智能張拉技術在昆山市中環線快速化工程中的應用研究*

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1 工程概況

昆山市中環快速化改造工程線路全長44.4 km。全線（不含S-Ⅱ標）共有現澆混凝土連續箱梁逾 700 聯，箱梁一般跨徑布置為3×30 m，橋面寬度25.5 m，加減速段橋面寬度43.5 m，除局部匝道轉彎段，均為預應力連續箱梁。

為提高昆山中環項目混凝土連續箱梁預應力張拉施工質量，推廣和應用先進施工工藝，在工程主要工區采用智能預應力張拉技術。

工程存在如下難點：跨度大，連續跨最多達4 跨，腹板束超長，兩端同時張拉時，信號接收的穩定性難以保證；施工工期緊，如何不影響整體施工進度，且使預應力智能張拉技術取得較好的效果；如何確保伸長值不超過±6%，保證張拉施工質量。

2 預應力智能張拉技術原理

橋梁智能預應力張拉系統主要由主控電腦、智能化油泵和千斤頂3 部分組成。張拉時，由主控電腦發出無線指令，同步控制每臺設備的的每一個機械動作，自動完成整個張拉過程[1,2]。系統以張拉力為控制指標，伸長值誤差為校對指標，通過現代傳感、數字控制技術，實時采集、分析每臺內置傳感器的千斤頂張拉力和位移值數據（圖1）。

圖1 智能張拉工藝原理示意

3 智能張拉技術的應用

3.1 智能張拉施工工藝

準備限位板、錨具等材料→ 清點檢查設備→核對千斤頂編號→確定張拉梁編號→進行技術交底→布置張拉控制站→電線連接→油管連接→千斤頂、數據線安裝→錨具安裝→張拉施工→張拉作業完成

3.2 張拉施工關鍵控制點

智能張拉技術能最大限度地減少人為因素對預應力張拉過程的影響，但在使用過程中亦不能盲從，應根據工程實際情況科學分析智能張拉的結果。為充分發揮此項技術的優越性，在箱梁張拉施工過程中有幾個關鍵控制點需要特別重視[3-6]：

3.2.1 箱梁預應力束理論伸長值復核

預應力張拉采用張拉力控制為主、伸長值校核的方法。實測伸長值與計算值的偏差應在±6%范圍之內。可見理論伸長值是基準，張拉施工前，應根據送檢該批次鋼絞線的實際彈性模量、預應力筋各分段長度及轉角復核理論伸長值。

3.2.2 智能張拉技術參數

正式張拉施工前，應提供智能張拉儀的標定報告，有效期為6 個月。在工程項目信息欄內準確填入智能千斤頂編號、校準日期、回歸方程f（x）=ax+b、張拉儀的IP地址等。在張拉構件信息欄內填入張拉斷面編號、張拉工藝（單束單端/兩端張拉、兩束橫橋向對稱單端/兩端張拉）、鋼索編號、實測鋼絞線彈性模量、張拉控制力、理論伸長量、加載速度、初應力選擇和張拉行程等。

張拉技術參數應由項目工程師和現場監理共同復核確認后，方可進行智能張拉。

3.2.3 張拉過程控制

智能張拉主控電腦應由項目工程師使用和管理，其他人員不得隨意操作此電腦。在張拉時，項目工程師應注意觀察鋼束應力應變曲線的變化，一般連續且呈線形增長為正常，同時應注意預應力束伸長實時校核的誤差，當誤差超過6%時，程序自動暫停張拉，項目工程師應具體分析原因，再決定是否繼續張拉。張拉加載速度應根據預應力束的長度、張拉槽口混凝土的澆筑質量、預應力筋在槽口處是否轉角過大等因素確定。程序根據橋涵施工規范要求內置持荷時間為5 min，在持荷階段當千斤頂的壓力讀數值小于設定值時，程序控制油泵自動補壓，從而保證最終預應力值達到設計要求。

3.2.4 智能數據輸出

張拉過程中自動記錄張拉數據，張拉結束后自動生成橋梁預應力張拉記錄表，并可通過張拉記錄的歷史查詢來查看箱梁某一束預應力筋的鋼絞線根數、張拉控制力、理論伸長量、實測伸長量、延伸量誤差、斷絲和張拉起始、結束日期等情況。

4 存在問題及解決方案

本工程通過在一工區（17 聯）、二工區（13 聯）和四工區（16 聯）共計46 聯現澆箱梁采用預應力智能張拉技術，明顯提高了預應力精度值，且能實時采集數據、自動計算伸長量并校核，加載速率、持荷時間、同步對稱等方面均符合橋涵施工規范的要求。同時，全過程電腦操控、無線傳輸、操作簡便快速、張拉數據自動記錄，并可真實再現預應力張拉全過程。另外，操作人員可遠離非安全區域控制張拉設備，有效保障了人身安全（圖2）。

根據反饋的首件試驗和后續智能張拉設備的使用情況，仍有以下幾點需進一步改進完善：

1）智能張拉儀的無線信號穩定性不佳，設備調試時間過長。解決方為：通過采用信號放大器來增益無線信號，這樣能保證張拉系統的穩定。同時，加強對技術人員的智能張拉設備操作的培訓，以保證后續張拉過程順利、準確。

圖2 智能張拉現場

2）在張拉施工中，存在千斤頂回油截止閥過于敏感，造成噴油污染橋面。解決方案為：施工中臨時去掉此截止閥是治標不治本的方法，后續應找到既能達到保護千斤頂缸體又不會造成噴油的方法。

3）多次倒缸實時伸長值誤差與最終報告不一致。經過分析研究，確定是由于張拉控制系統中伸長值計算公式有誤造成的，可以通過升級智能張拉控制軟件使問題得到解決。

4）位移傳感器固定螺絲易松動。解決方案為：提醒工人在安裝智能千斤頂時注意保護露在外邊的位移傳感器和數據線。

5 結語

智能張拉施工時，技術人員通過觀察鋼束應力應變曲線的變化能及時發現斷絲、滑絲、錨下混凝土爆裂等重大質量問題；張拉數據自動記錄且無法修改能有效促進預應力筋鋪放施工的標準化。工程實踐證明，采用智能張拉技術大大提高了橋梁預應力張拉施工質量，使橋梁預應力施工技術水平上了一個新臺階。