預應力混凝土橋梁張拉工藝及應力監測系統研究

摘 要：本論文研究預應力混凝土橋梁的張拉工藝與應力監測體系。通過調研剖析，深入了解了張拉工藝與監測體系在橋梁施工中的實際應用、挑戰與重要性。文章探討了其實施效果、局限及改進空間，旨在為相關領域提供深入認識與啟示。期望為預應力混凝土橋梁建造及監測實踐提供參考，為未來研究提供建議。

關鍵詞：預應力混凝土；橋梁；張拉工藝；應力監測系統；安全性

1 前言

隨著經濟社會的發展，我國橋梁建設不斷推進，各種新技術也在橋梁工程中得到廣泛應用。預應力技術作為一種先進技術，目前已經在橋梁施工中被大量采用。預應力混凝土具備出色的耐久性和強度，采用預應力技術可以極大提高橋梁的承載能力和使用壽命。但是預應力混凝土施工是一個復雜的系統工程，需要精心組織，各個環節環環相扣，稍有不慎就會影響工程質量。本研究旨在深入探討預應力混凝土橋梁的張拉工藝，并對預應力監測系統進行分析。

2預應力混凝土的現實意義

2.1預應力混凝土的歷史發展

預應力混凝土的發展歷程始于19世紀末，尤其在二戰后的20世紀50年代取得顯著技術突破。荷蘭工程師梅高·赫登在鋼纜預應力與錨固系統領域取得顯著進步，使預應力混凝土技術得到了飛速的發展。自20世紀60年代起，預應力混凝土廣泛應用于全球，成為關鍵基礎設施的首選技術方案。隨著計算機輔助設計技術的不斷發展以及先進材料在各領域的廣泛應用，其性能和效率顯著提升。當代預應力混凝土技術不斷創新，滿足多樣化需求。新型技術，如超高性能混凝土的引入，進一步拓展其應用領域。預應力混凝土現已成為現代建筑工程的重要技術支撐，提供高效、安全且經濟的解決方案。

2.2預應力技術的優勢

相較于傳統的鋼筋混凝土結構，預應力混凝土展現出以下顯著優勢：

（1）提高承載能力和抗震性能：預應力可有效地增加結構的承載能力，使其更好地抵抗荷載及地震等外部力作用。（2）減少裂縫并增加耐久性：預應力可以降低混凝土中的應力，減少裂縫的擴展，并能夠明顯地延長其使用壽命。（3）降低自重、提高效率：通過預應力，可以減輕結構自身的重量，提高結構整體效率和性能，從而實現更靈活的設計。（4）增加跨度、節約成本：預應力技術可以使結構具有更大的跨度，減少支撐結構的數量，降低材料和建造成本。（5）加快建設進度：預應力技術可以縮短工程建設周期，提高施工效率，快速完成工程項目。（6）調整應力狀態：在施工完成后，還可以通過施加額外的預應力來調整和控制結構的應力狀態，使結構更穩定、安全。（7）增強適應能力：預應力技術可以增加結構對各種荷載和環境變化的適應能力，使其在不同條件下保持穩定性和安全性。

3預應力混凝土的張拉實施工藝

3.1基本規定

（1）在進行預應力筋的張拉作業時，必須嚴格遵循應力控制的方法，并輔以伸長值的校驗與核實。在此過程中，實際測得的伸長值與通過理論計算得出的伸長值之間的偏差，必須滿足設計文件中明確規定的標準。若設計文件未對此作出具體規定，則實際伸長值與理論伸長值之間的偏差應嚴格限制在6%的范圍內。一旦發現實際伸長值與理論伸長值的偏差超出此范圍，應立即暫停張拉作業，并深入調查原因，待采取有效的糾正措施后，方可恢復張拉作業。

（2）在進行預應力筋的張拉之前，應先將預應力筋調整到預設的初應力（σ0）狀態。此外，伸長值的測量工作應從初應力施加之時起開始進行。

3.2先張法預應力的施工

先張法預制梁板施工工藝流程應遵循以下步驟：

（1）準備張拉臺座并確保其具備足夠的強度和剛度，其中抗傾覆安全系數不小于1.5，抗滑移安全系數不小于1.3；（2）穿入預應力筋并調整至初應力狀態；（3）進行預應力筋的張拉作業；（4）制作鋼筋骨架并立模；（5）澆筑混凝土并進行養護；（6）待混凝土達到要求后，進行拆模操作；（7）放松預應力筋；（8）將成品存放并運輸至指定地點。

