1、后后张张法法预应预应力力砼砼梁梁张张拉力控制的技拉力控制的技术创术创新新鄞州高桥镇高峰村2#商业A地块QC小组一、基本情况1工程概况鄞州高桥镇高峰村2#商业A地块位于鄞州区高桥镇高峰村内，总用地面积13614m2，总建筑面积78079m2，框剪结构，由地上22层的1#楼、地上25层的2#楼、以及2层裙房组成，地下空间为2层地下室。本工程1#楼屋顶层的2-12-15/2-AA2-Q轴内大跨度梁采用有粘结预应力结构、单跨38.14m、梁截面均为4502000，共17榀预应力梁，预应力梁内分别配置4束7根和2束9根预应力筋、束预应力筋采用1860N/mm2S15.2低松弛有粘结预应力钢绞线，梁内预应2、力筋采用下抛物线形式。预应力梁的砼强度为C40、外封锚采用C40级细石砼。张拉形式采用单端张拉，张拉端锚具采用一类夹片式锚具。图1 高桥镇高峰村2#商业地块A地块项目整体效果图制图人：吴芬英 时间：2015年12月25日图2 高桥镇高峰村2#商业地块A地块预应力筋分布示意图制图人：吴芬英 时间：2015年12月25日2小组组建及活动安排表1 QC小组概况小组名称浙江万华建设有限公司鄞州高桥镇高峰村2#商业A地块QC小组课题名称后张法预应力砼梁张拉力控制的技术创新小组类型创新型组 长娄荣标小组成立时间2015年1月5日小组注册时间2015年1月5日活动日期2015年1月5日2015年12月30日3、小组注册号小组成员13人课题注册号活动频次每周2次，出勤率100%TQC教育时间50h以上/人制表人：吴芬英 时间：2015年12月25日表2 QC小组成员情况序号姓名性别年龄职称职务组内分工1男40高级工程师项目经理组长，全面负责2男35工程师项目副经理组员，方案制定3男54工程师技术负责人组员，技术指导4男35博士、工程师技术副经理组员，传感器研制5男39高级工程师预算员组员，成本控制6男54工程师质量员组员，受力分析7男35工程师施工员组员，活动实施8女42工程师资料员组员，资料整理9男27助理工程师施工员组员，活动实施10男29助理工程师安全员组员，活动实施11男28助理工程师安全员组4、员，活动实施12男54工程师安全员组员，活动实施13男27助理工程师施工员组员，活动实施制表人：吴芬英 时间：2015年1月5日二、选择课题和设定目标1选择课题（1）“张拉力控制偏差大、预应力筋伸长值不足”是后张法预应力钢筋砼梁张拉过程中的质量通病，如何较为精确地控制预应力筋的张拉力一直是困扰施工企业的技术难题。（2）1#楼屋顶层的预应力单跨跨径达38.14m，跨径大、质量重，对预应力控制质量的要求十分高。加之本工程为鄞州区重点工程之一，确保“钱江杯”、争创“鲁班奖”，各级领导高度重视和关注。（3）公司要求成立QC项目、务必攻克“预应力筋张拉力控制”的技术难题。因此，本着兼容并蓄、积极创新的思5、想，本QC小组将课题题目定为后张法预应力砼梁张拉力控制的技术创新，从创新中求质量、向科技中要效益。2 2设定目标设定目标（1）后张法预应力砼梁张拉力控制偏差2%。三、提出多种方案并确定最佳方案1提出多种方案为了获得尽可能多的技术方案，2015年1月10日上午，由组长娄荣标召集全体组员，倡导不受常规思维的束缚、鼓励针对目标的奇思妙想，运用头脑风暴法，群策群力，最后汇总整理出6个可行的技术方案：方案1：液压读数法控制预应力筋张拉力；方案2：张拉伸长量测量法控制预应力筋张拉力；方案3：光纤光栅法控制预应力筋张拉力；方案4：应力法（振弦式锚索计）控制预应力筋张拉力；方案5：振动频率法（张力动测仪）控制6、预应力筋张拉力；方案6：磁弹效应法（磁通量传感器）控制预应力筋张拉力。2方案分析2015年1月11日1月16日，本QC小组对上述初步选定的6种方案逐一进行综合分析、筛选。