预应力连续梁智能化技术应用

摘要

预应力连续梁由于刚度强、适用于大型连续桥，在目前长距离、大跨度的路桥建设中起着重要作用。但预应力连续梁的传统预应力张拉压浆施工工艺不规范、缺乏有效的压浆质量控制手段。文章介绍智能张拉、压浆的工作原理及特点，结合工程实例，介绍了该智能化技术在实际中的运用情况，体现了智能化技术在预应力连续梁中应用的高精度同步性等优势，促进该施工技术的应用推广。关键词预应力连续梁；智能张拉技术；智能压浆技术一、前言传统预应力连续梁张拉压浆工艺普遍存在精度低、预应力损失严重、压浆不够密实、结构易受腐蚀等质量问题，致使路桥的质量安全可靠性能以及使用年限受到了严重影响[1, 2]计算机对参数进行计算，包括“伸长量”、“控制力”等参数，将结果转化为电信号传送到油泵电机，驱动千斤顶进行张拉，同时传感器实时监测千斤顶收到的反力反馈回主控计算机，形成闭合控制回路，计算机根据数据分析，传输指令到油泵，调整转速，保证质量[6]。。在当今计算机技术的影响下，传感技术的开拓和网络技术的开发为预应力连续梁施工带来了革新方向。通过传感技术与网络功能的结合，使预应力连续梁施工从以往的单靠人工的模式逐渐向施工智能化改进，使预应力张拉和压浆的全过程实现智能化控制，减少了工序中人为因素导致的误差，保证了结构的安全和耐久性。（三）智能张拉工艺特点1. 施加应力精度高。通过油压传感器，准确读取压力值，预应力值误差范围相比起传统张拉缩小了一个数量级[7, 8]，避免了由于人工读取油压值造成的误差。2. 控制及时。采用位移传感器结合计算机，代替传统的钢尺二、智能张拉工艺（一）智能张拉系统简介预应力连续梁的张拉过程智能化依靠智能张拉系统来实现。计算机作为主控部分，由其来控制油泵和千斤顶，辅助性构件包括工具锚、限位板、油管以及信号传统线路等。采用计算机代替人工控制，多个环节都比传统张拉技术精确度高，避免了人工操作误差，解决预应力损失问题，提高效率，实现工程建设的高精度和高质量目标。但智能化带来了高质量和便捷以外，还伴随着一定的问题，如计算机程序设定缺陷、信号传输问题以及传感器设备故障等。[5][4][3]测量与人工测量计算方式，自动进行伸长量的校核，实时控制张拉应力，监测伸长量，确保张拉的高精度以及高质量[9]。3. 张拉对称性和同步性高。通过计算机同时控制多台千斤顶[10]，代替了每台千斤顶配置1名操作工人的模式，实现同步与对4. 减少有效预应力的损失。采用传感技术和自动化控制技称，确保精度要求。术，对预应力值进行直接的实时测控，避免了人工间接测定以及调整控制滞后的现象，克服了加载速率过快、持荷时间过短的问题[11]，使停顿点、持荷时间以及加载速率等达到要求，致使有效预应力的损失减少。5. 智能化实时监控。结合网络设备及技术，具备远程操作与监控功能，突破时间和地域空间限制，提供便捷，对全过程进行监测与调整[12]，解决传统张拉中对张拉工艺质量以及状况的难以掌握问题。（二）工艺原理从自动化角度上分析，智能张拉系统工艺流程遵循闭合回路控制原理。闭合控制回路如图1所示。 三、智能压浆工艺（一）智能压浆系统简介智能化压浆施工依靠集自动化技术以及传感技术于一身的智能压浆系统来完成。智能压浆系统主要由进出浆口测控箱和主控机组成[13]，智能压浆过程无需人工，实现智能化施工操作。传统图1 智能张拉系统作业图DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.03.02986压浆普遍存在压浆不够密实，管内存有空气，使得钢筋与水泥浆之间存在缝隙，导致钢筋与钢绞线等容易在渗入缝隙的水和空气作用下被锈蚀。而智能压浆系统通过构建管道循环回路，基于闭合控制回路，准确调控管内的压力何流量，提高密实度，减缓锈蚀作用 [14]。