預應力全自動智能張拉系統設計研究*

李峰泉

(西安外事學院 工學院，陜西 西安 710077)

預應力全自動智能張拉系統設計研究*

李峰泉

(西安外事學院 工學院，陜西 西安 710077)

橋梁施工中的預應力張拉是關鍵工序之一，其施工的質量直接關系到橋梁結構的安全性和耐久性。傳統的人工張拉存在諸多弊端，很難達到新的施工技術規范。針對人工張拉的缺點，研究設計了一個全自動智能化的預應力張拉系統，由計算機實時檢測、存儲、傳輸和分析張拉數據，智能調整泵站的工作狀態，自動完成張拉全過程，實現了張拉過程的數字化、標準化、規范化和信息化。

預應力；全自動；智能張拉；設計

隨著我國經濟的迅猛發展，公路交通運輸事業也隨之大力發展，大量的預應力混凝土橋需不斷建造。大量的試驗和事實證明，預應力是橋梁的生命，如果設計不準確和施工質量不達標，將會直接影響到橋梁結構的安全性和耐久性，導致梁體開裂、下撓，甚至坍塌[1]。交通運輸部為了保障橋梁的安全和耐久，出臺了新修訂的JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術規范》。實際經驗表明，傳統人工張拉技術基本上已經難以達到新的施工技術規范中對多臺千斤頂在張拉過程中的質量控制要求。隨著相關技術的成熟，預應力張拉系統逐漸向數字化和智能化方向發展。應用傳感技術、通信技術、計算機技術和控制技術的智能化的預應力張拉系統已經成為混凝土橋梁建造的必然選擇[2-3]。

預應力張拉是在構件中提前施加拉力，使得被施加預應力張拉構件承受拉應力，進而使其產生一定的形變，來應對結構本身所受到的荷載，包括結構自身質量的荷載、風荷載、雪荷載和地震荷載作用等。本文主要研究采用計算機對多臺千斤頂進行同步張拉控制和施工管理的系統功能設計。

1 系統的基本組成和功能

1.1 系統的基本組成部分

本系統主要由智能張拉主控計算機、智能張拉控制器、智能張拉泵站、張拉千斤頂以及傳感器檢測與反饋系統等組成(見圖1)。

圖1 全自動智能張拉系統基本組成

1.2 系統各組成部分的功能

1.2.1 主控計算機

主控計算機是張拉施工時張拉數據的控制、管理和存儲中心，支持張拉任務的創建、設置和執行，控制張拉數據的接收、審核和儲存，通過打印機輸出報表。

1.2.2 智能張拉控制器

智能張拉控制器是自動張拉過程的控制中心，接收主控計算機發出的張拉任務，并控制自動張拉泵站的工作。在張拉過程中，系統把自動泵站數據采集模塊采集到的位移傳感器和油壓傳感器的實時信號，經過分析和處理，將結果通過輸出模塊輸出，控制和調整自動張拉泵站的工作狀態，保證千斤頂的張拉力值和伸長值同步平衡增長，實現張拉過程的全自動控制。張拉的同時，將張拉數據通過自動控制及通信模塊，實時上傳至主控電腦，顯示實時張拉曲線，并存儲數據，輸出施工報表。

1.2.3 自動張拉泵站

自動張拉泵站可以是2臺或4臺，是整個張拉過程的動力源，通信模塊將接收到的任務通過智能張拉控制器以電控信號自動控制壓力油輸出，按要求輸送至張拉千斤頂，實現全自動平衡張拉。

