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1、智能预应力张拉的介绍及伸长值的测量和计算 一 预应力的概念 预应力的作用普通混凝土构件当裂缝宽度限制在0 2 0 3mm时受拉钢筋的应力也只能达到150 250N mm2 不能充分发挥钢筋作用 通过对钢筋进行张拉 使混凝土获得预压应力 构件受力后产生的拉应力首先与预压应力抵消 然后才被拉伸 这就延缓了裂缝的出现和开展 从而提高了构件的刚度 抗裂性和耐久性 一般设计原则正常使用极限状态下 混凝土受拉区不出现拉应力 手动驱动油泵 压力表读数控制张拉力 人工测量张拉伸长量 人工记录 二 传统预应力张拉工艺 人工张拉力控制误差过大 张拉伸长值测量不精确 指针摆动幅度大 繁杂 易错 未能实现张拉力和张拉
2、伸长值的双重同步控制 预应力筋实际应力控制不准 误差大 公路桥涵施工技术规范 JTG TF50 20117 12 2第1款规定 各千斤顶之间同步张拉力的允许误差为 2 7 12 2第2款规定 张拉力控制应力的精度宜为 1 5 保证千斤顶具有足够的持荷时间 规范要求 2002年 黄石长江大桥检测发现主跨严重下挠 最大下挠度达33 5cm 2004年 辽宁盘锦田庄台大桥由于由于预应力张拉不规范 突然发生坍塌 2009年 西宁市正在施工的高架桥由于预应力张拉不到位 导致突然坍塌 原因 桥梁施工中预应力张拉不规范 2011年 钱塘江三桥 武夷山公馆大桥 盐城通榆河大桥五天三桥坍塌 事故实例 三 智能预
3、应力张拉工艺 1 系统主要组成 系统工作时 计算机实时获取千斤顶油压 伸缩位移信息等数据 并实时传输至控制器进行分析 监测两端千斤顶张拉力是否平衡 如果平衡 系统则按客户设定力值持续加载 到达设定力值后 则停止张拉 若张拉力相差超过2 时 控制器控制拉力较小一端的磁阀通断以达到调节油压的目的 最终使两端千斤顶的张拉力之差在2 范围内 实现张拉力及加载速度的实时精确控制 2 工作原理 4 操作界面 程序可以根据要求改编 优化空间大 3 系统特点 1 采用力传感器监测张拉控制力 张拉控制精度大大提高 2 采用人工智能回馈算法对张拉过程进行控制 多点同步精度大大提高 多点同步精度 1 3 自动持荷
4、持荷过程张拉控制力与目标值误差 0 5 4 采用位移传感器测量张拉伸长量 监测精度 0 1mm 5 自动测量锚具回缩值 自动生成报表 数据真实准确 节省人力 降低控制难度 优点 缺点 系统操作要求高 张拉前建模工作量大 2 传感器易发生故障 需专人维修 四 伸长值的计算 公路桥涵施工技术规范 JTG TF50 20117 6 3第3款规定预应力筋采用应力控制方法张拉时 应以伸长值进行校核 实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求 设计无规定时 实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在 6 以内 否则应暂停张拉 待查明原因并采取措施予以调整后 方可继续张拉 1 理论伸长值的计算 1 理论伸长值的计
5、算 每一米直钢绞线伸长量 336 50 6 72mm每一米腹板钢绞线伸长量 318 5 50 6 37mm50m腹板束总预应力损失 3320100 2820637 516 3320100 13 712 一般预应力箱梁 对管道摩擦系数试验测定必要性不高 50m腹板束管道摩擦系数取值引起的偏差 321 4 318 5 312 4 100 0 93 40m直线束最大伸长量279mm 平均每米伸长值 6 974最大正偏差 279 270 8 348 7 3 19 计算方向的偏差 268 1 252 4 268 1 100 5 86 分段计算比全段计算精度高 2 实际伸长值的测量和计算 1 张拉至初应力
6、 0的预应力筋伸长量L02 张拉至相邻级应力 1 2 0 的预应力筋伸长量L13 张拉至控制应力 con的预应力筋伸长量LK L1 Lk L0 L2 L1 L0 L Lk L0 L1 L0 是否应减去锚固时的预应力筋内缩量SH 2 2公式推导 位移传感器测出的是活塞的位移 其中包含了工具锚和工作锚之间钢绞线的伸长量 以及张拉过程中工具锚锚固产生的预应力筋回缩量 1 千斤顶安装就位后 选一根钢绞线 在工具夹片外约1cm的位置安装带测量标尺的专用夹具 2 当张拉至初应力 0时 系统自动测量并记录预应力筋伸长量L0 在持荷期间 用钢板尺测量标尺距工具锚垫板端面的距离L0 见示意图 锚垫板端面的测量位
7、置应作记号 后续的内缩量测量均应对应此点 3 继续张拉至相邻级应力 1 2 0 系统自动测量并记录预应力筋伸长量L1 在持荷期间 用钢板尺测量标尺距工具锚垫板端面的距离L1 4 当张拉至控制应力 con并持荷5min后 系统自动测量并记录预应力筋伸长量Lk 在持荷即将终止时 用钢板尺测量标尺距工具锚垫板端面的距离Lk 2 2伸长值测量方法 5 预应力筋伸长量计算应考虑张拉过程中工具锚的钢绞线内缩值 1 从初应力 0张拉至相邻级应力时工具锚的钢绞线内缩值Ns1为 Ns1 L0 一L1 2 从初应力 0张拉至控制应力 con时工具锚的钢绞线内缩值Ns2 L0 一Lk 3 张拉过程中的工具锚的钢绞线
8、名义内缩值NS为 Ns Ns1 Ns2在分段张拉过程中 应测出每个行程中产生的内缩值 LQ 张拉工作段长度内预应力筋的理论伸长量 6 考虑工具锚出名义内缩值及预应力筋工作段长度预应力筋伸长后 一端的张拉伸长量Lz 施工前设定智能系统的张拉程序 在千斤顶张拉至 con 5min持荷及伸长量自动测完成后 增加一个步骤 即回油至初应力时持荷 由系统自动测量锚固后的剩余伸长量LM 然后按原步骤完成张拉工作 2 3锚固阶段预应力筋回缩量 预应力筋回缩量SH应不大于规范允许值 否则应暂停施工 查找原因 结语 如今预应力已经被广泛应用到桥梁建设中 预应力张拉作为预应力施工最关键的工序 其施工质量的好坏 直接影响结构的耐久性 预应力筋的实际伸长量正是预应力张拉质量最直观的表现 传统张拉施工 张拉力控制精度差 伸长值测量误差大 施工控制和监理工作都存在极大的难度 智能张拉的出现 大大提高了预应力张拉力控制及伸长值量测的精度 给通过预应力伸长值偏差控制预应力张拉提供了实现的可能 此时 了解预应力工作的原理 熟悉智能预应力张拉的工艺 掌握预应力理论伸长值及实际伸长值的计算方法 是我们作为监理必须具备的能力
