淺析智能張拉系統(tǒng)在預應力橋梁施工中的應用

沈新慧

（楚雄公路管理總段,云南 楚雄 675000）

隨著我國交通運輸事業(yè)的大力發(fā)展，預應力混凝土橋梁的應用更為普及，公路上建造了大量的預應力混凝土橋，然而，大量現(xiàn)役預應力橋梁的調(diào)查和檢測結(jié)果表明，梁體內(nèi)不能建立與設計相符的、準確的預應力，這將會導致梁體開裂、下?lián)稀⑵茐模⒂绊憳蛄航Y(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。究其原因，質(zhì)量隱患主要來源于預應力張拉時施工不規(guī)范和缺乏有效的質(zhì)量控制技術(shù)手段。為保證預應力橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，交通運輸部出臺了新的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，其中對多臺千斤頂在張拉過程中的同步性、持荷時間、錨下的有效預應力及其均勻度等的質(zhì)量控制提出更加嚴格的要求。實踐說明，傳統(tǒng)人工張拉技術(shù)已經(jīng)難以滿足新規(guī)范實施手冊，智能張拉系統(tǒng)則能夠較好地適應。本文結(jié)合工程應用效果和經(jīng)驗總結(jié)，對智能張拉系統(tǒng)進行應用性研究，具有一定的參考價值。

1智能張拉系統(tǒng)的工作原理及特點

1.1 智能張拉系統(tǒng)的工作原理

智能張拉系統(tǒng)是由主機、油泵、千斤頂三大部分組成，圖1所示為其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 智能張拉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 智能張拉系統(tǒng)工作原理圖

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預應力智能張拉系統(tǒng)以應力為控制指標，伸長量偏差作為校核指標。系統(tǒng)通過傳感技術(shù)采集每臺張拉設備（千斤頂）的工作壓力和鋼絞線的伸長量（含回縮量）等數(shù)據(jù)，并實時將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)主機進行分析判斷，同時張拉設備（油泵站）接收系統(tǒng)指令，實時調(diào)整變頻電機工作參數(shù)，從而實現(xiàn)高精度實時調(diào)控油泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)張拉力及加載速度的實時精確控制。系統(tǒng)還根據(jù)預設的程序，由主機發(fā)出指令，同步控制每臺張拉設備的每一個機械動作，自動完成整個張拉工程。如圖2所示，為智能張拉系統(tǒng)的工作原理圖。

千斤頂上的壓力傳感器在張拉過程中負責采集千斤頂油缸的壓力值，通過下位機傳給控制主機，主機根據(jù)標定參數(shù)換算成拉力值，然后根據(jù)壓力油表的線性方程，計算出油表讀數(shù)，并把拉力值和油表讀數(shù)存儲記錄在預應力張拉記錄表里。

千斤頂上的位移傳感器在張拉過程中負責采集鋼絞線伸長量（含回縮量）值，通過下位機傳給控制主機，計算出實際伸長量和伸長量偏差，并存儲記錄在預應力張拉記錄表里。

1.2 智能張拉系統(tǒng)的特點

使用智能張拉系統(tǒng)，可以精確施加應力，及時校核伸長量，實現(xiàn)“雙控”，多臺千斤頂對稱同步，持荷時間滿足要求，自動生成張拉記錄表杜絕數(shù)據(jù)造假，實現(xiàn)遠程控制張拉。

圖3 智能張拉操作現(xiàn)場

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2 智能張力系統(tǒng)工程應用

2.1 工程概況

K0+145魯塔村1號大橋位于國道主干線昆明繞城公路西北段9合同明朗支線段，采用智能張拉系統(tǒng)進行施工，圖3為智能張拉的操作現(xiàn)場。

該橋左右幅均為7孔30米T形連續(xù)梁橋，斷面為5梁式結(jié)構(gòu)，左右幅各2聯(lián)（3孔一聯(lián)+4孔一聯(lián)）。全橋共有70片T梁，其中邊跨中梁24片，邊跨邊梁16片，中跨中梁18片，中跨邊梁12片，每片梁肋設3束正彎矩預應力鋼絞線，設計理論控制張拉力見表1。在張拉過程中，對全橋所有T梁的420個鋼絞線張拉端的錨下控制力數(shù)據(jù)和210個伸長量偏差值進行了統(tǒng)計分析。

2.2 同步張拉

一臺計算機能控制多臺千斤頂同時、同步對稱張拉。在張拉過程中，終端會根據(jù)設置，實時檢測張拉兩端的伸長量差值和張拉控制力差值是否符合要求。如果不符合要求，系統(tǒng)會彈出對話框要求檢查。

由表2可以看出，在不同鋼絞線根數(shù)組成的210組T梁的A、B端差值里，張拉控制力的差值與相應的設計張拉控制力的比值，最大為0.94%，最小為-1.74%。這說明無論是幾根鋼絞線組成的鋼束，智能張拉系統(tǒng)完全能滿足新規(guī)范規(guī)定：在采用兩臺及以上千斤頂實施對稱和梁端張拉時，各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差宜為±2%。

