精品資料（2021-2022年收藏）橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張工藝精度研究與質(zhì)量控制1020

1、橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張工藝精度分析與質(zhì)量控制 楊仕誠橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張工藝一直沿用油泵通過油管驅(qū)動千斤頂，千斤頂通過錨具及鋼絞線對混凝土施加預(yù)應(yīng)力的方法。鋼絞線、錨具不斷更新，各類品牌不斷涌現(xiàn)；各種管理手段更是多種多樣，不斷完善著操作步驟，張拉設(shè)備標(biāo)定一度嚴(yán)格到油泵、油管、千斤頂、壓力表都要成套進(jìn)行等等。但是油泵提供動力，千斤頂施加力值；操作者讀取壓力表數(shù)值控制應(yīng)力（見下左圖），另一操作者用鋼板尺量取鋼絞線伸長量記錄應(yīng)變（見下右圖），成為慣用橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張模式。預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固后實際建立的預(yù)應(yīng)力值與工程設(shè)計規(guī)定檢驗值的相對允許偏差為±5；當(dāng)采用應(yīng)力控制方法張拉時，應(yīng)校核預(yù)應(yīng)力筋

2、的伸長值。 實際伸長值與設(shè)計計算理論伸長值的相對允許偏差為±6(下稱,張拉控制原則)。施工過程必須按照應(yīng)力±5%和應(yīng)變±6%的張拉控制原則，確保橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張構(gòu)件質(zhì)量。1.橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張設(shè)備及工藝1.1千斤頂預(yù)應(yīng)力張拉一般采用穿心式雙作用千斤頂，為保證張拉作用力的精度一般張拉千斤頂?shù)臉?biāo)稱張拉力宜為所需張拉力的1.5倍，且不得小于1.2倍。即千斤頂標(biāo)稱拉力1.5×張拉力 千斤頂標(biāo)稱拉力1.2×張拉力操作中只有在上述規(guī)定范圍內(nèi)千斤頂?shù)膹埨Σ艤?zhǔn)確。過大，特別是接近標(biāo)稱張拉力時千斤頂?shù)拿芊饧菀壮霈F(xiàn)漏油。在張拉過程中必須根據(jù)張拉力的大小，

3、或者說張拉鋼絞線根數(shù)的不同配備相應(yīng)的千斤頂，且不能根據(jù)千斤頂?shù)臉?biāo)稱張拉力來施加預(yù)應(yīng)力。下表給出了鋼絞線根數(shù)對應(yīng)的千斤頂噸位。千斤頂（t）適用鋼絞線根數(shù)100415056200782509103001112133501314154001415161750018192021例如某工程張拉鋼絞線的根數(shù)分別為7、9、13、15束那么必須配備200t、250t、300t和350t四個規(guī)格的千斤頂，這是為了滿足應(yīng)力±5%和應(yīng)變±6%要求的張拉控制原則而必須做到的。1.2初應(yīng)力的建立對張拉實際伸長量的影響 橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張工藝在正式分級張拉的初始階段，必須使鋼束中所有鋼絞線的張緊程度

4、能夠調(diào)整到一致，且所有鋼絞線的應(yīng)力基本相同，以建立起最終的、準(zhǔn)確的預(yù)應(yīng)力值。實際操作中應(yīng)根據(jù)鋼絞線束的長度區(qū)別建立初應(yīng)力值（見下表），以便更加準(zhǔn)確的得到鋼絞線的伸長量，滿足應(yīng)變±6%張拉控制原則的要求。鋼絞線長度初應(yīng)力2倍初應(yīng)力<30m10%20%30-45m15%30%45-60m20%40%>60m25%50%1.3后張工藝要點橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張工藝必須堅持對稱張拉的原則，如下圖所示第一步就要張拉圖示左右涂黑束，且必須同步，也就是左右兩束使用4臺千斤頂同時張拉，張拉時的速率、拉力都須一致。對預(yù)應(yīng)力鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力時宜對多臺千斤頂張拉時的同步性、持荷時間、錨下的有效預(yù)

5、應(yīng)力及其均勻度等進(jìn)行質(zhì)量控制，并應(yīng)做到在采用兩臺以上千斤頂實施對稱和兩端張拉時，各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差宜為±2%。張拉至張拉應(yīng)力時要保證千斤頂具有足夠的持荷時間。張拉控制應(yīng)力的精度宜為±1.5%。（本段內(nèi)容下稱后張工藝要點）施工時，配置對講機(jī)，4臺千斤頂同時工作，統(tǒng)一指揮。每臺千斤頂有一位操作者根據(jù)壓力表控制油泵上的控制閥，另一位操作者根據(jù)口令及時測量初預(yù)應(yīng)力、2倍初預(yù)應(yīng)力、終應(yīng)力時的伸長量。8個人服從同一指令，要做到4臺千斤頂同步誤差小于±2%，張拉控制應(yīng)力±1.5%等后張工藝要點比較困難，或者說，根本不可能做到2.壓力表對橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后

