预应力智能张拉压浆工艺在桥梁施工中的应用.docx

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预应力智能张拉压浆工艺在桥梁施工中的应用

分类号密级

UDC编号

工程硕士学位论文

预应力智能张拉、压浆工艺

在桥梁施工中的应用研究

Prestressedintelligenttensioning,

groutingtechnologyApplicationinbridgeconstruction

指导教师

申请学位级别工程领域

论文提交日期论文答辩日期

学位授予单位和日期

答辩委员会主席_______________

评阅人______________

摘要

桥梁结构耐久性是影响桥梁安全、结构寿命的关键因素，上部结构的提前损坏如出现早期下挠、开裂等病害和桥梁安全事故发生是国内交通行业日益关注的问题。

大量预应力桥梁调查和检测表明，预应力桥梁质量隐患主要来源于预应力张拉施工工艺不规范和缺乏有效的压浆质量控制手段，有效预应力的建立直接关系桥梁安全性、可靠性和使用寿命。

如何改进预应力施工技术，如何对桥梁预应力进行有效控制，已经成为亟待解决的重要问题。

本文主要开展了以下三个方面的研究工作：

一是对预应力混凝土结构的基本理论和预应力智能张拉系统实际应用的过程进行了研究，着重论述了智能杠杆理论，并指出了目前传统张拉施工工艺现实状况，以及其中存在的相关问题，对智能张拉系统系统实施的优势进行定位；

二是对预应力智能压浆系统及其应用进行了研究，主要包括了桥梁预应力智能压浆技术工艺流程、工作原理以及主要功能与特点，通过对技术创新的分析，阐述了对传统压浆系统进行改进的必要性；

三是重点对智能张拉以及压浆技术进行了实证分析，对其实际的应用效果进行全面的检验和验证。

本文在明了传统工艺不足的基础上，提出了预应力智能张拉系统和智能压浆系统：

预应力智能张拉系统克服了传统张拉工艺中梳编穿束工艺比较粗糙、张拉力控制误差过大、张拉伸长值测里不准确的弊端，具有能赢取施加应力，及时校核伸长量，便于实现“双控”及对称同步张拉，易于规范张拉过程、减少预应力损失等先进的功能和优点；智能压浆系统克服了传统工艺中封锚及锚垫板安装不规范、流动度不可控、稳压时间不足等缺点，同时提出的利用软件系统只能控制压浆过程，其具有准确控制压力、调节流量，准确控制水胶比，系统集成度高，简单实用等功能和优点。

工程实践表明，在智能张拉系统的工作过程中，其张拉均衡稳定，未出现断丝、滑丝现象，张拉控制应力良好，极好地达到了“双控”和同步张拉的规范要求；进一步的测量结果表明，张拉的伸长值偏差在2.6%～3.5%之间，基本为正偏差，这说明预应力度得到了有效保证。

智能压浆的过程也能有效保证管道浆液内的元气室、气仓，管道内浆液的密实，在对浆液的水胶比、灌浆压力和浆液流量进行严格控制的基础上，能够有效保证灌浆质量。

桥梁预应力采用智能张拉和

智能压浆施工技术，改变了传统的张拉压浆工艺，严格控制预应力张拉的精度和管道压浆的密实度，对提高预应力混凝土的施工质量，提高桥梁结构的耐久性和使用寿命、降低桥梁的寿命周期成本具有重大现实意义。

关键词：

预应力桥梁；智能张拉；智能压浆；桥梁质量、桥梁安全

Abstract

Thebridgestructuredurabilityisakeyfactoraffectingthelifeofbridgeitssafetyandstructure,theearlydamageoftheupperstructuresuchasdeflection,crackingandotherdestroysandbridgeaccidentsareincreasinglyconcernedbythedomestictransportationindusties.Theinvestigationanddetectionshowedthatlargeprestressedbridgeandprestressedconcretebridgequalityproblemsmainlycomefromthesubstandardprestressingconstructiontechnologyandlackingofeffectivegroutingqualitycontrolmethod.Theestablisheffectiveprestressarementofdirectlyconnectedwiththebridgereliabilitysafetyanditslife.Howtoimprovetheprestressedconstructiontechnology,andhowtoeffectivelycontroltheprestressedbridge,havebecomeanimportantproblemtobeurgentlyresolved.

Thispapercarriedouttheresearchworkinthefollowingthreeaspects:

Thefirstoneisthebasictheoryforprestressedconcretestructuresandprestressedintelligenttensioningsystempracticalapplicationoftheprocesswasstudied,emphaticallydiscussingtheintelligentleveragetheory,andpointingoutthatthecurrentrealsituationoftraditionaltensioningconstructiontechnology,andrelatedproblemsamongthem.Theadvantageoftheintelligenttensionsystemimplementationisfited.

