CN102922601A

CN102922601A - 一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法

Info

Publication number: CN102922601A
Application number: CN2012103815984A
Authority: CN
Inventors: 张庆华; 周勇军; 石雄伟; 郭英
Original assignee: Changan University; China Railway 12th Bureau Group Co Ltd; Third Engineering Co Ltd of China Railway 12th Bureau Group Co Ltd
Current assignee: Changan University; China Railway 12th Bureau Group Co Ltd; Third Engineering Co Ltd of China Railway 12th Bureau Group Co Ltd
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: CN102922601B

Abstract

本发明涉及桥梁后张法预制梁施工领域，具体为一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法，解决现有桥梁预应力张拉控制误差大、伸长值测量不准确等问题，锚具与预制梁之间预埋锚下传感器，通过梁端锚下传感器的实测张拉应力值与油压表的理论张拉应力值计算误差值，并判断该误差是否在误差范围内，最终给出建议是否进行补张工作或停止张拉，同时计算预应力钢束的实际伸长量与理论伸长量的误差值，采用同样方法判断是否进行补张或停止张拉，真正实现了预应力张拉的双控，可减少施工过程中人为因素的影响，有助于预制梁施工质量的提升，其特点是精确、稳定、可控、自动、安全，操作方便、维护量少，经济效益高，满足桥梁预应力张拉工艺要求，适用范围广。

Description

一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法

技术领域

本发明涉及桥梁后张法预制梁施工领域，具体为一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法。

背景技术

后张法预应力混凝土结构在实际工程中应用广泛。在预制梁的张拉过程中一般是通过控制油泵压力表读数和预应力钢束的伸长量来保证预应力的张拉效果，由于综合因素的影响，张拉时预应力会有一些损失，使得结构的实际永存预应力与理论值有一定的差距，因而导致梁体内永存有效预应力是个未知量，从而为以后的使用埋下安全隐患。此外，预应力混凝土（PC）梁一般重视工后的施工质量评价，预应力张拉施工过程中仅依靠张拉控制力换算的油表读数和钢束伸长量来进行质量控制，误差较大。PC梁在张拉施工过程中主要存在以下技术问题：

（1）张拉力控制误差过大

张拉力值的准确与否直接决定预应力工程质量的好坏。传统预应力张拉工艺按照设计确定的张拉控制应力来进行张拉施工，张拉过程中通过标定千斤顶-油表液压系统，人工读取油压表的读数来控制张拉力，因此不可避免地存在以下缺陷；

①压力表的读数人为误差较大，压力表读数不稳定，读数速度慢；

②压力表读数后，需反换算才能知道实际张拉力的大小，不能形成张拉力的直观概念，对控制张拉操作不方便；

③加压操作控制误差大，油表读数分辨率低，很难精确控制张拉力。

（2）张拉伸长值测量不准确

在传统的张拉施工中，预应力筋伸长值普遍由人工采用钢尺测量，存在着读数误差大，测量过程慢，人为影响因素大，信息反馈不准确，可信度低等问题，另外一方面，计算伸长量初始应力取为张拉控制应力的15%，该阶段各种预应力损失较大，且该控制应力很难维持在一个稳定阶段，与真实的15%应力有一定误差，利用该传统方法进行伸长量的推算也有一定的偏差。

（3）难以实现张拉力和张拉伸长量的双重同步控制

对于预应力张拉过程的复杂性，预应力张拉都采用张拉力和伸长值的双重控制法，以保证设计预应力的准确有效和结构后期的安全正常使用，在传统的预应力张拉工艺中，张拉伸长值是在压力表读数达到预定值后，再由人工用钢尺测量得到的，油压表和预应力筋伸长值的测量由不同的人、分工后操作完成。此时如果张拉伸长值超过规范的要求，没有补救措施，这就意味着该预应力构件不能按照设计时预期的受力状态工作。因此现有的预应力张拉工艺无法实现张拉力和张拉伸长值准确的双重控制，基本上是以张拉力为主，伸长量进行校核。

