预应力智能张拉系统在预制箱梁中的应用

刘新宏

（石家庄市三环路管理处，河北 石家庄 050010）

1 预应力智能张拉系统工作原理

预应力智能张拉系统是通过计算机数控自动化系统对梁体预应力张拉进行精确控制，是目前我国最先进的预应力张拉工艺，系统主要由系统主机、预应力智能张拉仪（油泵）和专用千斤顶三个部分组成。系统主机收集专用千斤顶的压力及位移数值后进行分析处理，通过无线调控油泵电机转速，实现对张拉力和加载速度的精确控制，并自动生成张拉记录。系统结构示意图如图1所示。

图1 预应力智能张拉系统结构示意图

2 预应力智能张拉系统主要功能与特点

预应力智能张拉系统与传统的张拉方式相比具有无可比拟的优势，能有效提高桥梁预应力张拉的施工质量，使桥梁预应力结构建立更有效的预应力体系，降低桥梁寿命周期成本，它具有以下几个主要功能与特点。

2.1 实现了桥梁张拉工序的智能控制，减少了人工操作和施工环境的影响，分级张拉停顿点、加载速率、持荷时间、张拉同步等张拉控制要素更加符合桥梁设计及施工规范要求，有效地避免了预应力损失，使梁体质量更加安全可靠。

2.2 精确控制施加预应力，将误差由传统张拉的±15%缩减为±1%。2011版《公路桥涵施工技术规范》（以下简称“2011版桥规”）中规定“张拉力控制应力的精度宜为±1.5%”，旧规范中对此未做出明确规定，而人工张拉操作精度仅为±15%左右。

2.3 及时采集、校核钢绞线伸长值数据并计算偏差是否在±6%内，并有提示预警系统，更有效地实现了伸长值对控制应力的校核作用，即预应力张拉的“双控”。

2.4 系统主机控制两台或多台千斤顶同时、同步对称张拉，实现多顶对称同步张拉。旧规范中对预应力的张拉同步精度没有做出量化要求，2011版桥规规定“各千斤顶之间同步张拉力的允许误差为±2%”。传统张拉方式的多顶同步性靠人工通讯交流信息，手动操作油泵控制，不可能达到此要求。

2.5 2011版桥规要求达到控制应力后，持荷5min，旧规范要求为2min。传统人工操作由于加油不稳的原因容易造成持荷操作不符合规范要求的结果，智能张拉系统张拉力均衡稳定，可有效达到持荷时间要求。

2.6 自动生成张拉过程文字报表，对张拉工序实现真实溯源。并有远程实时监控功能，方便工程管理。

3 工程应用

3.1 工程概况

正定机场高铁站至航站楼道路工程是河北省政府批准的连接京石客运专线与机场的主干道，是构建空地运输衔接网络的重要组成部分。其中跨机场路（S303）采用菱形互通立交形式，与机场路交角为120°，全桥共计8孔，上部结构采用8×25m预应力混凝土先简支后连续箱梁结构，全桥2联。

预制箱梁纵向底板腹板对称布置N1（5根钢绞线）、N2（5根钢绞线）、N3（4根钢绞线）共6束φs15.24钢绞线。箱梁纵向顶板连续段布置负弯矩T1（5根钢绞线）共2束,T2（5根钢绞线）共1束,T3（4根钢绞线）共2束φs15.24钢绞线，正负弯矩钢束张拉均采用双控，锚下控制应力为0.75fpk，即张拉控制应力为δYK=0.75RYb=0.75×1860=1395MPa。 正负弯矩均采用预应力智能张拉系统进行张拉，两台250T双端张拉。箱梁正弯矩采用OVM15-4、15-5型系列锚具及配件，负弯矩采用BM15-4、15-5扁锚及配件，管道采用塑料波纹管

