國家會展綜合體的預應力混凝土梁的智能張拉技術

汪繼恕

（上海同吉建筑工程設計有限公司，上海市 200092）

0 引言

預應力混凝土已廣泛應用于建筑結構、橋梁、地下結構、海洋工程、核工程以及其他特種工程領域，其中預應力筋的張拉做為預應力混凝土工程施工質量控制的關鍵一環，倍受重視。目前預應力筋的張拉常用方法均是通過人工手動操作進行，易受人員、設備等因素的影響，具有居多缺點：張拉力控制誤差過大；預應力筋的張拉伸長值測量不準確；無法準確確定錨固回縮；張拉錨固前持荷的環節無法控制等[1-4]。

預應力智能張拉系統通過計算機軟件控制油泵，可實現張拉的數字化控制；千斤頂缸長的伸長值及梁的變形值采用超聲傳感器自動讀取并記錄，提高了測量的精準性。

1 工程概況

中國博覽會會展綜合體(北塊)位于上海市西部，用地面積85.6 hm2。總建筑面積約147萬m2，其中地上建筑面積127萬m2，地下建筑面積20萬m2，建筑高度43 m，見圖1。建成后的會展綜合體可以提供53萬m2的展覽空間，其中包括10萬m2室外展場，將成為世界上規模最大、最具競爭力的國際一流會展綜合體，作為新時期我國商務發展戰略布局的重要組成，將在拓展世界市場和國際貿易、展現國家綜合實力中發揮重要作用[5]。中國博覽會會展綜合體由 A、B、C、D、E、F六個區組成，其中A、C、D三個展區結構形式相同，展廳柱網為27 m×36 m，周邊設備用房框架柱距約9 m。展廳樓蓋的額結構形式采用有粘結預應力混凝土框架結構，預應力混凝土梁采用正向交叉布置，中柱截面尺寸為1 800mm×1 800mm，框架梁截面為1 800mm×2 650 mm，一級次梁截面為600 mm×2 500 mm，二級次梁截面為300mm×900mm，板跨為4.5m×4.5 m，板厚為180 mm。36 m方向框架梁預應力配筋為144φs15.2，采用12×12φs15.2形式布置；27m方向框架梁預應力配筋為96φs15.2，采用8×12φs15.2形式布置。其中C區與D區部分預應力框架梁采取了預應力智能張拉系統進行預應力鋼絞線的張拉和數據采集工作。

圖1 國家會展中心效果圖

2 預應力智能張拉系統[6]

預應力混凝土結構中預應力筋的張拉施工控制基本上都采取“張拉應力控制為主、預應力筋伸長值為輔”的做法，即在預應力混凝土施工過程中要求預應力筋的張拉控制力必須嚴格準確的按照設計要求取值，預應力筋的伸長值控制在一定范圍內，如 GB50204-2002（2011版）中規定：預應力筋的實際伸長值與計算伸長值的偏差不應超過。預應力智能張拉系統中該預應力張拉控制力可直接輸入系統軟件中，待張拉設備安裝工作完成之后，啟動張拉控制按鈕后，預應力筋張拉將自動進行，同時系統將自動采集數據，數據包括張拉力和缸體位移，每秒采集數據一次。該套安全可靠，性能穩定，綜合精度0.15%FS，見圖2。

圖2 預應力張拉流程圖

以36m跨度方向的預應力混凝土框架梁的一束預應力鋼絞線為例，該束鋼絞線由12根1 860級鋼絞線組成，鋼絞線的抗拉強度標準值fptk=1 860MPa，設計要求進行單端張拉，張拉斷采用夾片式群錨體系，錨固端采用擠壓錨，設計的張拉控制應力為0.7 fptk即1 302 MPa，單根鋼絞線截面面積為140 mm，對應的張拉控制力為2 187 kN。在張拉過程中由于千斤頂缸體位移達到極限時，張拉力仍未達到張拉控制力，故發生一次倒缸。其張拉全過程曲線見圖3，該曲線圖由智能張拉系統自動生成，且原始數據由系統自動采集保存于本地電腦或通過遠程網絡存儲于專用數據庫，以備復檢。

