預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)在高速公路預(yù)制梁施工中的應(yīng)用

嚴(yán)華江

中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司 湖北襄陽(yáng) 441000

在高速公路工程的預(yù)制梁施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量是保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性的關(guān)鍵因素。上部結(jié)構(gòu)的提前損壞，如出現(xiàn)早期下?lián)稀㈤_(kāi)裂等病害，從而造成橋梁安全事故發(fā)生，是國(guó)內(nèi)交通行業(yè)日益關(guān)注的問(wèn)題。如何改善傳統(tǒng)張拉施工依賴人工測(cè)量、大作業(yè)隨機(jī)性、可追溯性差等問(wèn)題，有效控制橋梁預(yù)應(yīng)力，成為亟待解決的重要問(wèn)題。預(yù)應(yīng)力施工采用智能張拉技術(shù)和智能施工，實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊過(guò)程的智能控制，杜絕人工操作失誤。具有拉應(yīng)力、張力、加載速度、停止點(diǎn)、停留時(shí)間等精確、同步、自動(dòng)控制。元件的特性改變了傳統(tǒng)的張拉過(guò)程，嚴(yán)格控制管道的預(yù)應(yīng)力精度和密實(shí)度，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)張拉預(yù)應(yīng)力過(guò)程的質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)了“實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能控制、及時(shí)糾錯(cuò)”。目的是提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命，降低橋梁全壽命周期成本[1]。

1 預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)原理概述

相比傳統(tǒng)形式的人工預(yù)應(yīng)力張拉，預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)更具復(fù)雜性。在該系統(tǒng)中，主要融合了信息化處理技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)以及張拉力的傳輸方法等。將預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)應(yīng)用到公路工程的預(yù)制梁施工中，將會(huì)讓預(yù)應(yīng)力的張拉實(shí)現(xiàn)智能控制，讓預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)朝著智能化、自動(dòng)化以及標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。按照預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)對(duì)于功能方面的實(shí)際要求，該系統(tǒng)的主要組成部分不僅有傳統(tǒng)形式的預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備，還包括程序控制軟件、測(cè)量傳感器、壓力傳感器、千斤頂和主機(jī)。在通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的智能張拉過(guò)程中，其主要的控制目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力的科學(xué)控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁伸長(zhǎng)量的有效校核。

具體應(yīng)用中，可借助傳感器對(duì)來(lái)自于千斤頂上的壓力參數(shù)以及來(lái)自于鋼絞線上的預(yù)制梁伸長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)向系統(tǒng)主機(jī)實(shí)時(shí)傳遞，這樣就可以讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉的精準(zhǔn)控制。同時(shí)，該系統(tǒng)也可以將預(yù)設(shè)好的程序作為依據(jù)，讓整個(gè)預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程得以自動(dòng)進(jìn)行。

在預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，系統(tǒng)和千斤頂以及計(jì)算機(jī)主控之間借助芯片連接，傳感器可以對(duì)千斤頂上的張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)以及應(yīng)力數(shù)據(jù)等，然后借助智能芯片將采集到的數(shù)據(jù)上傳給計(jì)算機(jī)主控。在接收到這些參數(shù)之后，計(jì)算機(jī)主控會(huì)將這些參數(shù)和原來(lái)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，然后根據(jù)實(shí)際情況向智能芯片發(fā)出相應(yīng)的指令，以此來(lái)控制千斤頂張拉系統(tǒng)[2]。

2 施工工藝及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 施工工藝流程

智能預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)由三部分組成，分別是智能驅(qū)動(dòng)主機(jī)、起重機(jī)和油泵，當(dāng)然還有其他結(jié)構(gòu)。其中，智能操作主機(jī)在系統(tǒng)中扮演著最重要的角色。另外兩個(gè)主體結(jié)構(gòu)相互配合，然后與主機(jī)形成一個(gè)有機(jī)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮系統(tǒng)的大功能，共同組成智能張緊系統(tǒng)。因?yàn)橹悄軕?yīng)用于一個(gè)系統(tǒng)，其工作界面相對(duì)簡(jiǎn)潔、清晰、易懂，可以提高系統(tǒng)的體驗(yàn)。相關(guān)數(shù)據(jù)可通過(guò)電腦直接傳輸至智能工作電腦上位機(jī)，可反映鋼線伸長(zhǎng)率與拉力的關(guān)系，剔除結(jié)果非常直觀準(zhǔn)確，可直接用于拉伸施工。

在施工過(guò)程中，傳感器可以及時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再傳輸給主機(jī)。主機(jī)收到數(shù)據(jù)后會(huì)及時(shí)分析數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確反映力與伸長(zhǎng)率的變化。張緊裝置工作時(shí)，必須對(duì)稱張緊，以便調(diào)整其電機(jī)參數(shù)，達(dá)到電壓補(bǔ)償功能。此外，在控制張力預(yù)緊力時(shí)，應(yīng)控制好油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保證張力預(yù)緊力的準(zhǔn)確性。在整個(gè)技術(shù)施工過(guò)程中，主要采用主機(jī)管理命令的方法，然后對(duì)擰緊過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，其控制功能屬于自動(dòng)控制。智能張緊系統(tǒng)還具有斷電后數(shù)據(jù)記憶功能和泄漏補(bǔ)償功能。因此，在出現(xiàn)停電或漏電等機(jī)械問(wèn)題后，電壓數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可以改善應(yīng)用過(guò)程。

