CN112131632A - 一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法及系统 - Google Patents

一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法及系统，包括：对不同配合比的浆体进行时间效应下自流速度变化测试试验，得到浆体自流速度随时间的变化关系；通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系；基于上述的变化关系，根据配合比和搅拌时间确定浆体自流速度，基于所述浆体自流速度确定压浆流速，进而确定压浆压力及压浆时间。本发明的浆体流速控制可以在压浆过程中控制压浆质量，弥补了工程中仅能在压浆完成后对密实度进行检测的不足。

Description

一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法及系统
技术领域
本发明涉及预应力混凝土梁波纹管道设计技术领域，尤其涉及一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着交通基础建设规模不断增大，预应力混凝土桥梁的使用数量大幅增加，在后张法预制梁的施工过程中，预应力管道压浆是施工质量控制的关键要素之一，其具有施工期短、隐蔽性强、发生病害后难以修复等特点。根据目前调研结果表明，已建成的一些桥梁由于施工、监管等不严格，预应力管道易发生漏压或压浆不密实等现象，尤其是超长预应力波纹孔道压浆工艺更加复杂，目前仍未有明确的标准规范进行指导，一旦压浆质量达不到标准，钢绞线容易发生锈蚀，最终导致桥梁出现早期开裂、下挠等病害。因此，预应力波纹管道压浆质量问题应引起工程建设的高度重视，确保压浆质量。
针对预应力混凝土桥梁内部孔道压浆质量控制存在的问题，至今为止，国内外还没有形成统一的监测和评价方法。工程中常用的检测方法有很多种，如钻芯取样法、拔出法、回弹法、雷达法以及超声波等方法。其中超声波法、冲击回波法以其无损有效、操作方便、检测结果相对准确等优点被越来越多的应用到工程实践当中。
但是以上的检测方法均是在压浆完成之后进行的检测，对于施工过程中的控制还难以进行有效保证。在压浆过程中应保证浆体的流速大于自流速度，若浆体的流动速度小于自流速度会导致浆体在下降段出现先流现象，先流现象会使波纹管内存在大量气泡严重影响压浆质量，因此压浆施工中浆体流速的控制是十分重要的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法及系统，通过浆体速度控制及自流速度测试，可以在压浆过程中控制压浆质量，弥补了工程中仅能在压浆完成后对密实度进行检测的不足。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，包括：
对不同配合比的浆体进行时间效应下自流速度变化测试试验，得到浆体自流速度随时间的变化关系；
通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系；
基于上述的变化关系，根据配合比和搅拌时间确定浆体自流速度，基于所述浆体自流速度确定压浆流速，进而确定压浆压力及压浆时间。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制系统，包括：
用于对不同配合比的浆体进行时间效应下自流速度变化测试试验，得到浆体自流速度随时间的变化关系的装置；
用于通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系的装置；
用于基于上述的变化关系，根据配合比和搅拌时间确定浆体自流速度，基于所述浆体自流速度确定压浆流速，进而确定压浆压力及压浆时间的装置。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的浆体流速控制可以在压浆过程中控制压浆质量，弥补了工程中仅能在压浆完成后对密实度进行检测的不足。
(2)本发明自流速度测试方法简便，快捷，具有很强的适用性，不仅可用于室内实验室，还可以应用于施工现场。方法简单有效，实用性强，可以大幅度应用于压浆施工。
附图说明
图1是本发明实施例中自流速度测试装置正视图；
图2是本发明实施例中自流速度测试装置俯视图；
图3是本发明实施例中浆体流动范围测量示意图；
图4是本发明实施例中自流速度测试曲线图；
图5是本发明实施例中压浆流速与压浆压力关系曲线；
图6(a)-(c)分别是本发明实施例中30m、90m以及150m波纹管压浆流速与压浆时间关系曲线；
图7是本发明实施例中施工指导流程图；