方案1：液压读数法控制预应力筋张拉力该方案是在预应力筋传力部位安装液压传感器，再通过读取的压力值换算成张力值。这是一种传统方法，常用于在建结构，操作简单、应用广泛、成本低，经换算的测试张力值与实际张力值偏差范围一般为5%12%。图3 液压读数法控制预应力筋张拉力应用照片制图人：李江舟 时间：2015年1月11日表3 优缺点对比表优 点缺 点受温度影响比较大。结构小巧、读数简单为受压式测试构件、损坏不可更换。能够较均匀导力。测试7、张力值与实际张力值偏差达5%12%。拆除液压设备后的张力无法控制，不能确定最终的张力值。制表人：李江舟 时间：2015年1月11日方案2：张拉伸长量测量法控制预应力筋张拉力张拉前按照混凝土结构工程施工规范（GB50666-2011）和公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）中的公式计算预应力筋的理论伸长值，张拉过程中无法直接测量钢绞线的伸长量，而)/(PPPEALPL是通过测量张拉千斤顶的活塞进程反推出钢绞线的伸长量、但同时还应减掉钢绞线张拉全过程的锚塞回缩量。这种方法属于传统方法，张拉效率慢、一次成功率低（需通过液压泵反复加油或泄油操作来调整张拉值），张力偏差大、张力值偏差范围一般为88、%15%。图4 张拉伸长量测量法控制预应力筋张拉力应用照片制图人：吴建德 时间：2015年1月11日表4 优缺点对比表优 点缺 点实际操作繁琐，需反复测量多个数值，计算实际伸长量。施工成本低，操作简单。测量各部位微小变化不易控制，人工读取精度低。补偿拉力占设计控制张拉力的比例较大，容易导致误差。采用后夹式千斤，钢绞线在千斤顶的工作长度对张拉伸长量的影响较大。直观简明，易于读数误差多次累计，测试张力值与实际张力值偏差达8%15%。制表人：吴建德 时间：2015年1月11日方案3：光纤光栅法控制预应力筋张拉力在索体锚固受力位置安装光纤光栅压力环、通过间接测量钢绞线的应变值再反推张力值。由于光纤光栅9、压力环测试原件为光纤传感器、为近十年来新兴的传感器，线性度好、重复性好。但量程较窄、不适用于高应变的索体张力测量；同时由于为间接测量钢绞线的应变、弹性偏载比较严重、实际张力的误差范围为3%5%；由于光纤光栅传感器的主材质为SiO2、易损坏，测量时易出现多个峰值、读数和分析较复杂；采集设备防潮性能差、适用性差、需放置于标准恒温监控室中、成本比较高。图5 光纤光栅法控制预应力筋张拉力应用照片制图人：张建朝 时间：2015年1月12日表5 优缺点对比表优 点缺 点传感器采购成本比较高，且不可拆除无法重复利用；核心部件易损坏，长效性差，抗疲姓性差；控制精度较高，受光信号干扰小量程较窄，不适用于高应变的10、索体张力测量；弹性偏载比较严重、实际张力的误差范围为3%5%；采集设备防潮性能差、适用性差，对环境要求高；自动化测量程度高测量时易出现多个峰值、读数和分析较复杂。制表人：张建朝 时间：2015年1月12日方案4：应力法（振弦式锚索计）控制预应力筋张拉力在索体锚固受力位置安装接触式应变压力环，早期采用电阻应变片的压力环、目前应用较多的是振弦式压力环，俗称锚索计，具有短期精度较高、动态测量效果较好的优点。但锚索计的传感器必须安装在索力传递部位，如索体锚固端或者张拉端的螺母与垫板之间；数据线不能过长、测试时需温度等环境补偿；传感器较脆弱，当长期处于受压状态时影响长效性，损坏后不可更换；控制测试结果与11、传感器的安装精度有直接关系，误差范围一般为5%15%。图6 应力法（振弦式锚索计）控制预应力筋张拉力应用照片制图人：黄道加 时间：2015年1月13日表6 优缺点对比表优 点缺 点安装条件复杂，需安装到张力传递部位。短期控制精度较高传感器较脆弱，造价成本较高，损坏后不可更换。