2.2 關(guān)鍵施工工藝

在高速公路預(yù)制梁的混凝土達(dá)到了設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度之后，預(yù)應(yīng)力張拉工作就應(yīng)該開(kāi)始，但是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中會(huì)對(duì)預(yù)制梁造成比較大的影響，所以在通過(guò)預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)進(jìn)行預(yù)制梁施工的過(guò)程中，施工單位需要對(duì)以下幾點(diǎn)事項(xiàng)加以重視。

（1）注重應(yīng)力施加的精確性。具體施工中，應(yīng)該對(duì)預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)做好預(yù)應(yīng)力智能張拉工藝的設(shè)置，以此來(lái)保障預(yù)應(yīng)力張拉施工的精確性，防止人為因素影響到實(shí)際張拉參數(shù)，盡量將應(yīng)力誤差控制在1%以下。

（2）張拉過(guò)程中需要對(duì)預(yù)制梁的伸長(zhǎng)量做實(shí)時(shí)校核，以此來(lái)達(dá)到雙控效果。在此過(guò)程中，計(jì)算機(jī)會(huì)將來(lái)自于傳感器的預(yù)應(yīng)力參數(shù)作為依據(jù)，對(duì)預(yù)制梁的伸長(zhǎng)量進(jìn)行自動(dòng)校核，保障所有的預(yù)應(yīng)力誤差都不超過(guò)2%，讓預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力及其伸長(zhǎng)量達(dá)到雙控效果。

2.3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

將預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)應(yīng)用在高速公路預(yù)制梁施工中，其主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）有著更高的精度。相比傳統(tǒng)的人工預(yù)應(yīng)力張拉來(lái)看，該技術(shù)的應(yīng)用使其精度實(shí)現(xiàn)了大幅度提升，設(shè)計(jì)意圖也可以更加精確地實(shí)現(xiàn)。

（2）有著更好的施工效率。因?yàn)樵摷夹g(shù)的整個(gè)張拉過(guò)程都是自動(dòng)化控制的，借助相應(yīng)的傳感器，可以對(duì)預(yù)應(yīng)力參數(shù)以及伸長(zhǎng)量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并將其實(shí)時(shí)上傳給系統(tǒng)終端，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)張拉過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)控。

（3）可達(dá)到雙控效果。在通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工的過(guò)程中，系統(tǒng)可借助傳感器對(duì)預(yù)應(yīng)力以及伸長(zhǎng)度做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，并使其同時(shí)得到精確控制。

3 高速公路預(yù)制梁施工應(yīng)用實(shí)例分析

為驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)在具體高速公路預(yù)制梁施工過(guò)程中的應(yīng)用效果，以某高速公路的預(yù)制梁施工作為實(shí)例，對(duì)其張拉結(jié)果展開(kāi)了分析。在本次工程中，預(yù)制梁智能張拉所應(yīng)用的千斤頂規(guī)格為120t，并借助低松弛形式的15.20型鋼絞線進(jìn)行對(duì)稱張拉。通過(guò)該工程的設(shè)計(jì)資料可知，預(yù)制梁所應(yīng)用的是C50型高性能混凝土，將15.20mm形式的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力束，抗拉強(qiáng)度的最大設(shè)計(jì)值為FPK＝1860MPa，彈性模量為EP＝1.95×105MPa，錨口位置的摩擦損失是3%。該工程最初的設(shè)計(jì)是人工張拉形式，但是因?yàn)槭┕ひ筝^高，工期較短，所以須通過(guò)智能張拉才可以滿足實(shí)際需求。本次工程中，規(guī)定張拉精度在2%以內(nèi)[3]。

具體張拉過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力的變化情況是從0到設(shè)計(jì)應(yīng)力的10%，再到設(shè)計(jì)應(yīng)力的20%，再到無(wú)限大，然后在錨固條件下持續(xù)5min的荷載。本次所研究的某高速公路預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力智能張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 某高速公路預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力智能張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算結(jié)果

4 施工注意事項(xiàng)

4.1 智能預(yù)應(yīng)力受力技術(shù)所需設(shè)備

由于用于制作預(yù)制梁的雙油路按一定的標(biāo)志與主輔控制泵站和起重機(jī)的兩個(gè)油嘴相連，如果在施工中發(fā)現(xiàn)某一部位傾覆，則起重機(jī)可以施工時(shí)容易損壞，也危及施工人員的安全。因此，張拉選擇的設(shè)備也應(yīng)按照規(guī)定的范圍和要求進(jìn)行配置，否則會(huì)影響施工時(shí)施加的預(yù)應(yīng)力值的準(zhǔn)確性，影響人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

4.2 預(yù)應(yīng)力智能張拉施工注意事項(xiàng)