6、張工藝的影響2.1壓力表精度誤差油泵通過壓力表提供給千斤頂動力源。工程一般使用精度1.5等級、滿量程60MPa的工業(yè)用壓力表，作為應(yīng)力控制的工具。壓力表的允許基本誤差絕對值為 PJ=60×1.5%=0.9MPa也就是說，無論壓力表指針在哪里，它的讀數(shù)所產(chǎn)生的相對誤差絕對值都是0.9MPa，其相對誤差為讀數(shù)值越小，相對誤差就越大。見下表。例如：某工程預(yù)應(yīng)力張拉時使用精度1.5等級、滿量程60MPa的工業(yè)用壓力表，當(dāng)張拉控制應(yīng)力時壓力表讀數(shù)為33MPa，其相對誤差為 1=0.9/33=2.7%當(dāng)張拉初應(yīng)力時壓力表讀數(shù)為3.3MPa，其相對誤差為1=0.9/3.3=27.3%當(dāng)張拉2倍初應(yīng)

7、力時壓力表讀數(shù)為6.6MPa，其相對誤差為 2=0.9/6.6=13.6%根據(jù)預(yù)應(yīng)力施加過程中張拉控制原則應(yīng)力±5%的要求，工程一般使用精度1.5等級、滿量程60MPa的工業(yè)用壓力表其實際測量范圍下限為PJX=(60×1.5%)/5%=18.0MPa實際測量范圍上限為壓力表滿程的2/3,也就是40MPa精度1.5等級、滿量程60MPa的工業(yè)用壓力表其有效測量范圍在18-40MPa之間，在此范圍以外的讀數(shù)均不符合預(yù)應(yīng)力施加過程中張拉控制原則。上例中的初應(yīng)力、2倍初應(yīng)力的壓力表讀數(shù)均不符合預(yù)應(yīng)力施加過程中張拉控制原則，從相對誤差1和2的數(shù)值27.3%和13.6%都超過了

8、7;5%，已說明了這一點。2.2壓力表讀書相對誤差壓力表在施工現(xiàn)場由操作者直接讀數(shù)，精度1.5等級、滿量程60MPa的工業(yè)用壓力表基本形式如右圖所示，每一小格2MPa。正對壓力表讀取2MPa的倍數(shù)尚可，讀取奇數(shù)，甚至十分位讀數(shù)基本可視為不可能讀出來，也就說應(yīng)力有效讀數(shù)為偶數(shù)位。偶數(shù)位讀數(shù)的影響在控制應(yīng)力33MPa時相對誤差為3=1/33=3.0%偶數(shù)位讀數(shù)的影響在2倍初應(yīng)力6.6MPa時相對誤差為3=1/6.6=15.2%2.3千斤頂-壓力表的配套標(biāo)定張拉用的千斤頂與壓力表應(yīng)配套標(biāo)定、配套使用，標(biāo)定時千斤頂活塞的運行方向應(yīng)與實際張拉工作狀態(tài)一致。標(biāo)定時的壓力機(jī)精度應(yīng)達(dá)到1%。標(biāo)定后要根據(jù)標(biāo)定數(shù)

9、值（由右圖中標(biāo)定壓力機(jī)讀數(shù)和提供千斤頂動力的壓力表讀數(shù)）計算出線性回歸方程。計算過程及步驟如下表序號標(biāo)定時施工時內(nèi)插誤差壓力機(jī)讀數(shù)油壓表讀水使用線性回歸方程確定的千斤頂力值KNMPaKN10000215066.193.2%330011.711.34-3.1%445016.416.480.5%560021.621.620.1%675026.326.771.8%790032.531.91-1.8%810503737.050.1%912004242.200.5%10135047.447.34-0.1%內(nèi)插誤差為施工時使用線性回歸方程確定的千斤頂力值與標(biāo)定時壓力機(jī)讀數(shù)之比。根據(jù)： (公式1)得： Y=

10、1.05+0.034289X 取Y=1.05+0.03429X式中：X-千斤頂提供的力值（kN） Y-相應(yīng)的壓力表讀數(shù)（MPa）根據(jù) (公式2)得，該回歸方程的相關(guān)系數(shù)r=0.999752 取r=0.99975該回歸方程的相關(guān)系數(shù)精度較低，僅從對應(yīng)的內(nèi)插誤差來看就比較大。 使用回歸方程確定張拉過程中的控制應(yīng)力、初應(yīng)力和2倍初應(yīng)力其精度就較低。例如,張拉控制應(yīng)力時的油表讀數(shù)為33MPa，該讀數(shù)的內(nèi)插相對誤差為4 =-1.8%；初應(yīng)力時的油表讀數(shù)為3.3MPa時相對誤差暫不考慮；2倍初應(yīng)力時的油表讀數(shù)6.6MPa時，該讀數(shù)的相對誤差約為4=3.2%； 壓力表在張拉控制應(yīng)力時各偏差依據(jù)誤差理論其相對