数据线不能过长、测试时需温度等环境补偿动态测量效果较好控制测试结果与传感器的安装精度有直接关系，误差范围一般为5%15%。制表人：黄道加 时间：2015年1月13日方案5：振动频率法（张力动测仪）控制预应力筋张拉力该种方法是在预应力筋上安装加速度传感器，通过测试预应力筋的频率变化来推算张力值，属于间接控制方法。其推算结果与12、预应力筋基频测试结果、长度换算、截面积折算、弹性模量的准确度等直接有关，任何一个参数的不准确性直接导致计算结果存在较大误差。该方法适用于体外预应力控制测量，测试过程需人工辅助、易受预应力筋的垂度和抗弯刚度的影响，短筋难以测量，误差一般为10%25%。图7 应力法（振弦式锚索计）控制预应力筋张拉力应用照片制图人：田于 时间：2015年1月14日表7 优缺点对比表优 点缺 点误差多次积累，误差范围一般为10%25%。测量读数简单控制参数多，理论计算复杂。适用于体外预应力控制测量，而体内预应力的控制测量难度大。操作简单短筋难以测量。制图表人：田于 时间：2015年1月14日方案6：磁弹效应法（磁通量13、传感器）控制预应力筋张拉力该方法的基本原理为磁弹效应，通过磁通量传感器一揽子综合测试预应力筋在张拉过程中的自身材质（含截面积、惯性矩、弹性模量等参数）的铁磁环境变化来测试张力。安装方式为在预应力筋外围套环安装、也可用分体后套环安装等多样方式安装，为非接触式控制测量，为近几年国外新起的一种测试方法。传感器无需固定在受力部位、安装和测试简单；一次使用成本较低；过程参数一体化，精度很高，张力值偏差范围一般为1%2%。但鉴于国内刚刚开始这种新技术的应用研究，定型产品较少，除大型悬索桥和斜拉桥的索力控制测量外，民用建筑（尤其是体内预应力）的应用案例很少。图8 磁弹效应法（磁通量传感器）控制预应力筋张拉力14、应用照片制表人：王学东 时间：2015年1月15日表8 优缺点对比表优 点缺 点过程参数一体化综合测定（单指标），测量精度很高，偏差范围为1%2%非接触式控制测量，不需要固定在受力位置，操作简单，适用范围广国内应用研究和应用案例较少自动温度补偿、无需特定平衡；安装方式多样科技含量高，一次性成本很低定型产品少制表人：王学东 时间：2015年1月15日3 3确定最佳方案确定最佳方案2015年3月15日，本小组在对上述6种方案进行定性和定量评价的基础上，确定了“量程范围、单次测量精度、控制偏差范围、使用便利性、适用范围、综合造价、受环境影响性、传感器易损性”7个指标进行对比，汇总如表7所示。表9 方15、案比选表方案1方案2方案3方案4方案5方案6量程范围大大较小大大大单次测量精度较高低较高较高较高高控制偏差范围5%12%8%15%3%5%5%15%10%25%1%2%使用便利性好差好较好较好好适用范围广广不适用高应变控制广体内预应力难测量广综合造价低低较高较高较低较低受环境影响性大小大较大较小小传感器易损性较大小大大较小小制表人：张守鑫 时间：2015年1月20日针对鄞州高桥镇高峰村2#商业A地块屋顶层为后张法体内预应力控制的现状，结合上表对6种方案的比选情况，很显然，方案6“磁弹效应法（磁通量传感器）控制预应力筋张拉力”为最佳方案。2015年3月15日，本QC小组对方案6进行了充分论证，认16、为目前已成功运用于桥梁索力测试的磁弹效应法通过产品改进和技术创新后，完全可运用于民用建筑预应力筋张力控制中；同时经过细致分析，认为其在具体实施时，尚有以下几个关键要素需重点解决：（1）研制满足本工程需要的磁通量传感器（2）传感器布设方案需科学合理（3）张拉作业与控制测量需密切配合（4）工人的操作技能要高、责任心要强四、制定对策表10 对策措施表 