预应力混凝土框架结构，预应力混凝土梁采用正向交叉布置，中柱截面尺寸为1 800mm×1 800mm，框架梁截面为1 800mm×2 650 mm，一级次梁截面为600 mm×2 500 mm，二级次梁截面为300mm×900mm，板跨为4.5m×4.5 m，板厚为180 mm。36 m方向框架梁预应力配筋为144φs15.2，采用12×12φs15.2形式布置；27m方向框架梁预应力配筋为96φs15.2，采用8×12φs15.2形式布置。其中C区与D区部分预应力框架梁采取了预应力智能张拉系统进行预应力钢绞线的张拉和数据采集工作。

图1 国家会展中心效果图

2 预应力智能张拉系统[6]

预应力混凝土结构中预应力筋的张拉施工控制基本上都采取“张拉应力控制为主、预应力筋伸长值为辅”的做法，即在预应力混凝土施工过程中要求预应力筋的张拉控制力必须严格准确的按照设计要求取值，预应力筋的伸长值控制在一定范围内，如 GB50204-2002（2011版）中规定：预应力筋的实际伸长值与计算伸长值的偏差不应超过。预应力智能张拉系统中该预应力张拉控制力可直接输入系统软件中，待张拉设备安装工作完成之后，启动张拉控制按钮后，预应力筋张拉将自动进行，同时系统将自动采集数据，数据包括张拉力和缸体位移，每秒采集数据一次。该套安全可靠，性能稳定，综合精度0.15%FS，见图2。

图2 预应力张拉流程图

以36m跨度方向的预应力混凝土框架梁的一束预应力钢绞线为例，该束钢绞线由12根1 860级钢绞线组成，钢绞线的抗拉强度标准值fptk=1 860MPa，设计要求进行单端张拉，张拉断采用夹片式群锚体系，锚固端采用挤压锚，设计的张拉控制应力为0.7 fptk即1 302 MPa，单根钢绞线截面面积为140 mm，对应的张拉控制力为2 187 kN。在张拉过程中由于千斤顶缸体位移达到极限时，张拉力仍未达到张拉控制力，故发生一次倒缸。其张拉全过程曲线见图3，该曲线图由智能张拉系统自动生成，且原始数据由系统自动采集保存于本地电脑或通过远程网络存储于专用数据库，以备复检。

2.1 实测张拉伸长值和锚固回缩值分析

由于本次张拉进行了一次倒缸，为准确得到钢绞线的伸长值以及锚固回缩值，需对数据进行初步的处理，即再次张拉的线性阶段和放张阶段直接平移到倒缸回油前线性阶段的张拉力最大值处，即可得到假设不需倒缸的张拉全过程的张拉力-缸体位移曲线，见图4。

预应力筋的伸长值做为预应力施工的一个关键指标，其与预应力筋的长度、预应力筋的线型状态、预应力张拉控制力等均有关，目前的施工水平很难保证预应力筋的实际伸长值完全吻合理论计算的伸长值，故规范提出了实际伸长值与计算伸长值的合理偏差范围。由于预应力钢绞线在张拉前处于不受力的自由状态，故钢绞线的实际张拉伸长值应该从钢绞线受力绷紧后计，即放张前的缸体的总位移扣除钢绞线由自由状态至绷紧时缸体位移即为钢绞线的实际伸长值。图3全过程的张拉力-缸体位移曲线中，选取线性段，进行线性回归，拟合得该段的线性函数y=10.767x-400.18（其线性相关系数R2=0.999 2）该线性函数在X轴上的截距即为钢绞线由自由状态至绷紧时缸体位移，计算可得为37.2 mm，从图4可直接读出放张前缸体总位移为252 mm，从而计算出该束钢绞线的实际伸长值为252-37.2=214.8 mm。

所谓锚固回缩值是指由于锚具的变形和预应力筋内缩值，在预应力混凝土结构设计中该值做为预应力损失计算时的一个重要参数，在传统张拉工序中锚固回缩值很难准确获得，但智能张拉系统能实时记录张拉数据，该回缩值即为放张前缸体位移与放张结束后的缸体位移的差值。

2.2 智能张拉分析结果

由于本工程中预应力混凝土梁数量众多，此处仅选取36 m方向的一跨预应力混凝土框架梁的张拉数据列于表1、表2中，选取的梁编号为YKL-X1，其预应力筋束编号见图5。

由表1、表2可知：

预应力力筋束的实测伸长值大都小于理论值，但相对误差不超出了《混凝土结构工程质量验收规范》（GB50204-2002 2011版）中6%的限值，能满足规范要求。

表1 YKL-X1张拉数据（1～6束）

表2 YKL-X1张拉数据（7～12束）

图5 YKL-X1梁预应力筋编号

实测的锚固回缩值大都超出了《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第 10.2.2条建议的6～8 mm范围，最大的相对误差约为11.3%，施工时将此值反馈给设计单位，设计单位对预应力损失进行了重新计算。

3 结论

预应力智能张拉系统与传统预应力筋张拉工艺相比具有如下特点：

（1）油泵由软件控制，实现了张拉的数字化控制；

（2）千斤顶的缸体位移采用超声传感器自动读取并记录，提高了测量的精准性；

（3）实测数据自动采集并记录，排除人为因素；

（4）数据上传到互联网，用户可以在办公室和家里通过互联网监控预应力的张拉施工过程，可向第三方提供实时监控的视窗；

（5）能自动生成施工报表，便于施工资料的整理。

该套张拉系统的推广使用给预应力混凝土工程的施工带来新的思路，也拓展了预应力施工技术的发展空间。

[1]CECS 180:2005,建筑工程预应力施工规程[S].

[2]GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[3]GB50204-2002 2011,混凝土结构工程施工质量验收规范版[S].

[4]DG/TJ08-235-2012,后张预应力施工规程[S].

[5]同济大学.中国博览会会展综合体（北块）健康监测报告[R].2014.

[6]上海同吉建筑工程设计有限公司.预应力智能张拉程控系统使用说明V1.0[Z].2013.