11、誤差和約為：=(1+3+4)/2式中：1控制應(yīng)力時壓力表精度相對誤差3控制應(yīng)力時壓力表讀數(shù)相對誤差4控制應(yīng)力時壓力表標(biāo)定相對誤差代入，得：=(2.7+3.0+1.8)/2=3.8%<5% 滿足張拉控制原則的要求壓力表在張拉2倍初應(yīng)力時各誤差依據(jù)誤差理論其相對誤差和為=(2+3+4)/2式中：2張拉2倍初應(yīng)力時壓力表相對誤差3張拉2倍初應(yīng)力時讀數(shù)相對誤差4張拉2倍初應(yīng)力時的壓力表內(nèi)插相對誤差代入，得：=(13.6+15.2+3.2)/2=16.0%此應(yīng)力值不會影響張拉控制應(yīng)力，但是它將直接影響實際伸長量，2倍初應(yīng)力時應(yīng)力偏差達(dá)到16.0%的情況下測定的，初應(yīng)力則是在應(yīng)力偏差遠(yuǎn)大于16.0%

12、的情況下測定的，且對應(yīng)變影響非常大。不能滿足應(yīng)變±6%的張拉控制原則。 3.橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土ZN后張系統(tǒng)右圖為橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土ZN后張系統(tǒng)示意圖，張拉千斤頂上安裝有壓力傳感器、位移傳感器，通過導(dǎo)線傳送到油泵；油泵除了提供千斤頂動力源以外還要將應(yīng)力、應(yīng)變的數(shù)值經(jīng)過wifi無線發(fā)射到筆記本電腦。筆記本電腦按照張拉控制原則發(fā)出指令給油泵：加荷至初應(yīng)力持荷15秒記錄伸長量加荷至2倍初應(yīng)力持荷15秒記錄伸長量加荷至控制應(yīng)力持荷300秒持荷中不斷補(bǔ)充荷載至控制應(yīng)力記錄伸長量錨固卸荷。張拉過程的應(yīng)力右圖中上面兩條曲線所示紅、籃分別顯示預(yù)應(yīng)力鋼絞線左右兩臺千斤頂?shù)膽?yīng)力值；上面兩張圖組成對稱張拉應(yīng)力圖

13、。下面兩張圖組成對稱這張拉應(yīng)變圖，紅、籃兩種顏色分別顯示預(yù)應(yīng)力鋼絞線左右兩臺千斤頂?shù)膽?yīng)變值。四張圖完整顯示四臺千斤頂張拉時應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程。計算機(jī)記錄，事后打印，打印結(jié)果如下表所示。4.橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土ZN后張系統(tǒng)的張拉精度設(shè)備標(biāo)稱精度：張拉力精度1%，伸長量測試精度0.1mm。4.1傳感器精度誤差設(shè)備所用壓力傳感器最大量程60MPa，精度0.25%。允許基本誤差絕對值為 PZN=60*0.0025=0.15MPa當(dāng)工程預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力為33MPa，其相對誤差為01=0.15/33=0.5%當(dāng)張拉2倍初應(yīng)力時壓力表讀數(shù)為6.6MPa，其相對誤差為 02=0.15/6.6=2.3% 4.2傳感

14、器讀數(shù)誤差 傳感器直接通過顯示器顯示讀數(shù)，不涉及讀數(shù)相對誤差。因此，03=0%03=0%； 4.3千斤頂-傳感器配套標(biāo)定某千斤頂-傳感器標(biāo)定結(jié)果列表如下根據(jù)（公式1）得： b=0.017301168a=0.074706806且： Y=0.074706806+0.017301168X 取Y=0.07+0.01730X式中：X-千斤頂提供的力值（kN） Y-相應(yīng)的壓力表讀數(shù)（MPa）根據(jù)（公式2） 得，該回歸方程的相關(guān)系數(shù)r=0.99999853 取r=1.00000 由于壓力傳感器（精度0.25%）替代了壓力表(精度1.5%)，所以千斤頂和傳感器配套標(biāo)定回歸方程的相關(guān)系數(shù)精度較高，僅從對應(yīng)的內(nèi)插