序号关键要素对策（What）目标（Why）具体措施（How）地点（Where）责任人（Who）时间（When）1研制满足本工程需要的磁通量传感器与国内专业厂商合作研发1）形式：开环式2）传感器参数内径：181；接线长度：30m；工作温度：-4080；误17、差2%；量程：0屈服应力；精度：0.01Mpa3）研制费5万元4）传感器价50元/个5）达到计量认证标准1）考察多家厂房的研发实力和相关应用案例2）联合制定传感器研发方案和参数指标3）共同商讨和研发成本控制方案4）进行传感器的计量认证合作厂商的工厂内王学东2015年3月21日2015年7月20日2张拉与控制测量方案需科学完善制定张拉专项方案1）理论计算准确1）一次性张拉到位（分三级张拉）2）17榀预应力梁张拉工期7日历天1）采用有限元方法计算预应力筋的张拉力2）制定并论证张拉专项方案项目技术部办公室曹善平2015年5月11日2015年7月30日3传感器安装方式需合理设计多个方案，进行综合效益比18、较1）张拉力测量控制成本80元/次根2）传感器安装和拆卸成本10元/个设计3个传感器布设位置方案，各自进行技术经济效益比较，优选最佳方案张拉现场张守鑫2015年7月20日2015年8月10日4张力测量人员技能要高、责任心强外训和内训结合的方式共同培养每个工人具备熟练的操作技能，责任心强，态度认真。1）外聘传感器厂商人员为技术师傅，对操作者进行操作技能现场培训和考核2）项目经理对工人的责任心进行教育3）制定奖惩制度张拉现场和会议室娄荣标2015年8月10日2015年8月15日制表人：张守鑫 时间：2015年1月25日五、实施对策实施一：研制满足本工程需要的磁通量传感器（由王学东负责）2015年219、月3日2015年2月15日，本QC小组考察了长沙金码高科技实业有限公司、江西飞尚科技有限公司、丹东三达传感器技术研究所、北京基康仪器股份有限公司等四家国内知名的传感器生产厂家，实地考察各自的研发实力、厂房面积、相关产品和应用案例、资金实力等，最终确定“江西飞尚科技有限公司（以下简称飞尚公司）”为最佳合作厂房，其已具有桥梁索力磁通量传感器的研发和白沙大桥等30多座大桥应用的经验。2015年3月3日2015年6月15日，本QC小组委派王学东常驻飞尚公司，提出研制要求和用于民用建筑后张法体内预应力控制测量磁通量传感器的参数方案。飞尚公司于2015年7月30日生产出第一批共50件磁通量传感器（定型FS20、-CCTK-MY），均通过国家计量认证许可，并申请获得国家实用新型专利。图9 研制的用于后张法预应力筋张力测试的小型磁通量传感器有关资料制表人：王学东 时间：2015年8月25日数据采集系统仍采用飞尚公司已自研并广泛运用的磁通量采集仪（型号FS-CTL、32通道）。图10 实用新型专利和采集仪（原有）照片制图人：王学东 时间：2015年8月25日结结果：果：2015年3月3日2015年7月30日，本QC小组与飞尚公司合作研发了用于后张法预应力筋张力测试的小型磁通量传感器、各项指标均达到预期目标，并通过计量认证，取得有关专利权证书。具体指标详见表9。表11 该批次传感器经济和技术参数形式内径（m21、m）最大接线长度（m）工作温度（）误差范围量程（Mpa）精度（Mpa）研制费（元）传感器单价（元）开环式181100-40801.5%0.2%0屈服应力0.01Mpa50000.042.0制表人：王学东 时间：2015年8月25日实施二：张拉与控制测量方案需科学完善（由曹善平负责）2015年8月11日9月30日，本QC小组查阅了大量工程资料，制定了鄞州高桥镇高峰村2号商业地块A地块预应力工程专项施工方案、并组织了专家论证会，重点就预应力筋的和波纹管的下料安装、预应力筋张力的理论计算、张拉作业方案进行了详细的分析和论证。确定张拉力控制过程为：张拉程序：010%con100%con103%con（22、锚固）。