在施工過程中，需特別注意以下事項：

（1）張拉臺座及橫梁應確保滿足結構強度及穩定性要求。其中，張拉橫梁的最大撓度在受力后不得超過2 mm，且錨板受力中心應與預應力筋合力中心保持一致，以確保張拉過程的穩定性和安全性；

（2）在鋼筋骨架制作完成之后，預應力筋及其配套的隔離套管應同步穿入并安置到預定位置。嚴禁在預應力筋及隔離套管就位后，采用電弧焊等工藝對梁體鋼筋或模板進行切割或焊接作業，以防止對預應力系統及結構整體造成不利影響；

（3）在同時張拉多根預應力筋的過程中，必須確保每根預應力筋的初始應力維持一致，且在整個張拉作業期間，需保持活動橫梁與固定橫梁處于平行狀態，以此來保證張拉效果的一致性和精確性；

（4）張拉程序應嚴格按照設計要求進行，不得擅自更改。在張拉鋼筋過程中，為保證施工安全，應在超張拉放張至0.9σ時安裝模板、普通鋼筋及預埋件等，確保施工過程的順利進行。

3.3后張法預應力施工

后張法施工工藝流程應遵循以下步驟：

（1）進行底模和側模的安裝工作，確保模板的穩固與準確；（2）制作非預應力筋骨架，以支撐和固定后續的施工結構；（3）安裝波紋管，為后續預應力筋的穿入提供通道。在安裝完端模后，進行混凝土的澆筑，確保混凝土充分填充并固化整個結構。待混凝土達到一定的強度后，進行養護工作，以保證其質量和性能；（4）拆除側模和端模，為后續的工藝步驟提供便利；（5）對波紋管進行吹掃，清除其中的雜物，確保預應力筋能夠順利穿入。穿入預應力筋，并安裝錨具，以固定預應力筋的位置；（6）進行張拉錨固，使預應力筋產生預定的應力。在張拉錨固完成后，進行孔道壓漿，以填充孔道中的空隙，增強結構的整體性能；（7）再次進行養護工作，確保結構達到設計要求的強度和穩定性。

在施工過程中，需特別注意以下事項：

（1）預應力管道的安裝應符合相關要求，包括設置壓漿孔、溢漿孔以及排氣孔等，以確保預應力筋的張拉和孔道壓漿的順利進行；

（2）預應力筋的安裝過程中，需根據不同的施工順序采取相應的措施。在穿束后澆混凝土時，需檢查管道并確保其完好。在澆筑混凝土時，應定時抽動、轉動預應力筋，以防止其粘結。而在澆混凝土后穿束時，應及時疏通管道，確保預應力筋能夠順利穿入；

（3）預應力筋的張拉需保證混凝土強度能夠達到設計要求的最低標準，并在拆除限制位移的模板之后進行。

在施工過程中，應嚴格遵守以上注意事項，以確保后張法施工工藝流程的順利進行和施工質量的可靠。

3.4孔道壓漿施工技術

（1）在完成預應力筋的張拉作業后，必須即刻執行孔道壓漿工序。對于配備有連接器的多跨連續預應力筋孔道，應當確保在每次段落張拉作業完成后，隨即進行對應的灌漿作業。

（2）完成壓漿后應立即檢查孔道的漿料密實情況，如發現問題應及時處理。在進行壓漿作業時，每個工作班應保留至少3塊砂漿試組塊，經28天標準養護后測定其抗壓強度，以此評估水泥漿質量。

（3）在壓漿作業期間及隨后的48小時之內，務必確保結構混凝土的溫度維持在不低于5℃的水平。當白天的氣溫高于35℃時，建議選擇夜間時段進行壓漿作業。

（4）壓漿完成后，緊接著進行錨具封閉混凝土的澆筑。封錨混凝土的強度等級必須符合設計規定的標準，且其強度不應低于結構混凝土強度等級的80%，同時，其強度最低值不得低于30 MPa。

（5）在進行預制構件的吊裝作業時，必須確保孔道內部的水泥砂漿強度嚴格符合設計所規定的標準。若設計文件中未能明確列出具體的強度要求，則此強度水平應至少達到砂漿設計強度的75%，以充分保障施工過程中的安全及結構的穩定性。

3.5預應力張拉施工常見問題處理與質量事故預防措施

3.5.1常見問題

（1）錨墊板面與孔道軸線不垂直或錨墊板中心偏離孔道曲線

在進行張拉作業的過程中，出現了錨圈突發顫動或位移的現象，同時伴隨著張拉力的明顯減弱。經深入調查，此不良狀況的根本原因在于錨墊板安裝過程中的疏忽操作，安裝時未能確保錨墊板精確對中，導致墊板表面與預應力索軸線之間形成了非垂直的偏差。