（4）张拉设备需频繁标定、标定结果很难保持

施加预应力所用的机具和表面粗糙度不同，密封圈和防尘圈松紧程度不同，造成千斤顶内摩擦阻力不同，而且摩擦会随油压高低、使用时间的变化而改变。因此，千斤顶要和张拉中使用的油压表、有关设备仪器等仪器进行配套标定。在新千斤顶初次使用前、连续操作300次或更换结构施工部位时、千斤顶油压表和油管进行过更换或维修、停放六个月不用时都必须重新标定。不仅增加建设成本，而且降低工作效率。

（5）现有智能张拉设备无法获知锚下混凝土压应力及预应力损失的变化规律

目前市场上也有部分智能张拉灌浆设备，都是各单位针对自己单位特点研发，虽然自动化程度较高，在和自动化张拉和同步性方面取得了显著成果，但是缺乏对施工操作的有效信息反馈，无法真实的获知张拉过程中锚下混凝土压应力及预应力损失的变化规律，而且没有考虑各预应力束张拉到位、千斤顶回油后锚圈口的预应力损失量，使得预应力损失和锚口摩擦损失等方面与设计值有较大偏差，使得结构的实际永存预应力是个未知数，如果在施工过程中因张拉误差导致预应力不足，则会为结构后续使用埋下安全隐患。

发明内容

本发明为了解决现有桥梁预应力张拉控制误差大、伸长值测量不准确、缺乏对施工操作的有效信息反馈导致无法真实获知锚下混凝土压应力及预应力损失的变化规律等问题，提供一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法，包括以下步骤：（1）在锚具与预制梁之间预埋锚下传感器及与其连接的综合测试仪，锚下传感器与锚垫板对中；（2）安装锚具和夹片，安装包含张拉千斤顶、油压表、油泵的预应力张拉系统，并保证两者对中；（3）张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的30%，记下油压表的压力值a读数和千斤顶的伸长量L₃，并及时输入计算机系统；通过综合测试仪测试锚下传感器的压力值b，并及时输入计算机系统；（4）张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的50%，记下油压表的压力值a读数和千斤顶的伸长量L₂，并及时输入计算机系统；通过综合测试仪测试锚下传感器的压力值b，并及时输入计算机系统；（5）张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的100%，记下油压表的压力值a读数和千斤顶的伸长量L₁，并及时输入计算机系统；通过综合测试仪测试锚下传感器的压力值b，并及时输入计算机系统；（6）预应力钢束张拉到不同应力等级30%、50%、100%时，计算机系统根据下列公式①：(a-b)/b分别计算锚下传感器的压力值与油压表的压力值的误差值，并判断该值是否在±5%的误差范围之内，如果该值小于误差范围，通过油压表和千斤顶系统进行二次补张，使其达到规定的误差范围；如果该值大于误差范围，立即停止张拉，找出张拉过程中可能存在的施工原因；（7）预应力钢束张拉到不同应力等级30%、50%、100%时，根据下列公式②：L_实测1=（L₁-L₂）+2.5（L₂-L₃）计算预应力钢束的实际伸长量，计算机系统然后根据公式③：

计算预应力钢束的实际伸长量与理论伸长量的误差值，并判断该值是否在规范规定的误差范围之内，如果该值小于误差范围，通过油压表和千斤顶进行二次补张，使其达到规范规定的误差范围；如果该值大于误差范围，立即停止张拉，找出张拉过程中可能存在的施工原因。

为了得出钢束预应力最大张拉控制力值，本发明张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的100%，持续稳定张拉应力5分钟，油压系统回油释放千斤顶压力，通过综合测试仪测试油压表回油前锚下传感器的读数以及油压表回油后锚下传感器的读数，计算机系统计算锚圈口的预应力损失量，与规范进行对比后确定是否进行超张拉。

上述计算机系统可采用PLC可编程控制器为核心，PLC可编程控制器HMI人机界面连接，可实时采集油压表的压力值a读数、锚下传感器的压力值b以及千斤顶的伸长量L，并及时对这些数据进行传输、处理、显示、记录及存储。

