葉建波，王建立，齊廣超，張志國(guó)

(1.石家莊鐵道大學(xué) 石家莊市 050043；2.河北省公路工程質(zhì)量安全監(jiān)督站 石家莊市 050091)

1 概述

橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的控制直接關(guān)系到橋梁建設(shè)的成敗。影響預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工質(zhì)量的因素之一就是有效預(yù)應(yīng)力的控制，常見(jiàn)問(wèn)題一種為有效預(yù)應(yīng)力不足，另一種為有效預(yù)應(yīng)力過(guò)度。預(yù)應(yīng)力不足可能會(huì)導(dǎo)致梁體剛度不足下?lián)隙_(kāi)裂；預(yù)應(yīng)力過(guò)度會(huì)導(dǎo)致橋梁上拱過(guò)度或預(yù)應(yīng)力筋提前斷裂，甚至出現(xiàn)脆性破壞?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》實(shí)施手冊(cè)中對(duì)預(yù)應(yīng)力控制不準(zhǔn)帶來(lái)的危害進(jìn)行了明確說(shuō)明，并從使用和安全角度出發(fā)，指出：“為使預(yù)應(yīng)力能最有效地發(fā)揮作用，就必須在結(jié)構(gòu)中建立與設(shè)計(jì)值相符的、準(zhǔn)確的預(yù)應(yīng)力值?！?/p>

關(guān)系到橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的因素很多，就施工工藝而言，除梁體強(qiáng)度要求達(dá)到規(guī)定的齡期及彈性模量外，預(yù)應(yīng)力筋彈性模量的取值、錨具的質(zhì)量、管道摩阻系數(shù)的準(zhǔn)確度、張拉設(shè)備自身的精度等級(jí)以及張拉工藝的合理性等都會(huì)影響到預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量，對(duì)影響施工質(zhì)量的因素逐一進(jìn)行控制就成了橋梁施工行業(yè)急待解決的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)橋梁預(yù)應(yīng)力諸多影響因素分析，目前影響其質(zhì)量的關(guān)鍵是預(yù)應(yīng)力的施加過(guò)程，無(wú)論是現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的傳統(tǒng)人工控制張拉方法，還是近幾年出現(xiàn)并普遍運(yùn)用的“智能張拉”，都沒(méi)有很好地解決有效預(yù)應(yīng)力控制的問(wèn)題。

目前市場(chǎng)上張拉設(shè)備混雜，有傳統(tǒng)的張拉作業(yè)方式，也有國(guó)內(nèi)新發(fā)展的采用“智能張拉”設(shè)備施工的方式。傳統(tǒng)的張拉作業(yè)方式與采用“智能張拉”設(shè)備施工的方式都是在供油端單點(diǎn)測(cè)量液壓系統(tǒng)壓力轉(zhuǎn)換為張拉力的方式。傳統(tǒng)的張拉方式，摻入了大量的人工干預(yù)，操作過(guò)程繁雜，測(cè)量精度低，難以保證張拉的質(zhì)量，張拉效率低下?！爸悄軓埨狈绞奖苊饬巳斯じ深A(yù)，測(cè)出的數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的張拉方式更為精準(zhǔn)。但無(wú)論傳統(tǒng)的張拉作業(yè)方式還是“智能張拉”方式，多是采用液壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行張拉力的換算，存在著張拉力的測(cè)量方式受千斤頂摩阻變化及液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的問(wèn)題，需要頻繁標(biāo)定，現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性不好等諸多缺陷。為改進(jìn)目前“智能張拉”存在的技術(shù)缺陷，最近開(kāi)始采用由測(cè)力傳感器直接控制張拉力的新一代產(chǎn)品，這項(xiàng)技術(shù)隨生產(chǎn)實(shí)踐日趨走向成熟。但與推廣應(yīng)用不相協(xié)調(diào)的是，目前還缺少對(duì)智能張拉體系進(jìn)行檢驗(yàn)的統(tǒng)一規(guī)定和檢驗(yàn)方法，施工單位也不熟悉，缺少現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，出現(xiàn)了張拉數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，可靠性難以得到保證，甚至因盲從推廣而導(dǎo)致個(gè)別工地出現(xiàn)因預(yù)應(yīng)力張拉失控而造成的嚴(yán)重工程事故，因此，有必要建立一套智能張拉設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的體系和方法，以促使該項(xiàng)技術(shù)逐步走向規(guī)范化。