（1）在預(yù)制梁的同塊試驗(yàn)中，如果在受拉結(jié)構(gòu)中錨基和錨下混凝土開(kāi)裂，直接主要原因是錨下混凝土不致密，基層容易出現(xiàn)位置偏差。施工時(shí)垂直于隧道或測(cè)量位置和螺旋銜鐵的安裝位置不正確，這些情況都會(huì)導(dǎo)致技術(shù)安全事故。為了解決這些問(wèn)題，只需要拉伸鋼線，對(duì)于小面積混凝土損壞可適當(dāng)填充環(huán)氧樹(shù)脂。如果在填充結(jié)構(gòu)中使用2cm厚的鋼板代替錨墊進(jìn)行重新緊固，這會(huì)導(dǎo)致拉力超過(guò)100%，但在材料設(shè)計(jì)中拉力不能超過(guò)拉伸原則，所以注意工程施工、混凝土的和易性、流動(dòng)性和鋼筋間距等問(wèn)題。

（2）在緊固過(guò)程中，如果錨桿下的混凝土出現(xiàn)混凝土裂縫，這種裂縫通常在設(shè)計(jì)值的70%～100%之間。此類裂紋容易造成起重機(jī)噴嘴損壞，危及人身安全并造成經(jīng)濟(jì)損失。注意在張拉結(jié)構(gòu)過(guò)程中錨墊是否破裂或向后移動(dòng)。如有異常，及時(shí)停車，除了工作的控制泵外，還應(yīng)額外準(zhǔn)備一臺(tái)備用泵，以確保其中任何一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)都能正常運(yùn)行[4]。

4.3 預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)制梁各參數(shù)

公差范圍預(yù)制梁各項(xiàng)施工參數(shù)收緊后，實(shí)際伸長(zhǎng)率超過(guò)理論伸長(zhǎng)率的±6%，在此之前，必須對(duì)鋼螺紋進(jìn)行一系列性能測(cè)試，同時(shí)在操作人員的手，并且在執(zhí)行張緊結(jié)構(gòu)之前每個(gè)接口必須完好無(wú)損。智能張力泵站在進(jìn)油和回油過(guò)程中速度和壓力的升降，這些數(shù)據(jù)源在傳感器上的讀數(shù)應(yīng)穩(wěn)定一致。同時(shí)，工程技術(shù)人員必須經(jīng)常檢查安全閥，確保設(shè)備閥門的靈敏性和可靠性，確保油壓為55MPa時(shí)油箱內(nèi)的油壓才能溢出。由于張緊系統(tǒng)中不同工作設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線傳輸方式，因此應(yīng)保證監(jiān)控裝置與智能數(shù)控張緊泵之間沒(méi)有大的障礙，并保持直線視覺(jué)距離。最大控制距離為200m，纏繞鋼線的方法必須嚴(yán)格按照“梳理和穿線”程序進(jìn)行，防止鋼線纏在管道中產(chǎn)生彎曲，造成張力不均。此外，在鉆孔過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)應(yīng)力表面的質(zhì)量檢查，清除表面結(jié)構(gòu)的油漬，及時(shí)更換損壞的預(yù)應(yīng)力筋。

5 智能預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的拉緊技術(shù)相比，智能拉緊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，除其他外，包括：數(shù)據(jù)的精確度和壓力，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)穩(wěn)定化數(shù)據(jù)，自動(dòng)異常預(yù)警等等。智能控制技術(shù)可以在任何時(shí)候儲(chǔ)存拉緊數(shù)據(jù)，從而可以加大在查詢時(shí)的輕松度。實(shí)時(shí)輸入電壓數(shù)據(jù)，并在生產(chǎn)電壓癥狀時(shí)展示操作參數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)，以確保施工質(zhì)量達(dá)到最佳。此外，智能系統(tǒng)技術(shù)的自動(dòng)備份功能可以避免數(shù)據(jù)丟失。傳統(tǒng)的滑動(dòng)技術(shù)中的設(shè)計(jì)誤差通常很大，但使用智能拉緊技術(shù)可以將誤差限制在±1的上限之內(nèi)。此外，收集設(shè)備后，鋼絲長(zhǎng)度可以自動(dòng)轉(zhuǎn)到計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)將完成物理發(fā)展過(guò)程，從而確保在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)同步壓縮展。張智能技術(shù)的應(yīng)用將最大限度地減少環(huán)境和人類因素對(duì)施工工作的影響，并確保施工的質(zhì)量和效率。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在交通運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展中，高速公路橋梁的施工也開(kāi)始有著越來(lái)越高的要求。將預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)應(yīng)用到高速公路預(yù)制梁的施工過(guò)程中，不僅可以避免傳統(tǒng)人工操作的諸多問(wèn)題，有效控制預(yù)應(yīng)力張拉施工的質(zhì)量，也能夠進(jìn)一步提升高速公路預(yù)制梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并有效保障高速公路橋梁應(yīng)用的安全性。相比傳統(tǒng)的人工張拉技術(shù)，預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)在效率和精準(zhǔn)度方面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的提升，將該技術(shù)應(yīng)用到高速公路預(yù)制梁施工中，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)也更加顯著。