2.1 實測張拉伸長值和錨固回縮值分析

由于本次張拉進行了一次倒缸，為準確得到鋼絞線的伸長值以及錨固回縮值，需對數據進行初步的處理，即再次張拉的線性階段和放張階段直接平移到倒缸回油前線性階段的張拉力最大值處，即可得到假設不需倒缸的張拉全過程的張拉力-缸體位移曲線，見圖4。

預應力筋的伸長值做為預應力施工的一個關鍵指標，其與預應力筋的長度、預應力筋的線型狀態、預應力張拉控制力等均有關，目前的施工水平很難保證預應力筋的實際伸長值完全吻合理論計算的伸長值，故規范提出了實際伸長值與計算伸長值的合理偏差范圍。由于預應力鋼絞線在張拉前處于不受力的自由狀態，故鋼絞線的實際張拉伸長值應該從鋼絞線受力繃緊后計，即放張前的缸體的總位移扣除鋼絞線由自由狀態至繃緊時缸體位移即為鋼絞線的實際伸長值。圖3全過程的張拉力-缸體位移曲線中，選取線性段，進行線性回歸，擬合得該段的線性函數y=10.767x-400.18（其線性相關系數R2=0.999 2）該線性函數在X軸上的截距即為鋼絞線由自由狀態至繃緊時缸體位移，計算可得為37.2 mm，從圖4可直接讀出放張前缸體總位移為252 mm，從而計算出該束鋼絞線的實際伸長值為252-37.2=214.8 mm。

所謂錨固回縮值是指由于錨具的變形和預應力筋內縮值，在預應力混凝土結構設計中該值做為預應力損失計算時的一個重要參數，在傳統張拉工序中錨固回縮值很難準確獲得，但智能張拉系統能實時記錄張拉數據，該回縮值即為放張前缸體位移與放張結束后的缸體位移的差值。

2.2 智能張拉分析結果

由于本工程中預應力混凝土梁數量眾多，此處僅選取36 m方向的一跨預應力混凝土框架梁的張拉數據列于表1、表2中，選取的梁編號為YKL-X1，其預應力筋束編號見圖5。

由表1、表2可知：

預應力力筋束的實測伸長值大都小于理論值，但相對誤差不超出了《混凝土結構工程質量驗收規范》（GB50204-2002 2011版）中6%的限值，能滿足規范要求。

表1 YKL-X1張拉數據（1～6束）

表2 YKL-X1張拉數據（7～12束）

圖5 YKL-X1梁預應力筋編號

實測的錨固回縮值大都超出了《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）第 10.2.2條建議的6～8 mm范圍，最大的相對誤差約為11.3%，施工時將此值反饋給設計單位，設計單位對預應力損失進行了重新計算。

3 結論

預應力智能張拉系統與傳統預應力筋張拉工藝相比具有如下特點：

（1）油泵由軟件控制，實現了張拉的數字化控制；

（2）千斤頂的缸體位移采用超聲傳感器自動讀取并記錄，提高了測量的精準性；

（3）實測數據自動采集并記錄，排除人為因素；

（4）數據上傳到互聯網，用戶可以在辦公室和家里通過互聯網監控預應力的張拉施工過程，可向第三方提供實時監控的視窗；

（5）能自動生成施工報表，便于施工資料的整理。

該套張拉系統的推廣使用給預應力混凝土工程的施工帶來新的思路，也拓展了預應力施工技術的發展空間。

[1]CECS 180:2005,建筑工程預應力施工規程[S].

[2]GB 50010-2010,混凝土結構設計規范[S].

[3]GB50204-2002 2011,混凝土結構工程施工質量驗收規范版[S].

[4]DG/TJ08-235-2012,后張預應力施工規程[S].

[5]同濟大學.中國博覽會會展綜合體（北塊）健康監測報告[R].2014.

[6]上海同吉建筑工程設計有限公司.預應力智能張拉程控系統使用說明V1.0[Z].2013.