Thesecondoneisstudyingoftheprestressedintelligentgroutingsystemanditsapplication,mainlyincludingtheslurryprocess,workingprincipleandthemainfunctionsandcharacteristicsofpressureprestressedintelligentbridge.Throughtheanalysisofthetechnologyinnovation,thenecessityofimprovingthetraditionalgroutingsystemisststed.

Thethirdistheintelligenttensionandgroutingtechnologyareempiricallyassessedanditsactualapplicationeffectiswholelytestedandverified.Basedonthecleartraditionalprocessdefects,theprestressintelligenttensioningsystemandintelligentgroutingsystemareputforward.Theprestressedintelligenttensionsystemovercomesthosedisadvantagessuchas:

thecombcompilingtechnologyintraditionaltensioningprocessthroughbeamprocessisrelativelyrough;tensioncontrolerroristoolarge;thestietch-drawelongationvalueisinauurateThenewsystem’sadvantagesandadvancedfurctionsarethatitcanwintheappliedstress,checkelongationtimelyanditisconvenienttorealizethe"doublecontrol"andsymmetricalandsynchronoustension;easytocorrectthetensionprocessandtoreduceprestressloss.Theintelligentgroutingsystemovercomesthedisadvantagesofthetraditionalprocessofsealinganchor.Theformeranchorplateinstallationisnon-standardandthefluidityisuncontrollable.Thevoltagestabilizingtimeisnotenough.ThesoftwaresystemcanonlybeusedtocontrolthegroutingprocessItsadvantagesareaccuratepressurecontrol,flowregulation,accuratecontrolofwaterbinderratio,highintegration,

simpleandpracticalfunctions.

Engineeringpracticeshowsthat,intheintelligenttensioningsystemworkprocess,thetensionisbalancedandstable.Thereisnobrokenwireandnoslidingfilamentphenomenon.Thetensionstressisgoodanduptotherequirementof"doublecontrol"andsynchronoustensionspecifications;thefurthermeasurementresultsshowthat,tensioningelongationvaluedeviationisbeween2.6%to3.5%,basicallyapositivedeviation.Thatmeansthedynamicsofprestressinghasbeeneffectivelyguaranteed.Theprocessofintelligentgroutingcaneffectivelyguaranteethepipelineslurrywithintheenergychamber,gaschamber,slurrydensity,basedonthestrictcontrolofgroutingpressureandslurryflowrateratio,theslurrywaterglue.Itcaneffectivelyguaranteethegroutingquality.Prestressedbridgeusingintelligenttensionandintelligentgroutingconstructiontechnology,changedthetraditionaltensiongroutingprocess,strictlycontroledthedensityofprestressedtensionprecisionandgroutingpipeline,Thisstudyhasgreatrealiisticsignificanceregardingtheimprovementoftheconstructionqualityofprestressedconcretethedurabilityofbridgestructureanditsservicelife;Itcanalsoreducethecostofthebridge’slife-cycle.

Keywords:

prestressedbridge；intelligenttension；smartgrouting；qualityofbridge；bridgesafety

目录

摘要I

AbstractIII

目录V

第一章概述1

1.1研究背景1

1.2研究意义4

1.3国内外预应力桥梁发展及现状5

1.4本文的研究内容及预期效益8

第二章预应力智能张拉、压浆技术与理论研究10

2.1智能张拉原理11

2.2.1计算要求15

2.2.2张拉控制应力16

2.2.3预应力损失17

2.2智能压浆原理22

2.3.1杠杆原理22

2.3.2智能控制24

2.3.3智能控制与杠杆原理相结合24

2.1预应力基本理论研究24

第三章预应力智能张拉及压浆系统及其应用28

3.1传统张拉施工工艺现状及问题28

3.1.1传统张拉控制技术28

3.1.2传统张拉施工技术存在的问题29

3.1.3传统张拉施工过程常见质量隐患30

3.1.4对传统张拉施工工艺的评价32

3.2预应力智能张拉系统32

3.2.1控制系统硬件部分33

3.2.2测量部分34

3.2.3操作界面36

3.2.4预应力张拉程序37

3.3智能张拉工艺流程38

3.4预应力智能张拉系统实施优势39

3.4.1张拉施工智能化技术体系的核心理念和基本原则39

3.4.2桥梁预应力智能张拉原理40

3.4.3桥梁预应力智能张拉技术主要功能与特点41

3.5传统张拉和智能张拉比较45

3.6传统压浆的现状及问题45

3.6.1传统压浆技术的缺陷45

3.6.2传统压浆病害分析47

3.6.3真空辅助压浆的不足47

3.7预应力智能压浆系统实施方案及优势47

3.7.1桥梁预应力智能压浆技术47

3.7.2桥梁预应力智能压浆技术工作原理47

3.7.3智能压浆工艺流程48

3.7.4桥梁预应力智能压浆技术主要功能与特点49

3.8智能压浆系统与传统压浆系统的比较51

第四章智能张拉、压浆技术的应用案例分析53

4.1智能张拉应用案例53

4.1.1工程概况53

4.1.2智能张拉主要技术要求53

4.1.3工程效果评价54

4.2智能压浆应用实例一55

4.2.1工程概况55

4.2.2应用效果55

4.2.3结论56

4.3智能压浆应用实例二56

4.3.1工程概况56

4.3.2应用效果56

4.3.3结论57

第五章结束与展望58

5.1结论58

5.2展望59

参考文献60

致谢64

第一章概述

1.1研究背景

2011年7月11日，建于1997年的盐城通榆河大桥坍塌（图1.1）；2011年7月14日，建成不到12年的武夷山公馆大桥垮了（图1.2）；2011年7月15日，通车仅14年钱塘江三桥塌了（图1.3）……

图1.1通榆河大桥图1.2武夷山公馆大桥

图1.3钱塘江三桥

5天内，3座大桥相继发生坍塌事故……

作为地标性建筑，桥梁的垮塌也许有“随机”性。

但本来设计年限百年之久的桥梁却如此短命，不得不发人深思。

我们不禁要问：

到底是超载直接导致了垮塌，还是仅仅是最终倒塌的诱因？

大多为钢筋混凝土建造的桥梁为什么这么短命[29]？

每座大桥都通过了专业的设计流程和有监理方监督的施工，为什么仍旧这般不堪一击？

对于这些垮塌事故的分析报告，设计、施工报告，包括事后的分析论证，都应当实事求是，科学严谨。

比如说钱塘江三桥，事后的调查分析发现，该桥的承包方中的十家相关单位均有相当高的业务能力，并且没有转包和肢解分包等违法现象。

进一步的调查发现，主桥箱梁的施工过程中产生了竖向的预应力损失、接缝处出现错台、压浆不够密实、梁表面有蜂窝麻面等相关质量问题。

有的工序中监理不力，工程施工没有达到设计要求。

通过体统分析和论证，给出了垮塌的解释：

超载货车产生的压力超出了空心板梁的极限承载力，导致了梁的破坏。

其实，之前有媒体批露，该桥主桥箱梁在施工过程中，对偏差考虑不充分，人为的强制合拢，预应力的张拉和压浆过程不够严谨，混凝土多处出现蜂窝麻面、出现较大的错台；预应力箱梁的腹板中存在不少竖向和斜向的裂缝，其中最长的一条4.3米，最宽处有0.58毫米。

