桥梁预应力结构张拉、压浆智能化施工成套技术92页PPT_ppt

1、桥梁预应力结构张拉、压浆智能化施工成套技术xx预应力工程技术中心 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

2、12年，引起了全国震惊。 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0.1mm0.5mm，裂缝长度在0.3m3.0m 。与桥梁行车方向夹角为3060。 11结构受损桥梁垮塌产生结构裂缝钢绞线锈

3、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12 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。13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。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。

4、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16 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，xx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xx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

5、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、xx桥隧技术有限公司、xx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，课题铁路桥梁预应力自动张拉系统应用技术研究已经通过铁路总公司组织的现场试验评审，即将结题。已完成铁路桥梁预应力自动张拉技术条件的编制，正在送审中。我司正在搭建BIM系统中的铁路桥梁预应力自动张拉系统模块。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 22 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

6、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23 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、7.12.2条第3款；第7.2.7条；第7.8.3条第2款）24系统结构图2.2 预应力智能张拉技术概要 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。25 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

8、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

9、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、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。

10、（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（9）、张拉设备自动进行摩阻试验铁路专用张拉设备具备自动测试孔道摩阻试验的功能。36 技术经济比较表比较内容传统手工张拉智能张拉系统1张拉力精度10%1%2自动

11、补张拉无此功能张拉力下降1%时，锚固前自动补拉至规定值。3伸长量测量与校核人工测量，不准确，不及时，未能及时校核，未实现规范规定“双控”自动测量，及时准确，及时校核，与张拉力同步控制，实现 真正“双控”4对称同步人工控制，同步精度低，无法实现多顶对称张拉同步精度达2%，计算机控制实现多顶对称同步张拉。 5加载速度与持荷时间随意性大，加载过快，持荷时间过短按程序设定速度加载和持荷，排除人为影响6卸载锚固瞬时卸载，回缩时对夹片造成冲击，回缩量大可缓慢卸载，避免冲击损伤夹片，减少回缩量2.3 技术经济比较37 技术经济比较表比较内容传统手工张拉智能张拉系统7回缩量测定无法准确测定锚固后回缩量可准确测

12、定实际回缩量8预应力损失张拉过程预应力损失大由于张拉过程规范，损失小9张拉记录人工记录，可信度低自动记录，真实再现张拉过程10安全保障边张拉边测量延伸量有人身安全隐患操作人员远离非安全区域，人身安全有保障11质量管理与远程监控真实质量状况难以掌握，缺乏有效的质量控制手段便于质量管理，质量追溯，提高管理水平、质量水平，实现质量远程监控12经济效益张拉过程需要6人同时作业只需要2人同时作业，一年节约人工费用20万元左右382.4 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

13、）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2.5 桥梁维修同步顶升技术桥梁维修同步顶升技术桥梁维修同步顶升技术项目名称项目内容项目难点系统优势耒宜高速大修工程简支空心板整体标高提升20-60cm1.同步顶升的高度较大，需循环顶升。2.空心板铰缝为受力薄弱位置，如同步控制不精确，桥面很容易在此处开裂。1.同步位移控制精度0.5mm，全过程未发现桥面开裂。2.需多次抄垫，强大的适时存储、数据回放功能保证了提升过程的顺利进行。长韶娄高速支座更换工程6*30连续T梁、4*40连续T梁，4*20连续空心板支座更换桥面已经铺装沥青混凝土，多孔连续梁，需一联多跨同步顶升。发

14、挥了主控设备和分控制器模块化生产的优势，多点布置、长距离同步控制。常德张家滩桥顶升加固工程6*30简支T梁顶升更换支座对桥梁进行了简支变连续等加固改造，支点受力发生变化但效果未知，施工工期较短，需尽早通车。1.发挥系统独特的称重功能，验证了各点理论受力情况。按设计预想进行了顶升和垫石的加固改造。2.顶升过程在安全保障的前提下，对加载速率等参数进行了调整，加快了施工进度，7天就完成所有工程，开放了交通。LZ-TS-YD桥梁同步顶升项目代表性案例桥梁维修同步顶升技术2.6 吊索智能张拉和调索技术吊索智能张拉和调索系统吊索智能张拉和调索技术吊索智能张拉和调索技术2.10 锚下有效预应力无损检测技术

