智能张拉智能压浆-让中国桥梁更安全.ppt

让中国桥梁更安全 预应力桥梁张拉 压浆智能化施工控制技术 湖南联智桥隧技术有限公司刘德坤 主要内容 1 研究 研制背景 2 预应力智能张拉技术 3 预应力智能压浆技术 4 预应力远程监控技术 5 智能张拉压浆应用案例 6 预应力智能技术发展趋势 1 研究 研制背景 最近15年的桥梁安全事故统计 从1999年到2009年 10年间全国发生的较大桥梁垮塌事件为30起 2007年 2011年5年来 全国共有37座桥梁垮塌 其中13座在建桥梁发生事故 共致使182人丧生 177人受伤 平均每年有7 4座 夺命桥 即平均不到两个月就会有一起事故发生 桥梁事故逐年增长 在这37座桥梁中有60 的桥龄不足20年 有些桥梁寿命还不足12年 引起了全国震惊 世界桥梁安全趋势 2004年6月10日早晨7时许 某大桥突然发生垮塌 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 生命 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7 96 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 1mm 0 5mm 裂缝长度在0 3m 3 0m 与桥梁行车方向夹角为30 60 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1 6条纵向 斜向裂缝 4 肋板式连续梁横隔板均有1 6条斜裂缝 呈 八 字型 15 结构受损桥梁垮塌 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 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 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 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 专项课题研究已进入结题阶段 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 正在完善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 以往施工中所存在的隐患 梳编穿束 30 有效预应力检测实例 梳编穿束为了避免单根穿束引起的绞线相互缠绕 导致张拉时绞线受力严重不均 因此 采用梳编穿束工艺1 梳束板 或锚具 2 钢绞线3 牵引螺塞7 绑扎胶带13 扎丝 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 35 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 36 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7 12 2条第2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 见第7 12 2条第1款 2 3 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7 12 2条第3款 5 第7 6 3条第2款 4 延长了锚固持荷时间 由以前的2分钟延长到5分钟 见第7 12 2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束工艺防止钢绞线缠绕 见第7 12 2条第3款 第7 2 7条 第7 8 3条第2款 37 系统结构图 2 2预应力智能控制技术概要 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 39 系统应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 精准控制张拉应力 张拉力精度对比分析 位移传感器 信号线接口 压力传感器位置很重要 2 能实时校核伸长值误差 智能系统应能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 3 能精确实现多顶同步张拉 一台计算机应能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 最大限度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 张拉过程应能再现 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 5 能精确智能锚固功能 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 采用可靠的控制系统 控制系统包含电气系统和软件系统 是智能控制技术的核心 需要进行相关的检测试验和资质报告 7 能远程故障诊断维护功能 核心部件应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 8 