（二）智能压浆工艺原理智能压浆系统是在传统压浆部件的基础上，计算机作为桥梁，借助传感器，协调制浆和压浆，建立控制层面上的控制回路以及工艺构建层面上的浆液循环回路（如图2）。电信号一方面传送到制浆电机搅拌转速上，一方面驱动压浆操作；同时通过安装在预应力管道进、出浆口上的密度、压力、流量等传感器反馈的数据调控进出浆口阀门的开启度，实现智能化控制，自动完成压浆和保压过程[15]，减少人工干预，提高压浆密实度。 图2 智能压浆工艺原理简图（三）智能压浆工艺特点1. 实现循环回路排气。具有一定的循环性，浆液从管道出浆口流至存储桶，再从进浆口压入管道内，形成循环回路[5]。在循环过程中排出杂志，避免空洞现象，提高钢绞线耐腐蚀性。2. 实时测量与调节。实时自动测量，对流量、水胶比例、压力值进行准确测定，根据实时数据调控，确保在稳压期间补充浆液，提高压浆密实度，按施工要求勾兑比例自动加水，科学地调整加水量。3. 实现同时压住双孔。实现单次双孔同时压注[16]，浆液从位置较低的孔压入，再从位置较高的孔压出，降低劳动成本和时间成本，成倍地提高施工效率和施工质量。4. 高效制浆。制浆过程和压浆过程结合，其制浆转速可达1420r/min，叶片线速度达到10m/s以上[13]，实现高效制浆，并通过计算机实现智能化控制。Exchange Platforml5. 人为误差小。用计算机代替最原始的单一人为操控过程，准确检测系统内部参数，对系统外部参数如环境温度等实时测量，通过通讯功能，方便监控和操作。四、智能化技术应用（一）工程概况某立交主线桥分左、右两幅桥设计，全桥长左幅为496.15m（右幅为494.15m），全桥由五联桥组成，宽度均为13.25m，其中分跨为4×30m+2×（3×30）m，梁高为1.5m。现浇主梁的纵向预应力钢束均布置在腹板内，采用12-7Ф5和9-7Ф5钢绞线，并且采用两端张拉，如图3所示。 图3 箱梁钢绞线布置剖面图（二）钢绞线智能张拉具体操作流程如下：（1）打开计算机连接无线网络控制油泵，启动油泵，排除油路内的空气。（2）点击计算机开始程序，进入智能张拉操作界面，张拉端油缸缓缓进油。（3）设定达到初应力时，油压读数为10%σcon，待张拉油路油压升压，直至达到初应力相对应的油压时，测量油缸活塞的伸长量，作好标记，然后调整工具锚夹片，使其打紧，调节高度千斤顶，放松倒链，至其自然受力。（4）油泵按五级加载过程依次上升油压，分级方式依次为20%（应力即计算伸长值的起点）、20%、40%、60%、80%、100%，并对每一级进行测量和记录，测量每一级张拉后的活塞伸长值的读数，并随时检查伸长值与计算值的偏差。（5）点击计算机卸载程序，油泵缓慢卸压，当压力值至初应力所对应的油压时，收紧倒链，不使千斤顶下滑，直至油压为0。此时钢绞线整齐地锚固在工作锚上。（6）分析各记录数值，发现问题及时分析原因并处理完毕后，即可进行拆御操作。伸长量全部满足规范要求，具体数据见表1，允许误差为±6%。87交流平台Exchange Platforml表1 钢绞线伸长量对照表（单位：cm）钢束编号理论伸长量实际伸长量差值%N145.647.23.4N145.647.03.1N244.443.5-2.1N244.445.01.3N345.246.12.0N345.246.22.2（三）大循环智能压浆(1) 制浆。物料水泥和压浆剂自动称量并上料，计算机控制用水量，使水胶比控制在0.26~0.28，计算机驱动电机，拌制5min，实时测定流动度为12-15S，制浆量最少满足3个孔道用量，并储存在储浆桶。同时，制作压浆试件。（2）采用循环压浆模式，以一片25m梁作为试验梁，进行试验。