上述过程中所述规范为《公路桥涵施工技术规范》，这是本领域普通技术人员所熟知的。

本发明所述预应力张拉控制及反馈方法以应力和伸长量同时作为预应力张拉效果的判定准则，其工作原理如下：

首先在锚具与预制梁之间预埋锚下传感器，与传统技术相比，为内置式传感器，首先可直接采集梁体锚下的真实应力，这是实现预应力张拉控制最关键的前提，系统分阶段（张拉应力的30%、50%、100%、持荷、锚固）通过传感技术（锚下传感器）采集张拉设备（千斤顶）传递给预制梁的工作压力以及千斤顶的行程数据（伸长量），及时输入编制的计算机系统进行张拉力和伸长量的数据预分析，根据计算机系统的计算结果，可以给出各阶段的锚下真实应力，也可以分析张拉过程中预应力的损失规律，不需要单独进行锚圈口损失试验就可以直接得出真实张拉应力。通过梁端锚下传感器的实测张拉应力值与油压表所显示的理论张拉应力值计算误差值，并判断该误差是否在±5%的误差范围之内，最终给出建议是否进行补张工作，如果该值小于误差范围，通过油压表和千斤顶系统进行二次补张，使其达到规定的误差范围，从而提高张拉精确度；如果该值大于误差范围，立即停止张拉，找出张拉过程中可能存在的施工原因，指导后续张拉施工。同时，依据实际的张拉机具在预应力损失方面的特点，通过计算机的分析结果，可以采用不同方法进行计算预应力钢束的实际伸长量，然后计算预应力钢束的实际伸长量与理论伸长量的误差值，采用上述预应力张拉控制的方法判断是否进行补张或停止张拉，实现精确双控。

与传统的张拉方法相比，本发明所述预应力张拉控制及反馈方法可以实时获取梁体锚下有效预应力，在张拉及锚固的整个施工过程中能反映预应力损失规律，进而反馈施工，及时采取措施保证预应力张拉效果，并依据实际的张拉机具特点给出张拉伸长量的一种辅助计算方法，可现场进行伸长量与理论计算量的对比，真正的实现了预应力张拉的双控，可减少施工过程中人为因素的影响，有助于预制梁施工质量的提升，其特点是精确、稳定、可控、自动、安全，操作方便、维护量少，经济效益高，满足桥梁预应力张拉工艺要求，适合在建高速铁路和公路桥涵制梁场推广使用，便于进行桥梁预应力张拉质量监控和作业量统计等管理工作。目前在阳泉～左权高速公路ZB5标段两个梁场均采用了该预应力张拉控制及反馈方法，经实践验证，预应力施工质量上了一个台阶，今后将继续大力推广该预应力张拉工艺，确保桥梁质量。

具体实施方式

一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法，包括以下步骤：

（1）在锚具与预制梁之间预埋锚下传感器及与其连接的综合测试仪，锚下传感器与锚垫板对中；锚下传感器可采用JMZX-3108AT智能弦式数码压力计，是一种穿心式（空心）多弦压力传感器，又称锚索计。适用于张拉千斤顶的力值校准，适应长期监测和自动化测量。该款压力传感器为智能温度型，传感器内部记忆了传感器编号、标定值等参数，可直接和快速显示和记录测量力值，并根据测量温度进行校正量力值。综合测试仪采用JMZX－3006（六弦）综合测试仪，是一种便携式、多功能、智能读数仪。该系列仪器均能对钢弦传感器、电感调频类传感器、半导体温度传感器进行测量，配接的JMLB-20手动集线箱可组成多点测量系统。该测试仪具有检测速度快、精度高、使用简单方便等特点。仪器体积小、重量轻，采用可充电电池供电，使用携带极为方便。

（2）安装锚具和夹片，安装包含张拉千斤顶、油压表、油泵的预应力张拉系统，并保证两者对中；

（3）张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的30%，记下油压表的压力值a读数和千斤顶的伸长量L₃，并及时输入计算机系统；通过综合测试仪测试锚下传感器的压力值b，并及时输入计算机系统；

（4）张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的50%，记下油压表的压力值a读数和千斤顶的伸长量L₂，并及时输入计算机系统；通过综合测试仪测试锚下传感器的压力值b，并及时输入计算机系统；

（5）张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的100%，记下油压表的压力值a读数和千斤顶的伸长量L₁，并及时输入计算机系统；通过综合测试仪测试锚下传感器的压力值b，并及时输入计算机系统；