15、在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。目前锚下有效预应力无损检测技术已经在湖南、陕西、贵州、广东等省大面积应用。锚下有效预应力检测现场T梁锚下预应力检测：锚下预应力为1390kN，预应力损失11%竖向预应力锚固不可靠横向预应力漏张拉漏张拉检测曲线2.11 预制梁片静载试验 我司依据TBT+2092-2003+预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准结合智能张拉技术与同步顶升技术，研制开发了预制梁片静载试验系统。其依据规范设定力值进行加载。3.预应力智能压浆技术3.1 传统压浆工艺压浆泵进浆管搅拌器搅拌桶传统压浆工艺左端进右端出拌制设

16、备不合格压浆泵动力不稳53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普通压浆工艺真空压浆工艺高度较大的高点出现空洞真空工艺明显优于传统工艺倾角处的先流现象无法克服真空负压不易实现真空辅助压浆工艺的缺点：54 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

17、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 56系统结构图3.2 循环智能压浆技术概要 结合工程实际，xx桥隧技术有限公司自主研发了循环智能压浆系统。工作原理： 循环智能压浆系统由系统主机、测控系统、循环压浆系统组成。 通过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浆液质量、压力大小、稳压时间等重要指标约束下完成压

18、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）一次压浆双孔，工效提高1倍循环回路出浆口进浆口（3）精确控制压浆压力和流量1）精确调节和保持灌浆压力2）当压力差保持稳定后，可判定管道充盈3）通过调节阀对流量和压力进行自动调整4）持压状态下持续补充浆液 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0.260.28 ）（4）精确控制水胶比大小采用高速制浆机，将水泥、压浆剂和水进行高速搅拌

19、，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1000 r/min,其叶片的线速度不宜小于10m/s。） （5）保证浆液搅拌质量压浆完成后出浆口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。无线传输将数据实时反馈至相关部门，实现预应力管道压浆的远程监控。 （6）规范压浆过程，实现远程监控64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3.3 智能压浆应用效果65铁丝插入从以上测量可知：

20、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 66湖北某高速试验过程及结果67传统工艺循环工艺 设备联智工艺循环工艺联智工艺从以上测量可知：传统压浆梁孔道空隙深度约为： 0.5m+0.4m=0.9m 在全国范围内进行切梁试验的省份不少于15个，试验结果都表明循环智能压浆的效果明显优于其他单孔智能压浆方式，智能压浆又都较非智能压浆效果好。其他地方照片不再一一列举。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。3.4 孔道压浆密实的无损检测技术关键控制点（波峰位置进行检测）事中检测充填度测试（等效波速法）缺陷

21、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DHAADHDHAA11A21b1b2工后检测3.5 预应力孔道专用压浆材料现有压浆材料存在的问题：（1）浆液的质量稳定性和流动性差、流动度损失快、体积稳定性不良；（2）新拌浆液泌水率大、易离析分层、使孔道内很难形成饱满状态；（3）硬化后的浆体不密实、空隙多。新研制的预应力孔道专用压浆料的主要优点：（1）实现了规范要求的低水胶比，低至0.27。（2）实现了规范要求的高流动度，浆体的出机流动度可达10s，30min后流动度仍在18s以内，60min后流动度仍保持在25s以内。（3）实现了零泌水率，浆体3h、24h自由泌水率和3h钢丝间泌水率均为0。（4）保证了微膨胀性，3h产生0.2%的自由膨胀。（5）其他指标均能通过国标、行业标准的检验。4.智能张拉及压浆系统远程监