2004年6月10日早晨7时许，辽宁省盘锦市田庄台大桥突然发生垮塌（图1.4）。

专家组认定，该桥在超限车辆长期作用下，内部预应力严重受损。

重载冲击力使大桥第9孔悬臂端预应力结构瞬间脆性断裂、坍塌。

图1.4田庄台大桥

近年来，桥梁坍塌、桥梁病害导致事故的现象频繁发生，究其主要原因：

原因一：

预应力张拉不合格；原因二：

管道压浆不密实；原因三：

预应力施工质量通病。

1.因桥梁预应力张拉不合格引起的桥梁病害

（1）主梁持续下挠

按照桥梁全预应力度设计的预应力混凝土梁，理论上预应力的设置能够提供合理的成桥内力和线形，有效抵消使用荷载作用产生的内力和变形效应。

如果预应力施工不当，梁体内不能建立有效的预应力，在混凝土徐变的共同作用下，梁体必将发生严重的下挠。

挠度过大不仅会使跨中主梁下凹，破坏桥面的铺装层，影响行车舒适性和桥梁使用寿命，甚至危及桥梁结构的安全承载性能。

（2）主梁裂缝失控

在预应力混凝土桥梁的运营中发现，有相当数量的箱梁的不同部位，结构上呈一定的对称性。

以上均因施加张拉力不准确；张拉过程中预应力损失过大。

损失类型

与预应力施工的关系

孔道壁间摩擦引起的张拉力损失

管道安装、定位不直，管道变形

锚具变形、预应力筋回缩造成的张拉力损失

锚夹具质量不合格，安装不合格

接缝压缩造成的张拉力损失

卸荷锚固速度太快

回弹压缩造成的张拉力损失

张拉顺序不按要求进行

预应力筋松弛造成的张拉力损失

加载速度快，加载不均匀，锚固持荷时间过短

混凝土收缩，徐变造成的张拉力损失

张拉强度不够，张拉龄期过短

表1.1预应力损失类型与预应力施工的关系

2.有效预应力均匀性不足、误差大

概念：

孔道内各钢绞线受力不均匀和同一断面各孔道受力不均，称为有效预应力不均匀。

危害：

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。

原因：

钢绞线在孔道内相互缠绕，是导致有效预应力不均匀的根本原因。

3.管道压浆不密实

预应力管道压浆的作用：

（1）保护预应力筋不受腐蚀，提高结构的耐久性。

在应力状态下容易腐蚀（约6倍于正常状态）。

（2）砼附近粘结灌浆依托水泥浆，和预应力筋很好地融合，不但提高了锚固的牢固性，而且在很大程度上加强了承载能力，大大降低了开裂的可能性。

被压实的水泥浆，不但很好地包裹了预应力筋，而且与孔道壁牢固粘合，把预应力筋和孔道壁粘结起来，共同作用。

预应力管道压浆不密实将严重影响结构的耐久性，首先，钢绞线耐腐蚀性越来越弱。

而且钢筋的锈蚀反过来降低了浆体和钢筋之间的的粘结作用，导致有效预应力下降。

而且，由于有空气的进入，钢绞线和混凝土实际上处于半分离状态，整体性较差，这也在一定程度上影响了结构的承载能力。

因此，预应力管道压浆不密实，很可能会在桥梁结构中毫无征兆的情况下突然坍塌。

4.预应力施工质量普遍存在的问题

（1）张拉强度和龄期失控

为了加快工期，预应力混凝土梁中掺入早强剂或调整混凝土配和比，一般4天左右，混凝土强度就能达到设计强度的70%以上，有的可以达到90%以上，预应力梁浇筑3～4天后即开始张拉。

在此龄期内混凝土的收缩和徐变并未完成，随着龄期的增长，引起的预应力损失逐渐增大，导致梁体张拉后反拱度过大。

用标养砼试件强度代替结构实际强度，张拉强度没有达到要求。

钢绞线穿束时没有梳编，导致钢绞线在管道内相互缠绕打绞导致单索张拉力不均匀，有的甚至少穿或多穿钢绞线。

（2）材料质量问题

主要材料，如钢绞线、锚具、夹具、水泥及外加剂、波纹管、压浆材料等未按规定频率送检，致质量失控、埋下了结构质量隐患。

因此，研究推广合格的预应力张拉、压浆技术对目前桥梁施工迫在眉睫。

1.2研究意义

1.桥梁预应力张拉、压浆施工质量的需要

我国的工程实践中，针对预应力的张拉过程，大多沿用了以往的做法，就是在施工时，先通过相关数据资料求得张拉应当给出的设计应力、初始应力以及体现在压力表上的相关读数，张拉过程中应力大小大多通过计算的结果来给出。

但是因为在进行压力表读数时，不可能很精确，加上读数人员的人为因素，张拉过程中往往不能实现很好的精确度。

再者，有些管理和施工人员的业务水平不够强，更加降低了张拉的质量。

而且，在进行伸长量的测量中，受外部和自身环境的影响，有时也容易出现测量不够精确等相关问题，这些都给以后的事故带来了隐患。

查阅预应力桥梁的相关检测报告，我们不难得出，桥梁结构相关问题的关键在于：

梁体中的钢筋张拉是否规范，是否有足够的有效预应力，质量监督是不是到位。

以上这些都可能使得桥梁的“寿命”大幅缩水，很多桥梁由于预应力施工达不到要求，不得不耗费人力物力来加固。

从这个层面看，通过先进的张拉工艺，使得梁体张拉的预应力偏差最小，尽可能的降低人为干扰，最大限度的保证工程质量，成为了桥梁施工必须处理的难题。

2.提高桥梁梁体结构的安全性和耐久性

针对传统施工预制梁应力施加不准确和管道压浆不饱满不密实等不足，智能张拉和压浆技术应运而生，越来越多的工程项目部借鉴并采用了近年来出现的智能大循环的孔道压浆方法和梁体预应力钢筋的智能张拉技术，大大减少了过去的靠肉眼判断质量好坏，人工记录数据等的弊端，转而通过无线传感，计算机全程对孔道压浆和施加预应力进行监控，最大限度的对伸长量进行了精确控制，最大程度的保证了压浆过程中管道的密实度，充分体现了梁体的预应力，很好地满足了工程安全性和耐久性的相关要求。

3.有效控制整个张拉、压浆过程

依托计算机的精确处理，该系统能够很好的对张拉全过程进行有效跟踪控制，最大程度的保证工程的施工质量，已经越来越多的被用在当前的桥梁施工过程中；其中，智能压浆能大大减