（3）根据施工规范，结合智能压浆系统操作指南，进行压浆操作：① 用洁净水将孔道中杂质清理干净；② 浆液通过进浆口泵入管道，传感器实时监测反馈压力和流量信息，计算机及时调控，将管道内空气通过间隙排出；③ 出浆口最低压力值保持不小于0.5MPa，排出浓浆5s后关闭出浆口，稳压3~5min；(4) 压浆龄期到达后对试验梁进行超声波无损检测，检测结果饱满密实率达96%。将这片梁切成9片，做切片检查，发现出浆口40cm之间有空洞，其余断面密实饱满。(5) 根据试验结果，对压浆工艺进行研究分析，并做出调整。出浆口有空洞的原因，主要是由于浆液中游离水散，造成浆液回缩，采取的方案措施为：将设备压浆压力调至1.0MPa，保压时14~17min，直至出浆口处钢绞线间隙泌水不能喷射。经过调整，箱梁出浆口饱满密实，经无损检测密实程度达到99%。五、结语智能化技术运用在路桥建设中，克服传统张拉和传统压浆施工工通病，为提高路桥结构的安全、耐久与稳定性能奠定了基础。从本文工程实施效果可看出，智能张拉通过程序自动控制整个张拉过程，实现预应力张拉全程的实时跟踪与控制，及时纠错，相比传统工艺，不仅具有更高的精确度，还能实现张拉力与伸长量的“双控”和同步对称张拉。而智能压浆工艺能够有效提高压浆的密实度，增强结构的耐久性能，实现实时监控。智能化技术一方面借助计算机提高施工质量，另一方面能通过网络技术88实现施工过程的实时监控，值得未来在实际工作过程中逐步推广、发展以及运用。今后在施工过程中，更应该重视对相关经验的总结分析，进一步开拓智能化技术在路桥甚至更广阔的施工区域中的应用。C参考文献： [1] 顾俊，唐春刚. 预应力混凝土箱梁智能张拉与压浆施工工艺在大跨径跨河桥中的应用[J]. 教育教学论坛. 2015(39): 93-94. [2] 杨文华. 大尺度转向等截面连续梁单向张拉施工技术[J]. 国防交通工程与技术. 2015(S1): 99-100. [3] 邵梦媛. 预应力智能张拉、压浆施工技术应用[J]. 城市建设理论研究（电子版）. 2015(30): 608-609. [4] 柯所安，沈学军. 桥梁工程中预应力智能张拉的施工技术[J]. 江西建材. 2016(15): 174-179. [5] 王永彬，范增彩. 大跨径现浇连续梁预应力智能张拉技术研究[J]. 城市建设理论研究（电子版）. 2014(22): 5325-5326. [6] 吴军. 智能张拉和智能压浆技术在后张法预应力混凝土箱梁中的应用[J]. 公路交通科技(应用技术版). 2015(10): 207-208. [7] 李冠霖. 公路桥梁建设中预应力智能张拉施工[J]. 交通世界. 2013(19): 226-227. [8] 林路宇. 预应力智能张拉系统在现浇箱梁中的应用[J]. 四川建材. 2015(2): 217-218. [9] 史立恒. 预应力智能张拉与压浆技术在T梁施工中的应用[J]. 交通世界. 2016(19): 74-75.[10] 李峰泉. 预应力全自动智能张拉系统设计研究[J]. 新技术新工艺. 2015(06): 92-94.[11] 张天喜. 预应力箱梁智能张拉施工控制[J]. 山西建筑. 2014(01): 189-190.[12] 沈新慧. 浅析智能张拉系统在预应力桥梁施工中的应用[J]. 中国新技术新产品. 2013(08): 54-56.[13] 宗继春. 智能压浆在三淅高速中的应用[J]. 中国科技纵横. 2014(20): 114-115.[14] 李智，叶子军. BGM2000桥梁预应力管道智能注浆控制仪研究[J]. 湖南交通科技. 2013(01): 60-62.[15] 王燕. 浅析智能压浆技术在桥梁施工中的应用[J]. 江苏科技信息. 2015(02): 62-63.[16] 顾小娟，黄辰. 预应力智能张拉压浆施工方案的优化与实施[J]. 产业与科技论坛. 2015(21): 57-59.