桥梁预应力结构张拉、压浆智能化施工成套技术PPT文档格式.ppt
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国内某大桥运行仅10年后,主桥箱梁腹板开裂,中间三跨跨中底板横向贯穿开裂,跨中下挠严重。
大桥最终于2005年拆除。
桥梁拆除后的截面预应力管道压浆质量存在严重缺陷某桥爆破拆除后的照片纵向主梁预应力管道压浆严重不饱满,50%孔道钢束完全未被水泥浆包裹,30%孔道存在部分空洞。
某市二环路改造工程某立交桥拆除现场-现浇连续箱梁拆除剖面图对某大桥(主跨796.0m预应力混凝土箱梁)进行检测:
每跨箱梁内腹板存在裂缝,共发现裂缝194条,裂缝宽度大部分在0.1mm0.5mm,裂缝长度在0.3m3.0m。
与桥梁行车方向夹角为3060。
1.部分简支空心板梁端部腹板有百余条斜裂缝;
2.部分预应力简支梁底中部、端部存在1条或多条的纵向或斜向裂缝;
3.肋板式连续梁底板均有16条纵向、斜向裂缝;
4.肋板式连续梁横隔板均有16条斜裂缝,呈“八”字型。
15结构受损结构受损桥梁垮塌桥梁垮塌产生结构裂缝钢绞线锈蚀留下质量隐患威胁桥梁安全的关键因素如下张拉质量差施工质量通病压浆不饱满16原因一:
预应力张拉不合格在使用的预应力桥梁中发现,有相当数量的箱梁在顶板、腹板、底板、横隔板以及齿块等部位出现了各种不同形式的裂缝,其中箱梁腹板裂缝最为普遍和严重。
同样,预应力简支梁板在运行中大量出现底板、腹板裂缝,承载能力下降。
17有效预应力偏小,预应力度不足,结构过早出现裂缝,下挠超限。
有效预应力偏大,可能导致预应力筋安全储备不足,结构过大变形或裂纹,甚至脆性破坏。
有效预应力精度不够18重力活载作用结构下挠开裂施加预应力使梁体上拱实际运营中受组合作用19概念:
孔道内各绞线受力不均匀和同一断面各孔道受力不均。
有效预应力不均匀将导致预应力筋的早期疲劳,危及桥梁使用寿命。
有效预应力大的钢筋承受了本应该所有预应力筋承受的力,这样有效预应力大的钢筋在使用阶段逐渐屈服,梁体也随之下挠。
有效预应力不均匀度大20原因二:
孔道压浆不密实1、压浆工艺不能保证管道充盈;
2、浆液质量差,水胶比大,泌水;
3、管道堵塞。
21电化学腐蚀坏蛆效应应力腐蚀承载能力下降甚至散失锈蚀22张拉导致碳晶体重新分布,晶体间隙变大,空气和水极易进入,引起钢绞线锈蚀,是为应力腐蚀。
一旦发生锈蚀,锈蚀速度约是非应力状态下的6倍。
原电池反应23电化学腐蚀,空气和水,氧化还原反应。
原因三:
预应力施工质量通病预应力施工质量通病主要体现在:
张拉强度和时间失控;
断丝、滑丝;
锚下开裂、下陷;
绞线在孔道内缠绕;
多穿或少穿绞线;
锚夹具质量差;
砼质量、材料质量等问题。
有问题并不可怕,可怕的是这些问题被隐瞒,将给结构留下了很大质量、安全隐患。
这些原因导致了我们的桥梁如此“短命”和“脆弱”,给我们留下了一个难题。
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如何让中国桥梁更安全26据此,2011年,由交通运输部公路科学研究院、交通运输部工程质量监督局牵头,湖南联智桥隧技术有限公司参加的西部科技项目公路工程质量安全过程控制智能化与远程监控技术研究将智能张拉和压浆技术作为子课题进行深入研究,研发预应力张拉与压浆智能化成套技术,提高桥梁安全性和耐久性。
2012年5月20日,课题成果在昆明通过了由交通部组织科学技术成果鉴定,成果被认定为“国际先进水平”。
2012年10月至2013年7月,中铁一局物贸公司与湖南联智桥隧在沪昆高铁进行铁路预应力桥梁智能张拉应用课题研究,得到了技术中心领导的高度重视和支持并取得阶段性成果。