（2）錨頭下錨處混凝土變形開裂

在預應力張拉工序圓滿結束后，觀察到錨板下方混凝土區域出現了變形與開裂的不良現象。此現象通常歸咎于錨板周邊密集排列的鋼筋結構，其密集程度宛如復雜織網，對混凝土澆筑過程中的振搗作業構成了顯著阻礙，導致振搗難以全面且深入地進行，進而引發混凝土內部振搗不密實、結構疏松等問題，最終削弱了混凝土的整體強度。

（3）預應力損失過大

在預應力施加工作圓滿完成之后，發現實際應力值未能達到預設的設計標準，這是由于錨具滑絲或者鋼絞絲有斷絲，鋼絞絲的松弛率超限，或者是下方的混凝土發生了較大的局部變形。

3.5.2預應力張拉施工質量事故預防措施

為確保預應力張拉施工質量安全，避免潛在事故的發生，施工過程中應采取以下關鍵措施：

（1）必須確保施工單位擁有必要且專業的資質，同時，項目技術負責人應全權負責施工工作的整體推進與監督。同時，所有參與作業的人員必須接受專業培訓并合格后再上崗，以確保施工操作的規范性和準確性；

（2）張拉設備需定期進行校準，確保其精度和性能符合施工要求。在使用過程中，應嚴格按照設備使用說明進行配套操作，避免設備故障或誤操作導致的施工質量問題；

（3）為了確保施工過程的順利進行與高質量完成，精心編制了詳盡的專項施工方案以及詳盡的作業指導書。這些文檔不僅為施工團隊提供了明確的技術指引，還詳盡地規定了操作流程與規范，確保每一步都符合高標準要求。在施工過程中，應嚴格執行“六不張拉”原則，確保張拉操作的安全性和穩定性；

（4）在張拉力穩定后，方可進行錨固操作。錨固時，應確保外露長度不少于30 mm，以滿足設計要求。在錨固前，還需對錨固部位進行嚴格檢驗，確保質量合格后再進行后續操作。對于多余部分的處理，應使用合適的切割工具進行，嚴禁使用電弧焊切割，以避免對預應力張拉結構造成損傷。

通過以上關鍵措施的實施，將有助于維護預應力張拉施工質量、提升施工安全性，并有效預防潛在的施工問題和事故的發生。

3.5.3預應力監測系統

傳統的預應力測控技術涵蓋了應變片檢測、傳感器檢測、磁通量檢測法、超聲導波檢測法、等效質量檢測法、頻率法和整束反拉法等多種方法。然而，這些方法在應用過程中均存在各自的局限性。

應變片檢測因其可靠性不佳和精度較低，示值相對誤差可高達20%；傳感器檢測法主要采用空心式傳感器，雖然性能優越，但價格昂貴且安裝過程需滿足特定要求；磁通量傳感器雖無需接觸結構，但其成本亦相對較高，并需供電支持；超聲導波技術盡管具有廣闊的應用前景，但目前仍處于試驗階段，尚未廣泛應用；等效質量法則因其測試原理復雜且需事先標定，操作難度相對較大；頻率法雖操作簡單、成本低廉，但其精度仍有待進一步提高；整束反拉法作為一種常用方法，通過施加反向拉力并記錄相關參數來評估錨下預應力狀態。

在預應力精細化施工與測控技術體系中，錨具測控系統、梳編穿束系統、預應力張拉控制系統、有效預應力檢測控制系統以及智能評估系統共同構成了其核心組成部分。這些系統憑借先進的技術手段，在現場全面采集多樣化的數據，隨后借助智能評估系統進行深入細致的分析與處理。這一過程不僅精確且高效，最終還能生成詳盡的統計產品，為整座橋梁的預應力施工質量提供了全面而深入的評估。在此基礎上，還進一步構建了一個嚴密無虞的驗收評估體系，旨在為廣大業主以及監理、設計等相關部門帶來前所未有的便捷性，使他們能夠實時追蹤并精確掌握預應力施工的質量狀況。這些系統的應用，為預防飛錨和滑絲等問題的發生、確保絞線受力均勻、提高張拉過程的精確性、驗證施工結果，以及進行實時跟蹤與質量評估提供了有力的技術支持。

4結論

綜上所述，預應力混凝土橋梁張拉工藝及應力監測系統的研究應用，為提升施工質量、保障結構安全提供了解決方案。通過引入先進技術與系統化管理，為橋梁的安全性和耐久性提供了可靠保障，并為預應力混凝土橋梁的建設與維護帶來了更多的發展空間。

參考文獻

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