（6）预应力钢束张拉到不同应力等级30%、50%、100%时，计算机系统根据下列公式①：(a-b)/b分别计算锚下传感器的压力值与油压表的压力值的误差值，并判断该值是否在±5%的误差范围之内，如果该值小于误差范围，通过油压表和千斤顶系统进行二次补张，使其达到规定的误差范围；如果该值大于误差范围，立即停止张拉，找出张拉过程中可能存在的施工原因。

（7）预应力钢束张拉到不同应力等级30%、50%、100%时，根据下列公式②：L_实测1=（L₁-L₂）+2.5（L₂-L₃）计算预应力钢束的实际伸长量，计算机系统然后根据公式③：

计算预应力钢束的实际伸长量与理论伸长量的误差值，并判断该值是否在规范规定的误差范围(±6%)之内，如果该值小于误差范围，通过油压表和千斤顶进行二次补张，使其达到规范规定的误差范围；如果该值大于误差范围，立即停止张拉，找出张拉过程中可能存在的施工原因。

计算机系统可采用PLC可编程控制器为核心，PLC可编程控制器HMI人机界面连接，可实时采集油压表的压力值a读数、锚下传感器的压力值b以及千斤顶的伸长量L，并及时对这些数据进行传输、处理、显示、记录及存储。

以尖沟大桥右幅5-2的25米箱梁（中跨中梁）为例进行说明：

分级张拉时锚下传感器压力值b和油压表的压力值a

各预应力束张力到不同应力等级（15%、30%、50%、100%）时锚下传感器压力与油压表压力对比如表1所示：

表:1尖沟大桥右幅5-2号预制梁张拉预应力筋时锚下传感器实测值与油压表比较

由此可见，在预应力张拉等级较低时，比如15%，锚下传感器的压力值与油压表的压力值误差值较大时，即超过10%时，此时用油压表的压力值去计算预应力伸长量是有一定误差的，当锚下传感器的压力值与油压表的压力值误差值小于或等于10%时，可根据通用公式②计算预应力钢束的实际伸长量。

（2）预应力刚束的实际伸长量与千斤顶的理论伸长量的对比

根据（1）的结果，锚下传感器的压力值与油压表的压力值误差值较大时，本发明提出了一种伸长量的辅助计算方法，即用公式②来进行钢束的实际伸长量计算，其结果见表2。

表2 尖沟大桥右幅5-2预制梁计算千斤顶的理论伸长量与实际伸长量比较

（3）锚圈口的预应力损失

各预应力束张拉到位后，持续稳定张拉应力5分钟，油压系统回油释放千斤顶压力，通过综合测试仪测试油压表回油前锚下传感器的读数以及油压表回油后锚下传感器的读数，如表3所示，计算锚圈口的预应力损失量

表3 尖沟大桥右幅5-2号预制梁张拉预应力筋结束时千斤顶回油的预应力损失

由此可见，回油后锚下有效压力值损失最大达到14%之多，与规范进行对比后建议超张拉5%。

Claims

1.一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法，其特征是包括以下步骤：

（1）在锚具与预制梁之间预埋锚下传感器及与其连接的综合测试仪，锚下传感器与锚垫板对中；

（6）预应力钢束张拉到不同应力等级30%、50%、100%时，计算机系统根据下列公式①：(a-b)/b分别计算锚下传感器的压力值与油压表的压力值的误差值，并判断该值是否在±5%的误差范围之内，如果该值小于误差范围，通过油压表和千斤顶系统进行二次补张，使其达到规定的误差范围；如果该值大于误差范围，立即停止张拉，出张拉过程中可能存在的施工原因；

2.根据权利要求1所述的一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法，其特征是张拉预应力钢束至设计锚下控制应力的100%，持续稳定张拉应力5分钟，油压系统回油释放千斤顶压力，通过综合测试仪测试油压表回油前锚下传感器的读数以及油压表回油后锚下传感器的读数，计算机系统计算锚圈口的预应力损失量，与规范进行对比后确定是否进行超张拉。

3. 根据权利要求1所述的一种桥梁预应力张拉控制及反馈方法，其特征是所述计算机系统可采用PLC可编程控制器为核心，PLC可编程控制器HMI人机界面连接。