2 智能張拉設(shè)備檢驗(yàn)體系

2.1 體系組成

智能張拉設(shè)備各精度檢驗(yàn)在鋼制模擬梁上進(jìn)行，鋼梁兩端安裝有輪輻式測(cè)力傳感器，組裝件按圖1的裝置進(jìn)行安裝，鋼絞線數(shù)量應(yīng)根據(jù)張拉力的預(yù)設(shè)目標(biāo)值選定，鋼絞線有效長(zhǎng)度不少于3m，鋼絞線應(yīng)平行順直，工具夾片應(yīng)均勻預(yù)緊。安裝時(shí)千斤頂應(yīng)預(yù)伸長(zhǎng)適當(dāng)長(zhǎng)度，以便卸頂。通過(guò)待檢驗(yàn)的智能張拉系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)全過(guò)程加載和持荷，并記錄數(shù)據(jù)，由傳感器記錄同時(shí)張拉力。

2.2 檢測(cè)用傳感器

根據(jù)規(guī)范對(duì)后張法橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量要求的規(guī)定，要求自動(dòng)張拉系統(tǒng)控制精度要在1%以上，國(guó)家常規(guī)的計(jì)量檢定規(guī)程要求傳感器的精度最少要高于系統(tǒng)顯示精度2倍以上，所以傳感器的精度要求大于0.5%。檢測(cè)用傳感器至少應(yīng)比張拉用傳感器再高一個(gè)等級(jí)，因此采用輪輻式測(cè)力傳感器作為標(biāo)準(zhǔn)器具，精度0.3%F.S，量程 3000kN。傳感器必須經(jīng)過(guò)國(guó)家計(jì)量部門的檢定，并在有效期內(nèi)。為考察傳感器工作性能的穩(wěn)定性，通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了研究。

(1)輪輻傳感器升降溫試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：

①將輪輻傳感器放入干燥箱或冰柜，升溫最高溫度設(shè)定為50℃，降溫最低溫度設(shè)定為-20℃。

②傳感器整體均勻達(dá)到設(shè)定溫度后取出，并快速與千斤頂進(jìn)行組裝。

③組裝完畢加載與500t柱式傳感器反力架進(jìn)行數(shù)值比對(duì)，每次進(jìn)行三個(gè)循環(huán)加載。

升降溫加載對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

表2 降溫對(duì)比試驗(yàn)(單位：kN)

由以上升溫、降溫試驗(yàn)可以得出，最大相對(duì)誤差均在±1.0%以內(nèi)，表明傳感器具有良好的溫度穩(wěn)定性。

(2)張拉精度試驗(yàn)

試驗(yàn)在模擬鋼梁上進(jìn)行，將兩個(gè)千斤頂A1、B1分別安裝到模擬鋼梁兩端，穿入9根鋼絞線，兩端同步張拉，分3個(gè)階段進(jìn)行張拉，分別為0.4級(jí)(600kN)、0.6級(jí)(900kN)、1.0級(jí)(1500kN)，每個(gè)階段的保壓時(shí)間為60s，記錄讀數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明：輪輻式測(cè)力傳感器的力值示值與實(shí)際力值的偏差的平均值為0.71%，最大值為0.89%，其荷載準(zhǔn)確性在1.0%以內(nèi)。

表3 張拉階段對(duì)比

(3)測(cè)力傳感器偏載性試驗(yàn)