其中张拉控制应力con=0.751860=1395MPa。图11 有粘结预应力施工流程图制图人：曹善平 时间：2015年9月30日图12 单梁及预应力筋的有限元分析模型制图人：王学东 时间：2015年9月30日结果：2015年6月30日，本专项方案获得专家论证组的一致同意，并顺利通过监理单位和业主的审批。2015年9月17日进行技术部、张拉组、张力控制测量组的联合演练，完成单梁张拉的时间为2小时、一次张拉成功，可以确保17榀预应力梁张拉工期小于5日历天。实施三：传感器安装方式需合理（由张守鑫负责）为了确保张力控制过程的顺利实施，初步确定了3种传感器布设方案。方案1：预应力筋张拉端预留空23、间安装传感器，每根索安装1个传感器；方案2：预应力筋进入波纹管后，在波纹管上开3个孔，每根索各安装3个传感器，张力值为3个传感器显示张力的算数平均值；方案3：预应力筋进入波纹管之前，在每根索上各安装3个传感器，索与传感器一起拉入波纹管，张力值为3个传感器显示张力的算数平均值。表12 方案比选表方案1方案2方案3安装难度易难易安装费用少大大拆卸难度易难难测量准确度小大大后续松弛监测难方便方便制表人：张守鑫 时间：2015年10月15日结果：2015年10月10日，本QC小组组织了一次专题研讨会，经讨论一致认为方案3为最佳方案，经测算单次张拉力测量成本为50元/次根（仪器租赁费）、传感器安装和拆卸24、成本为5元/次根（人工费）。图13 磁通量传感器布置现场制图人：张守鑫 时间：2015年10月10日实施四：张力测量人员技能要高、责任心强（由娄荣标负责）本次张力控制测量人员由本QC小组成员曹善平、王学东、吴芬英、胡伟等4人组成，此4人中除了王学东直接参与传感器研制外，其他3人均未接触过张力磁通量测量。为此，本QC小组于2015年11月3日聘请了飞尚公司李文国博士和张林毓博士对上述4人进行专项技能培训，为期一天。此外，2015年11月4日，组织了项目经理对4人的责任心进行教育，同时公布了一次性成功奖励10000元的政策。图14 综合技能考核合格率变化情况 图15 测量控制操作优秀率变化情况制图25、人：胡伟 时间：2015年4月6日结果：2015年11月5日上午，组织对4名人员现场综合技能考核，4人全部通过；单项工艺操作一次优秀率从原来的25%上升到100%，效果显著。6、确认效果本工程张拉自2015年11月13日至11月17日实施，历时5个日历天；经与理论值对比、张拉力控制为1.5%左右，均未超过2%，取得了很好的效果，获得业主和监理单位的一致好评；展示了公司雄厚的技术实力和优秀的管理水平，为公司赢得了良好的社会声誉。图16 控制测量部分照片和张拉成型照片制图人：吴建德 时间：2015年1月20日7、标准化、总结和打算1巩固措施为了进一步巩固取得的成果，我们采取了如下措施：（1）整理本26、次课题的原始数据和资料，加以归纳和总结，形成汇报材料，在公司所辖各分公司、项目部之间进行汇报交流。（2）将后张法预应力砼梁张拉力控制报公司审批，结合“三合一”贯标体系文件，已纳入到公司后张法预应力混凝土施工指导书进行推广应用。（3）联合研制的可用于民用建筑后张法体内预应力控制测量磁通量传感器已投产上市。2总结和下一步打算通过本次QC小组活动，小组成员在创新意识、质量意识、改进意识、个人能力、QC知识运用能力、解决问题的方法等方面有了明显的改进和提升，详见图17（虚线为活动前，实线为活动后），为今后继续开展QC小组活动打下了坚实的基础。本次QC小组活动实现了预期的目标，下一步将以“先张法预应力砼梁张拉力控制的技术创新”为题开展QC小组活动。质量精神创新意识解决问题能力QC知识运用能力个人能力改进意识257510050图17 自我评价雷达图