应加强工后有效预应力检测 在我们进行锚下检测的过程中 发现纵向预应力质量控制的较好 竖向预应力 横向预应力质量控制较差 锚下检测技术深入研究 T梁锚下预应力检测 锚下预应力为1390kN 预应力损失11 漏张拉 58 2 3智能控制技术应用效果 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张拉质量显著提升 2月份好转 3月底完全受控 3 预制梁压浆控制技术 3 1传统压浆工艺 传统压浆工艺左端进右端出 62 63 某高速公路压浆密实度检测结果 预应力孔道压浆现状 67 普通压浆工艺 真空压浆工艺 位于梁底部的两根管 位于梁顶部的两根管 真空工艺明显优于传统工艺 一般的压浆平台概要图 日本的压浆台车 70 最新 公路桥涵施工技术规范 JTG TF50 2011 关于预应力孔道压浆施工与旧规范的区别 1 将压浆质量问题提到了前所未有的高度 强调从压浆材料 设备 工艺 组织管理等方面全面提升来保证压浆密实度 2 大幅度提出了对压浆材料的质量要求 并要求采用专用压浆料或专用压浆剂 概括起来就是 低水胶比 高流动度 零泌水率 见第7 9 2和7 9 3条 3 对拌浆和压浆设备提出了更高的要求 见第7 9 4条 桥涵施工技术规范 将压浆质量提高到了前所未有的高度 从4个方面来保证压浆密实度 合理的压浆设备 高性能压浆材料 先进的压浆工艺 精细的施工管理 72 系统结构图 3 2压浆智能控制技术概要 结合工程实际 桂东公司与联智桥隧研发了真空辅助循环智能控制系统 是国内最先进的工艺 工作原理 真空辅助循环智能压浆系统由系统主机 抽真空系统 测控系统 循环压浆系统组成 通过真空机抽真空 带压力浆液在回路内持续循环以排净管道内空气 及时发现管道堵塞等情况 消除致压浆不密实的因素 在管道进 出浆口设置精密传感器实时进行真空度 压力 流量与浆液水胶比等各个参数监测 使孔道在规范要求的真空度 浆液质量 压力大小 稳压时间等重要指标约束下完成压浆过程 确保压浆饱满和密实 主机判断管道充盈的依据为进出浆口浆液体积是否大于孔道内空隙体积 同时压力差是否恒定来进行校核 1 浆液带压持续循环 排除管道空气和杂质 气泡排出 2 控制孔道两端的压力和流量 形成闭合控制 控制做到有进有出 76 湖北某高速试验过程及结果 77 从以上测量可知 传统压浆梁孔道空隙深度约为 0 5m 0 4m 0 9m 对于长大预应力孔道 如单束管道长度大于95m 可采用两台压浆台车 3 能精确控制压浆压力和流量 1 应能精确调节和保持灌浆压力 2 当压力差保持稳定后 可自动判定管道充盈 3 应自动对流量和压力进行自动调整 4 应能在持压状态下持续补充浆液 须按施工配合比数量自动加水 准确控制加水量 从而保证水胶比符合要求 2011版桥涵施工技术规范7 9 3条规定 浆液水胶比宜为0 26 0 28 4 能精确控制水胶比 采用高速制浆机 将水泥 压浆剂和水进行高速搅拌 其转速为1420r min 叶片线速度 10m s 能完全满足规范要求 2011版桥涵施工技术规范7 9 4条规定 搅拌机的转速应不低于1000r min 其叶片的线速度不宜小于10m s 5 能保证浆液搅拌质量 压浆完成后出浆口 钢丝间泌水率试验 现场进行浆液流动性试验 灌浆过程由计算机程序控制 不受人为因素影响 准确计量加水量 实时监测灌浆压力 稳压时间 浆液温度 环境温度各个指标 自动记录 并打印报表 6 保证可靠的控制系统 目前采用的智能控制技术 对于预制梁具有很高的保证率 而对于连续梁 连续钢构保证率较低 应加强事中和工后检测 7 加强事中和工后检测控制 关键控制点事中检测 充填度测试 等效波速法 缺陷定位测试及缺陷类型识别 当出现灌浆不密实时 通过该区域的弹性波波速会出现下降在缺陷处会产生反射 工后检测 89 技术经济比较表 3 3技术经济比较 90 技术经济比较表 续 91 山西某高速箱梁预应力管道截面压浆密实度对比 左4孔智能压浆 右4孔传统压浆 3 4智能控制技术应用效果 92 铁丝插入 从以上测量可知 传统压浆梁孔道空隙深度约为 2 5m 0 5m 3m 管道内空隙深度测量 93 安徽某高速公路试验结果 95 成都市某环线改造项目箱梁切梁试验 广东某高速切梁试验 进浆最高点 返浆最高点 孔道最低点 江苏某高速组织的切梁试验 1 2 5 6是循环工艺 3 4 7 8是单孔工艺 跨中位置均饱满 不饱满深度约0 3 0 6 0 9m 湖北某高速组织的模型试验 4 预制梁远程管理技术概要 4 预应力施工质量远程监控系统 远程监控系统实现了预应力施工关键工序关键参数的实时 在线 高标准控制 参建各方可实时跟踪 远程控制 现场拍照 确保监理 施工人员到位 实现远程监控管理 实时跟踪 及时预警 及时纠错 远程监控系统功能特点 参加各方连成有机整体 远程质量跟踪 信息预警 实现信息化管理 提高效率 建立区域性质量监管网络 可针对特定集团用户进行单独定制开发 http 203 171 230 243 ytgshttp 203 171 230 243 zsgs 5 智能张拉压浆应用案例 114 目前已在港珠澳大桥 中朝鸭绿江大桥 湖南多条高速公路 湖北省十房高速公路 古竹高速公路 福建省建泰高速公路 江西省吉莲高速公路 抚吉高速公路 甘肃省雷西 成武高速公路和四川