3.2 智能张拉主要技术要求

智能张拉对梁体强度、张拉顺序及张拉步骤等的技术要求和传统张拉没有差别，具体包括以下几个方面：

3.2.1 砼强度要求

梁体实际砼强度达到100%设计强度后方可张拉。

3.2.2 张拉顺序

预应力钢绞线采用分批对称同步张拉，为避免产生过大的偏心受压，预制箱梁采用2台千斤顶在两端同步对称张拉。张拉先后顺序为张拉箱梁纵向底板腹板钢绞线，按照张拉顺序为N1左、N1右、N2左、N2右、N3左、N3右；在安装预制箱梁并浇注连续段和湿接缝后方可张拉顶板负弯矩钢绞线T1、T2、T3。

3.2.3 张拉控制步骤

张拉控制步骤为：0→10%δcon→20%δcon→100%δcon（持荷5min）→锚固。

3.3 智能张拉施工过程

3.3.1 张拉前

张拉前，清除场地中影响张拉施工的障碍物和场地中的油污及酸、碱等物，防止污染钢绞线和锚具。清除锚垫板上的混凝土残渣和水泥浆，搭设好安全操作支架，在张拉端前3m左右设置挡板，以防万一。

3.3.2 标定智能操作系统

对智能操作系统进行标定，与传统标定不同，智能张拉的专用千斤顶上附着测力传感器，需要将油表读数（MPa）与测力传感器读数（kN）间建立回归方程，然后输入操作系统对张拉进行控制。测力传感器按相关国家标准的规定每年送检一次。

3.3.3 施工人员工作注意事项

施工人员进行编束、穿束、安装工作锚及夹片、限位板、千斤顶、工具锚及夹片等工作，要注意各部件的同轴对正，孔位排列一致，不得出现钢绞线错孔、交叉缠绕的情况。

3.3.4 确保线路连接牢固

连接智能张拉系统的工作线路，确保线路尤其是油管连接牢固，在张拉前将千斤顶活塞来回打出几次，排出油缸内可能残留的气体，保证供油稳定。

3.3.5 专人负责智能张拉操作系统

智能张拉操作系统由专人负责，张拉前填入工程项目信息和构件信息，在此过程中，要对张拉控制应力、理论伸长量、加载速度、初应力选择及张拉顺序等参数进行反复审核确定后，方可启动张拉程序。

3.3.6 张拉时注意事项

张拉开始后，系统主机发出信号，传递给智能张拉仪，其控制千斤顶进行对称均衡张拉。系统主机对每一级荷载的应力和伸长值进行自动记录，并随时检查实际伸长值和理论伸长值的偏差，当偏差大于±6%时，系统将自动报警停止张拉。若出现这种情况，待查明原因排除问题后才可进行下一步张拉。

3.3.7 张拉系统的数据管理

智能张拉系统自动生成张拉数据表格，张拉数据详尽真实，并分别有建设、施工、监理和检测单位的管理界面，并有远程监控系统，可有效对工程进行实时跟踪和管理控制。张拉完毕后要及时打印出相关资料进行存档。

3.3.8 张拉系统的配套设备

智能张拉系统的专用千斤顶是关键部件，一定要保证专用千斤顶支架的稳固，保证千斤顶的位置正直对称。系统主机和智能张拉仪分别要配置遮阳避雨伞，以保证系统安全稳定工作。

4 工程效果评价

跨机场路分离立交共56片预制箱梁，经统计56片梁共有336个张拉束，336个伸长值偏差在2.6%～3.5%之间，基本为正偏差。这说明预应力度得到了有效保证。张拉过程均衡稳定，未出现断丝、滑丝现象，张拉控制应力良好，极好地达到“双控”和同步张拉的规范要求。表1列出了两束钢绞线的张拉记录，以供参考。

表1 跨机场路分离立交预张拉力张拉记录表

5 结语

智能张拉系统成功地将计算机数据控制应用于桥梁的预应力张拉施工，不但适用于桥梁空心板、箱梁、T梁等预制梁结构，而且适用于大跨径现浇箱梁结构，它自动读取张拉参数，实时调控，操作简单，避免了传统张拉的弊端，有效提高了张拉施工的精度，保证了桥梁预应力体系的建立，进一步保证了桥梁结构的安全性和使用寿命，值得在桥梁建设中大力推广应用。

[1]JTG TF50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].