2014年5月,铁路总公司委托中国铁道科学研究院、湖南联智桥隧技术有限公司、郑徐铁路客运专线有限公司等相关单位进行铁路桥梁预应力自动张拉系统应用技术研究。
目前,专项课题研究已经取得初步成果并得到总公司领导大力支持和高度认可。
结合课题研究成果,课题组正在编制铁路桥梁预应力自动张拉技术条件和验收标准,下一步将在全路范围进行推广应用。
同时,制定基于梁场的预应力施工质量数据接入总公司BIM平台的解决方案。
2.预应力智能张拉技术2.1传统张拉工艺压力表读取张拉力手动驱动油泵钢尺测量伸长值人工记录张拉数据量测伸长值,存在安全隐患记录数据,人为因素影响数据33通过大量的预应力检测数据分析,发现传统的张拉工艺存在如下主要问题:
伸长值测量不及时不准确张拉力误差过大,10%张拉过程不规范,损失大人工记录,隐患被掩盖施工过程存在安全隐患34最新公路桥涵施工技术规范(JTG/TF50-2011)关于预应力张拉施工与旧规范的区别:
1、对张拉控制应力的精度提出了具体要求(第、对张拉控制应力的精度提出了具体要求(第7.12.2条第条第2款,款,1.5);
);
2、对对称同步张拉工况张拉力提出了允许误差要求、对对称同步张拉工况张拉力提出了允许误差要求(见第(见第7.12.2条第条第1款,款,2);
3、注重结构建立合格的有效预应力,对有效预应力、注重结构建立合格的有效预应力,对有效预应力偏差提出了具体要求(见第偏差提出了具体要求(见第7.12.2条第条第3款,款,5;
第第7.6.3条第条第2款);
款);
4、延长了锚固持荷时间,由以前的、延长了锚固持荷时间,由以前的2分钟延长到分钟延长到5分钟(见第分钟(见第7.12.2条第条第2款);
5、重视有效预应力的均匀度,强调采用梳编整体穿、重视有效预应力的均匀度,强调采用梳编整体穿束工艺防止钢绞线缠绕。
(见第束工艺防止钢绞线缠绕。
(见第7.12.2条第条第3款;
第款;
第7.2.7条;
第条;
第7.8.3条第条第2款)款)35系统结构图2.2预应力智能张拉技术概要工作原理预应力智能张拉技术是指采用计算机、通信、控制、液压等现代技术对预应力整个张拉过程进行控制,不受人为因素干扰,全过程按规范要求自动完成的预应力张拉工艺。
其中预应力智能张拉系统以张拉力控制为主,伸长量误差为校对指标。
37系统能精确控制施加的预应力力值,将误差范围由传统张拉的10缩小到1。
(2011版桥涵施工技术规范7.12.2第2款规定“张拉力控制应力的精度宜为1.5”该系统具有两个独立的力值测量系统,能够相互矫正,保证测力精度)
(1)、精确施加张拉控制应力张拉方式数据总量误差1.5%以内数据个数(百分比%)误差1.5%以外数据个数(百分比%)张拉力相对误差均值张拉力相对误差均方差传统张拉602(3.3%)58(96.70%)4.68%1.32%智能张拉7272(100%)00.70%0.42%张拉力精度对比分析
(2)、实时校核伸长值误差智能系统可实时采集钢绞线伸长量,自动计算伸长量,及时校核实际伸长量与理论伸长值偏差是否在6%范围内,实现应力与伸长量同步“双控”。
(规范规定“实际伸长值与理论伸长值的偏差应控制在6%以内)伸长值准确度对比分析数据总数(组)最大偏差(mm)最小偏差(mm)平均值(mm)均方差(mm)2641.50.00.480.39(3)、精确实现多顶同步张拉一台计算机控制两台或多台千斤顶同时、同步对称张拉,实现“多顶同步张拉”工艺。
(规范规定“各千斤顶之间同步张拉力的允许误差为2)(4)、消除张拉过程中预应力损失张拉程序智能控制,不受人为、环境因素影响;
停顿点、加载、卸载速率、持荷时间等张拉过程要素完全符合桥梁设计和施工技术规范要求。
(规范规定持荷时间为5分钟)最大限度减少了张拉过程的预应力损失。
张拉过程再现,张拉加载力、伸长量、加载速率、停顿点、张拉过程再现,张拉加载力、伸长量、加载速率、停顿点、持荷时间等张拉要素真实记录,一览无余,永久追溯。
