我國的預應力混凝土結構是在2O世紀5O年代發展起來的,最初試用于預應力鋼筋混凝土軌枕,之后預應力混凝土在全國范圍內推廣。隨著我國高等級公路和高鐵的建設,預應力混凝土技術在公路、鐵路橋梁工程中已得到普遍的應用。
但就目前預應力混凝土橋梁結構而言,主要存在以下兩個問題:(1)裂縫,由于溫度、收縮、預應力不足等原因,產生的非結構性裂縫。由于縱向鋼筋或箍筋配筋率不夠,正負彎矩或剪力產生的結構性裂縫。(2)撓度,由于預應力損失過大,或有效預應力不能準確控制,導致變形不一致,損害橋梁耐久性。預應力混凝土橋梁,在國內普遍出現下撓過大的現象,特別對長期撓度控制,很難把握,很多大橋都因此停運或維修,維修費用約占新建費用的一半。
就預應力混凝土施工而言,主要存在以下問題:(l)工藝較復雜,質量要求高,因而需要配備一支技術較熟練的專業預應力施工隊伍;(2)預應力張拉控制力、反拱不易控制,影響結構使用效果。
傳統的張拉工藝中具體存在以下幾個問題:
1、張拉力控制誤差大:
傳統張拉工藝采用人工讀取機械式油壓表的方式來控制張拉力,不可避免地存在以下缺陷:(1)壓力表不穩定,讀數誤差較大,讀數速度慢;(2)壓力表讀數后,需換算才能知道張拉力的大小,形不成張拉力的直觀概念,對控制張拉不方便;(3)加壓操作控制誤差大,分辨率低,難以精確控制張拉力。
2、預應力筋伸長值測量不準確:
目前在實際施工中,預應力筋伸長值普遍采用人工鋼尺測量,存在著讀數誤差大、測量過程慢、人為影響因素大、信息反饋不準確等問題。同時由于張拉記錄由手工完成,人工痕跡明顯,可信度低。
3、未能實現張拉力和張拉伸長值的雙重同步控制:
由于預應力張拉過程的復雜性,預應力張拉控制應該采用應力控制、張拉過程管理的雙重控制方法,以保證預應力結構的安全性和正常使用。在傳統的預應力張拉工藝中,張拉伸長值是在壓力表讀數達到預定值后,再用鋼尺人工測量得到伸長值,油壓表的讀取和預應力筋伸長值的測量由不同的人、分先后來操作完成。因此現有的預應力張拉工藝無法實現張拉力和張拉伸長值準確、實時同步的雙重控制。
綜上所述,傳統的預應力張拉工藝存在諸多缺陷,無法保證預應力張拉的精度,效率低下。預應力張拉精度是預應力結構安全與正常運營的首要條件,預應力張拉精度失控將造成預應力結構失效、破壞。面對相對完善的預應力結構設計計算方法,落后的預應力施工工藝與其極不相稱,施工的安全性和可靠性難以保證,成為制約預應力結構應用和發展的主要因素。因此,西安璐江橋隧設備有限公司與中鐵十三局合作充分利用現在成熟的高科技技術成果—計算機技術,成功研制出數字化自動控制張拉系統,改進傳統的預應力張拉工藝中目前存在的問題。受到了結構工程界和應用力學界的歡迎。該系統通過計算機軟件及嵌入式系統控制實現預應力張拉全過程自動化,杜絕人為因素干擾,能有效確保預應力張拉施工質量,是目前國內預應力張拉領域最先進的工藝。
計算機控制系統具有以下特點:
(1)精度高 可保證張拉精度在2%的范圍內,較常規預應力施工工藝大大提高張拉精度。能很好的保證設計意圖,在預應力混凝土結構中有著廣泛的應用前景。
(2)效率高 張拉過程數字化,將施工人員由原來的5人減少到3人,可以克服人工操作的低效問題,使得施工快捷簡便。
(3)可實現預應力張拉的雙控 張拉過程中,張拉力和張拉伸長值同步顯示在數顯儀表上,系統內控制器對張拉力和張拉伸長值同時進行識別和控制,實現張拉力和張拉伸長值實時雙重同步控制。