其中，1.锥桶；2.锥桶撑脚；3.阀门；4.锥桶出浆口；5.尺度板；6.可调节支腿；7.水准气泡；8.浆体。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，包括：
对不同配合比的浆体进行时间效应下自流速度变化测试试验，得到浆体自流速度随时间的变化关系；
通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系；
基于上述的变化关系，根据配合比和搅拌时间确定浆体自流速度，基于所述浆体自流速度确定压浆流速，进而确定压浆压力及压浆时间。
其中，压浆流速是压浆过程中浆体在波纹管内的流速；浆体自流速度，即浆体自然流速，指的浆体在仅在重力作用下的自流速度。
本实施例中，通过浆体自流速度试验，绘制浆体自流速度随时间变化的曲线，分析时间对浆体自流速度的影响规律，最后对测试数据进行数据拟合；
通过Fluent数值分析得到压浆流速-压浆压强拟合公式与压浆流速-压浆时间拟合公式，结合试验结果得到最小压浆压力及最长压浆时间。
具体地，自流速度测试方法中选取了不同水胶比下的浆体进行测试，测试步骤如下：浆体拌合好后将浆体倒入锥桶1中，测试锥桶1内的浆体流至平面的最大流动直径与流动时间，根据流动时间与最大流动直径计算浆体的自流速度；计算公式如下：
Figure BDA0002659384030000051
式中：V0为浆体自流速度，单位m/s；T为浆体自流动时间，单位s；D为浆体的最大流动直径。
其中，参照图1-图2，浆体自流速度测试装置主要包括锥桶1与尺度板5。锥桶1下方设有锥桶出浆口4，该处安装控制阀门3，锥桶1内有标准刻度用于测量锥桶内浆体的液面高度；尺度板5放置于地面上，将锥桶1通过锥桶撑脚2固定于尺度板5上，尺度板5上方有1cm×1cm的标准网格用于测量浆体流动直径，尺度板5四个角落有可调节支腿6，尺度板5上方有水准气泡7。尺度板5上方有横向和纵向两种水准气泡7，通过调节尺度板5下方的支腿保证尺度板5的水平。
测试开始时打开锥桶1下方的阀门3并开启计时器，浆体8停止流动时停止计时，测量此时浆体8的最大流动直径。
参照图3，测量浆体8流动的最大直径时，首先查取标定板浆体流动范围内横向与纵向网格的数量，若浆体8边缘部分未占满整个单元网格用游标卡尺测量浆体边缘至就网格线的距离。统计横向与纵向网格数量计算浆体8流动的最大直径。
本实施例中，每隔5min测试一组数据，对同一种水胶比的浆体测试了6组数据。测试5种不同的配合比，共测试30组数据，对所有测试数据进行公式拟合，拟合曲线如图4所示。
将所得到的30组数据进行公式拟合，得到不同水胶比下浆体的自流速度随时间变化的计算公式。
V0＝0.021-0.000059t0-0.001/m2(2)式中：V0为浆体自流速度，单位m/s；t0为浆体拌合完成至测试时间，单位min；m为水胶比。
通过Fluent建立30m、90m、150m三种长度的数值模型，分析计算结果得到压浆流速-压浆压强关系曲线与压浆流速-压浆时间关系曲线如图5、图6(a)-(c)。
Fluent数值分析结果拟合得到压浆流速-压浆压强拟合公式如下：
Figure BDA0002659384030000061
式中:p为压浆压强，单位MPa；V为压浆流速，单位m/s。
Fluent数值分析结果拟合得到流速-压浆时间拟合公式如下：
Figure BDA0002659384030000071
式中:t为压浆时间，单位s；V为压浆流速，单位m/s。
结合浆体自流速度试验与数值分析结果用于指导压浆施工，施工指导流程如图7所示。
考虑到实际施工中存在浆体不能即拌即用，既浆体搅拌好到实际压入波纹管存在时间差t0，且工程实际施工中已知压浆料的水胶比m。可根据实际施工中的m、t0结合本研究中浆体的粘度及自流速度拟合公式得到浆体的自流速度V0，压浆流速至少考虑2倍的安全系数。进一步的，结合压强与时间的计算公式可得到实际工程中的最小压浆压强p及压浆时间的限值t。
上述浆体自流速度测试方法对应以下具体操作方法：
(1)将标定板放置于地面上，把锥桶1放在标定板的中心位置；
(2)通过调节标定板四个角落的支腿，使标定板上方的横向水准气泡7位与纵向水准气泡7位于指定范围之内，使标定板严格处于水平状态；
(3)关闭锥桶1下方的阀门3，向锥桶1内倒入搅拌好的浆体，当浆体液面到达1725ml刻度线时停止倒入，将锥桶1下方的阀门3开至最大，并同时打开计时器用于记录浆体流动的时间；
(4)当浆体停止流动时停止计时测量浆体的最大流动直径：测量浆体流动直径时首先查取标定板浆体流动范围内网格的数量，若浆体边缘未占满整个单元网格用游标卡尺测量浆体边缘至就近网格线的距离。查取网格后计算浆体流动的最大直径。
(5)测试完成后用清水清洗锥桶1与标定板，清洗完成后用干燥毛巾将仪器擦拭干净。
(6)测量浆体自流速度随时间的变化规律，需要对浆体进行多次测量，多次测量时重复步骤(1)至步骤(5)即可。
表1试验测试数据(单位：m/s)