持荷时间等张拉要素真实记录,一览无余,永久追溯。
(5)、精确智能锚固功能张拉结束后,缓慢卸载,自动测量锚固回缩值,计算预应力损失。
降低了传统瞬间卸载带来的一系列安全隐患,如滑丝、断丝等风险。
(6)、远距离施工质量同步管理功能预应力张拉施工关键数据,实时、在线、高标准控制。
采用B/S架构设计的数据平台,用户根据权限可随时查看管理相应的施工情况,及时动态掌握现场情况。
(7)、远程故障诊断维护功能核心部件采用工备结合设计模式,可远程实时掌握设备的运行状态,提前发现问题,提前解决问题,保障顺利施工。
张拉力值、伸长值、伸长值误差、回缩值、同步率等关键数值在记录表中均有记录。
减少了内业整理资料的工序。
(8)、自动生成张拉记录表千斤顶类型介绍
(1)、普通穿心式千斤顶
(2)、自动上夹下夹前卡式千斤顶钢索过度套工具锚工具夹片活塞杆缸筒(3)、前置式千斤顶52技术经济比较表技术经济比较表比较内容比较内容传统手工张拉传统手工张拉智能张拉系统智能张拉系统1张拉力精度张拉力精度10%1%2自动补张拉自动补张拉无此功能无此功能张拉力下降张拉力下降1%时,锚固前自动时,锚固前自动补拉至规定值。
补拉至规定值。
3伸长量测量伸长量测量与校核与校核人工测量,不准确,不及时,人工测量,不准确,不及时,未能及时校核,未实现规范未能及时校核,未实现规范规定规定“双控双控”自动测量,及时准确,及时校自动测量,及时准确,及时校核,与张拉力同步控制,实现核,与张拉力同步控制,实现真正真正“双控双控”4对称同步对称同步人工控制,同步精度低,无人工控制,同步精度低,无法实现多顶对称张拉法实现多顶对称张拉同步精度达同步精度达2%,计算机控制,计算机控制实现多顶对称同步张拉。
实现多顶对称同步张拉。
5加载速度与加载速度与持荷时间持荷时间随意性大,加载过快,持荷随意性大,加载过快,持荷时间过短时间过短按程序设定速度加载和持荷,按程序设定速度加载和持荷,排除人为影响排除人为影响6卸载锚固卸载锚固瞬时卸载,回缩时对夹片造瞬时卸载,回缩时对夹片造成冲击,回缩量大成冲击,回缩量大可缓慢卸载,避免冲击损伤夹可缓慢卸载,避免冲击损伤夹片,减少回缩量片,减少回缩量2.3技术经济比较53技术经济比较表技术经济比较表比较内容比较内容传统手工张拉传统手工张拉智能张拉系统智能张拉系统7回缩量测定回缩量测定无法准确测定锚固后回缩量无法准确测定锚固后回缩量可准确测定实际回缩量可准确测定实际回缩量8预应力损失预应力损失张拉过程预应力损失大张拉过程预应力损失大由于张拉过程规范,损失小由于张拉过程规范,损失小9张拉记录张拉记录人工记录,可信度低人工记录,可信度低自动记录,真实再现张拉过自动记录,真实再现张拉过程程10安全保障安全保障边张拉边测量延伸量有人身边张拉边测量延伸量有人身安全隐患安全隐患操作人员远离非安全区域,操作人员远离非安全区域,人身安全有保障人身安全有保障11质量管理与远质量管理与远程监控程监控真实质量状况难以掌握,缺真实质量状况难以掌握,缺乏有效的质量控制手段乏有效的质量控制手段便于质量管理,质量追溯,便于质量管理,质量追溯,提高管理水平、质量水平,提高管理水平、质量水平,实现质量远程监控实现质量远程监控12经济效益经济效益张拉过程需要张拉过程需要6人同时作业人同时作业只需要只需要2人同时作业,一年节人同时作业,一年节约人工费用约人工费用20万元万元左右左右542.4智能张拉应用效果从上图可以看出,延伸量超过6的情况客观存在,只是以前没有被发现,随着加强施工管理,施工质量得到了控制,趋势向好,到3月底时,延伸量误差基本控制在6(红线)范围内,说明应用智能张拉系统让
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