15、誤差來看就比較小。 使用回歸方程確定張拉過程中的控制應(yīng)力、初應(yīng)力和2倍初應(yīng)力其精度就較高。例如,張拉控制應(yīng)力時的讀數(shù)為33MPa，該讀數(shù)的內(nèi)插相對誤差為04 =-0.1%；2倍初應(yīng)力時的油表讀數(shù)為6.6MPa時，該讀數(shù)的相對誤差約為04=0.5%； 張拉控制應(yīng)力時，應(yīng)力偏差并根據(jù)誤差理論其相對誤差和約為：0=(01+03+04)/2 式中：01控制應(yīng)力時傳感器精度相對誤差03控制應(yīng)力時傳感器讀數(shù)相對誤差04控制應(yīng)力時傳感器標(biāo)定相對誤差0=(0.5+0+0.1)/2 =0.3%<3.8%<5% 滿足張拉控制原則的要求張拉2倍初應(yīng)力時各類偏差并根據(jù)誤差理論其相對誤差和約為0=(01+0

16、3+04)/2式中：012倍初應(yīng)力時傳感器精度相對誤差032倍初應(yīng)力時傳感器讀數(shù)相對誤差042倍初應(yīng)力時傳感器標(biāo)定相對誤差0=(2.3+0+0.5)/2=1.4%<5%<16%張拉2倍初應(yīng)力時的測量精度達(dá)到1.4%，遠(yuǎn)高于原張拉工藝的16%。滿足張拉控制原則的要求。橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土ZN后張系統(tǒng)位移傳感器的最大測量值225mm，精度0.13%。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼板尺的測量精度。因此，該張拉系統(tǒng)完全滿足應(yīng)力±5%和應(yīng)變±6%的張拉控制原則，可以確保橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張構(gòu)件質(zhì)量。 5.橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土ZN后張系統(tǒng)的應(yīng)用以某BY橋N6束為例，各段曲線參數(shù)如圖所示。5.1計算理論

17、伸長量列表計算理論伸長量如下表所示。其中實測鋼絞線彈性模量取195000MPa，摩擦系數(shù)k取0.0015，取0.17，計算結(jié)果與設(shè)計給定值如右圖右下角伸長量完全一致。橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土后張工藝對孔道的要求非常重要，應(yīng)力損失的大小與其相關(guān)。鋼絞線與孔道在直線段和曲線段的局部偏差對摩擦的影響系數(shù)k以及曲線段鋼絞線與孔道壁的摩擦系數(shù)通過下式可計算鋼絞線在孔道中的平均力： 式中： 預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力（N） P 預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力（N） x 從張拉端至計算截面的孔道長度（m） 從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad）k孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，取0.0015預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁的摩擦

18、系數(shù)，取0.17在孔道安裝中做到了安裝坐標(biāo)允許偏差順橋長方向30mm，梁高方向10mm，理論伸長量的計算中采用的摩擦系數(shù)才有效，才能使得實際伸長量和理論伸長量接近。另外，本例中影響系數(shù)k和摩擦系數(shù)采用使得理論伸長量計算結(jié)果與設(shè)計值完全一致，下一步要使張拉后實際伸長量與理論伸長量接近的必要條件有四。一是孔道安裝正確；二是穿束不纏繞；三是計算與實測彈性模量一致、準(zhǔn)確；四是張拉工藝符合后張工藝要點。5.2孔道安裝如右圖所示，該束5、6段施工中孔道安裝直線平直，曲線圓順，符合后張預(yù)應(yīng)力管道安裝坐標(biāo)允許偏差順橋長方向30mm，梁高方向10mm的要求。5.3穿束預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)采取整束穿入孔道工藝，穿入孔道

19、前應(yīng)先編束。編束時應(yīng)將鋼絞線逐根理順，防止纏繞，并應(yīng)每隔1.5m捆綁一次，使鋼絞線束綁扎牢固、保持順直進(jìn)入孔道。避免鋼絞線互相纏繞是提高張拉應(yīng)力精度的必要條件。5.4張拉如第9頁張拉記錄表N6-4、N6-5(張拉儀1、張拉儀2、張拉儀3、張拉儀4行)所示。 （1） 張拉控制力時應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)值如下表所示： 第四行程100%設(shè)計張拉控制力(kN)應(yīng)力偏差（%）總伸長量(mm)理論伸長量(mm)延伸量誤差(%)2273.10 2281.10 -0.4 485.70 474.00 2.47 2287.40 0.3 2272.50 -0.4 474.60 474.00 0.13 2278.80 -0.1 應(yīng)力偏差最大0.4%<±5%,應(yīng)變偏差最大2.47%<±6%，滿足張拉控制原則。 （2）4臺千斤頂之間同步張拉力 序號記錄項目初始行程15%第一行程30%第二行程45%第三行程45%第四行程100%1張拉力(kN)340.1 679.5 10