2.3 張拉過程智能化

張拉過程實現(xiàn)了張拉程序智能控制，不受人為、環(huán)境因素影響。圖4為張拉持荷時的終端界面。

由圖4可以看出，停頓點、加載速率、持荷時間等張拉過程要素，完全符合新規(guī)范要求[1]：“張拉至控制應力時，應按本章第7.7節(jié)和第7.8節(jié)的規(guī)定，保證千斤頂具有足夠的持荷時間（低松弛預應力筋持荷時間5min后方可錨固）。”

表5

圖4 張拉持荷時的終端界面

2.4 精確施加應力

為了精確施加應力，對不同鋼絞線根數(shù)組成的420個T梁錨的控制張拉力進行分析，詳見表3。

由表3中的偏差數(shù)據(jù)可以看出，在不同鋼絞線根數(shù)組成的420個T梁錨下控制張拉力里，張拉控制力的最大偏差為1.48%，最小偏差為-0.53。這說明，不論是幾根鋼絞線組成的鋼束，智能張拉系統(tǒng)完全能滿足新規(guī)范規(guī)定：“張拉控制應力的精度宜為±1.5%。”同時，不論是幾根鋼絞線組成的鋼束，智能張拉系統(tǒng)施加的錨下張拉控制力比較穩(wěn)定，波動性小，梁體受力均勻。

2.5 及時校核伸長量，實現(xiàn)"雙控"

系統(tǒng)傳感器實時采集鋼絞線伸長量數(shù)據(jù)，反饋到計算機終端，自動計算實際伸長量，然后與事先存儲的理論伸長量比較，及時校核伸長量偏差是否在±6%范圍內(nèi)，實現(xiàn)應力與伸長量同步“雙控”。表4為預應力筋伸長量偏差統(tǒng)計分析表。

由表4中的伸長量偏差數(shù)據(jù)可以看出，在不同鋼絞線根數(shù)組成的210個伸長量偏差值里，最大偏差為5.5%，最小偏差為-0.2%。這表明，不論是幾根鋼絞線組成的鋼束，智能張拉系統(tǒng)的實際量伸長量都比較準確，智能張拉系統(tǒng)完全能達到新規(guī)范要求：預應力筋采用應力控制方法張拉時，應以伸長值進行校核。實際伸長值與理論伸長值的差值應符合設計規(guī)定；設計未規(guī)定時，其偏差應控制在±6%以內(nèi)。

2.6 質(zhì)量管理功能

使用智能張拉系統(tǒng)，業(yè)主、監(jiān)理、施工和檢測單位可以在同一個互聯(lián)網(wǎng)平臺，實時進行交互，可以突破地域限制，及時掌握預制梁場上T梁的預應力施工質(zhì)量情況，實現(xiàn)“實時跟蹤、智能控制、及時糾錯”。

計算機自動記錄張拉數(shù)據(jù)，杜絕了人為造假質(zhì)量數(shù)據(jù)的可能，可進行真實的數(shù)據(jù)質(zhì)量追溯。自動生成張拉記錄表，省去了張拉力、伸長量等數(shù)據(jù)的計算、填寫過程，提高了工作效率。

2.7 遠程監(jiān)控功能

可以實現(xiàn)300m以內(nèi)的遠程監(jiān)控功能，在很大程度上降低了施工操作人員的工作難度和施工安全隱患，并且能夠做到多道工序同時進行，大大提高了施工、管理效率。

3 智能張拉系統(tǒng)工藝的優(yōu)越性

通過前文分析足以說明，智能張拉系統(tǒng)工藝能夠滿足施工質(zhì)量要求，此處將其與傳統(tǒng)手工張拉工藝進行對比，以分析其在工藝上的技術(shù)優(yōu)勢，詳見表5。

結(jié)語

智能張拉系統(tǒng)在預應力橋梁施工中，保證了預應力規(guī)范張拉，為保障橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全提供了有效的技術(shù)手段，切合工程實際需要和規(guī)范要求。應用智能張拉系統(tǒng)，實現(xiàn)張拉過程控制自動化、精細化、標準化，讓預應力施工質(zhì)量符合設計與使用要求，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有利于保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全和降低橋梁全壽命周期成本，有利于節(jié)約橋梁建設、養(yǎng)護資金投入，有利于節(jié)約社會資源和保護環(huán)境，直接服務于資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設，實現(xiàn)交通事業(yè)科學發(fā)展，可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟、社會效益。

[1]JTG/TF50-2011.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]．

[2]田克平.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范實施手冊[Z].北京：人民交通出版社，2011.

[3]梁曉東,吳濤,劉德坤.預應力智能張拉與傳統(tǒng)張拉的比對試驗研究 [J].公路,2012，（4）：144-146.

[4]鄭磊.后張法梁板預應力智能張拉系統(tǒng)應用簡述[J].科技風，2012，（2）：90-91.

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