分別在不同角度上，設(shè)置5mm、10mm、15mm、20mm、25mm偏心值，對(duì)應(yīng)的荷載偏心系數(shù)分別為0.11%、0.16%、0.23%、0.32%、0.44%，在偏心狀態(tài)下進(jìn)行加載試驗(yàn)，考察輪輻式測(cè)力傳感器在偏載工況下的可靠性，加載結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 偏載工況下試驗(yàn)對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果表明： 偏心加載下，穿心輪輻式傳感器測(cè)力示值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的相對(duì)誤差最大在0.72%以內(nèi)，表明偏載加載其仍具有較好的穩(wěn)定性。

通過(guò)以上試驗(yàn)表明：采用穿心輪輻式傳感器，具有低外型結(jié)構(gòu)，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，對(duì)作用力位置的變化不敏感，抗偏載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以在智能張拉設(shè)備檢測(cè)中應(yīng)用。

3 檢測(cè)方法

3.1 張拉力示值精度檢測(cè)

張拉力示值精度表示張拉設(shè)備控制數(shù)據(jù)與目標(biāo)值之間的差值，是保證張拉過(guò)程數(shù)據(jù)可靠的前提。檢測(cè)張拉力示值精度的預(yù)設(shè)目標(biāo)值為不低于張拉設(shè)備額定荷載0.8倍，按預(yù)設(shè)目標(biāo)值20%、40%、60%、80%、100%分5級(jí)逐級(jí)加載，其中，前4級(jí)加載到位后持荷15s，第5級(jí)加載到位后持荷3min。張拉系統(tǒng)自動(dòng)記錄全過(guò)程的張拉力數(shù)據(jù)。重復(fù)試驗(yàn)3次，分別進(jìn)行示值精度評(píng)價(jià)。

智能張拉設(shè)備張拉力的示值精度通過(guò)張拉力值偏差率表示，為持荷過(guò)程中張拉力示值與目標(biāo)值偏差的最大值除以目標(biāo)值的百分?jǐn)?shù)，用δc表示，其計(jì)算方法如下：

δc=│Xi-Pi│max/Pi×100%

式中：Xi—第i測(cè)點(diǎn)待校驗(yàn)張拉系統(tǒng)的張拉力顯示值，單位：kN；

Pi—第i測(cè)點(diǎn)測(cè)力傳感器示值，單位：kN。

張拉力示值精度應(yīng)能滿足在±0.5%以內(nèi)。

3.2 張拉設(shè)備控制精度及重復(fù)性檢測(cè)

張拉設(shè)備控制精度是張拉數(shù)據(jù)穩(wěn)定、不漂移波動(dòng)，在重復(fù)多次加載后仍能保持穩(wěn)定的性能。其間接反映的是智能張拉系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在模擬鋼梁上設(shè)備安裝完畢后，輸入模擬張拉工藝參數(shù)，啟動(dòng)自動(dòng)張拉設(shè)備加載，模擬三階段張拉過(guò)程，進(jìn)行張拉設(shè)備控制精度測(cè)試，重復(fù)5次以上。測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄各階段系統(tǒng)張拉力值和測(cè)力傳感器的最小和最大力值，智能張拉設(shè)備張拉力指示器(測(cè)力儀示值)最小或最大示值與設(shè)計(jì)張拉力目標(biāo)示值的差值的最大值除以設(shè)計(jì)張拉力目標(biāo)值為控制精度。張拉設(shè)備控制精度應(yīng)在±1.5%以內(nèi)，判定時(shí)有一個(gè)階段不合格，即判定設(shè)備為不合格。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)提出的檢測(cè)及判定方法，對(duì)河北省在建高速公路開(kāi)展了預(yù)應(yīng)力智能張拉設(shè)備的檢測(cè)工作，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在用的以油壓傳感器反推張拉力的智能張拉設(shè)備無(wú)法滿足精度要求，必須采用測(cè)力傳感器方式進(jìn)行控制才能達(dá)到現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》精度要求，促進(jìn)了廠家設(shè)備的升級(jí)換代，為預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制提供了保障。