Figure BDA0002659384030000081
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制系统，包括：
用于对不同配合比的浆体进行时间效应下自流速度变化测试试验，得到浆体自流速度随时间的变化关系的装置；
用于通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系的装置；
用于基于上述的变化关系，根据配合比和搅拌时间确定浆体自流速度，基于所述浆体自流速度确定压浆流速，进而确定压浆压力及压浆时间的装置。
需要说明的是，上述装置的具体实现过程采用实施例一中的方式实现，不再赘述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，其特征在于，包括：
对不同配合比的浆体进行时间效应下自流速度变化测试试验，得到浆体自流速度随时间的变化关系；
通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系；
基于上述的变化关系，根据配合比和搅拌时间确定浆体自流速度，基于所述浆体自流速度确定压浆流速，进而确定压浆压力及压浆时间。
2.如权利要求1所述的一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，其特征在于，得到浆体自流速度随时间的变化关系的方法具体为：
浆体拌合完成后，将浆体倒入锥桶中，测试浆体流完全至尺度板的最大流动直径与流动时间，根据流动时间与最大流动直径计算浆体自流速度；每间隔设定时间测试一次数据，拟合得到不同配合比下，浆体自流速度随时间的变化关系。
3.如权利要求2所述的一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，其特征在于，根据流动时间与最大流动直径计算浆体自流速度，具体为：
Figure FDA0002659384020000011
其中，V0为浆体自流速度；T为浆体自流动时间；D为浆体的最大流动直径。
4.如权利要求2所述的一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，其特征在于，每隔设定时间测试一组数据，对同一种水胶比的浆体测试N组数据；测试M种不同的配合比，共测试N×M组数据，对所有测试数据进行公式拟合，得到不同配合比下浆体自流速度随时间的变化关系曲线。
5.如权利要求2所述的一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，其特征在于，考虑实际施工中的压浆料水胶比和浆体搅拌好到实际压入波纹管的时间差，结合浆体的粘度及浆体自流速度随时间的变化关系，得到浆体自流速度。
6.如权利要求1所述的一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，其特征在于，通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系，具体过程包括：
通过Fluent数值分析结果拟合得到压浆流速-压浆压强拟合曲线和压浆流速-压浆时间拟合曲线。
7.如权利要求6所述的一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法，其特征在于，通过Fluent建立不同波纹管长度的数值模型，根据数值模型计算结果绘制压浆流速与压浆压强的关系曲线，分析并得到压浆流速与压浆压强的拟合公式；同样通过Fluent分析计算结果得到压浆流速与压浆时间的曲线及拟合公式。
8.一种预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制系统，其特征在于，包括：
用于对不同配合比的浆体进行时间效应下自流速度变化测试试验，得到浆体自流速度随时间的变化关系的装置；
用于通过数值分析得到压浆流速与压浆压力之间的变化关系以及压浆流速与压浆时间之间的变化关系的装置；
用于基于上述的变化关系，根据配合比和搅拌时间确定浆体自流速度，基于所述浆体自流速度确定压浆流速，进而确定压浆压力及压浆时间的装置。
9.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的预应力波纹管道压浆施工时间精细化控制方法。
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CN115506221A (zh) * 2022-09-08 2022-12-23 中电建路桥集团有限公司 一种可控制梁孔道压浆饱满度的预制箱梁
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