1.2.4 張拉千斤頂

張拉千斤頂同樣可以是2臺或4臺，將電液控自動張拉油泵輸出的壓力油轉換成張拉力的輸出，完成預應力梁預施應力的施加。

1.2.5 傳感器檢測系統

傳感器檢測系統由位移傳感器和液壓傳感器2個部分組成。

每臺千斤頂均安裝有高精度位移傳感器，實時將千斤頂活塞的伸長值通過信號采集模塊傳輸給智能張拉控制器，減少了人工測量的工作量，同時提高了數據的準確性。

測力系統安裝有2個壓力傳感器，分別安裝在千斤頂的供油端和液壓站的回油端，回油端的傳感器測量千斤頂所受的背壓。2個傳感器數據的差值更真實地反映了千斤頂的張拉力。

2 系統的操作設計

本系統的操作設計了張拉數據、梁型設置、張拉設置、系統參數以及數據維護等5大功能模塊，操作流程如圖2所示。

圖2 全自動智能張拉系統操作流程

輸入正確的用戶名、密碼以及端口號后進入系統。在張拉任務開始前，需要先進行基本參數和任務設置。

2.1 梁型設置

選擇梁型輸入菜單，設置好常用的橋梁類型、橋梁長度、相應的鋼束數量及編號等基本信息，來建立梁型庫。將已設置好的橋梁梁型、長度和鋼束等基本信息之間的相互關系對應好，建立好梁型基本數據關聯。鋼束按照實際張拉順序導入，方便張拉時按順序張拉。

2.2 張拉設置

1)對張拉參數進行設置。根據不同的梁型和長度，設置對應鋼束的張拉力值及設計伸長值。可以修改張拉順序、鋼束編號和設計力值等數據，修改完畢后進行保存，數據將永久存入計算機系統數據庫中，根據需要可以隨時調用。張拉數據的記憶功能最大限度地減少了數據的輸入量，避免了重復錄入而出現人為失誤。

2)對張拉任務進行設置。根據施工要求，依據所要張拉的橋梁的橋梁編號，確定每一片梁所對應的梁型、梁長、張拉力和額定伸長量等相關數據并進行具體設置。在“新增梁號”功能中輸入梁號、選擇梁型和梁長等添加新的張拉任務，張拉任務可一次全部設置完成，也可多次完成；同時，支持對已經設置好的任務進行數據修改。

2.3 參數設置

首先，要建立千斤頂庫，本系統設計支持多種噸位的千斤頂與泵站的靈活組合使用，輸入各種千斤頂相關參數以建立千斤頂庫；然后，分別針對各個千斤頂與泵站的配組進行張拉力和伸長量的標定，并分別設置相應張拉參數。張拉前，只需選定所需的千斤頂組，系統自動將千斤頂的標定參數和張拉參數寫入智能張拉控制器。

張拉力標定設置主要是通過標準測力系統對油壓傳感器與千斤頂進行標定[4]。在張拉力標定中，可以對所有參加本系統張拉的千斤頂進行標定，選擇泵站，選擇連接泵站的千斤頂組號，輸入要標定的數據，標定完畢后將數據存儲并寫入智能控制器中。需要驗證數據時，選擇讀取數據即可。本設計中支持補償量輸入，即標定好標率之后，使千斤頂加載至張拉力達到某個值時，如果顯示力值與標準測力系統顯示的力值有偏差，則在對應的補償量控制欄中輸入相應的反向(高減低加)補償值即可。

伸長值標定設置主要是標準長度計量器具對位移傳感器進行標定，選擇泵站，選擇連接當前泵站的千斤頂組號，選取對應千斤頂。同樣提供了補償方法，標定好標率之后，讓千斤頂活塞伸出到某個值時，如果顯示伸長值與實際測量伸長值有偏差，則在對應的補償量控制欄中輸入補償值即可。

2.4 系統參數設置

系統參數設置主要是針對系統張拉過程的控制參數、保護參數及持荷時間等的設置；同時，根據施工需要，也可以將每個張拉過程按照百分比進度進行階段劃分，便于多階段張拉施工。根據不同的張拉力，可靈活設置張拉曲線的坐標值，便于輸出顯示結果。

本系統設計支持多泵站對多千斤頂工作，更換千斤頂時，點選泵站選取與該泵站已經標定的千斤頂，選擇不同頂張拉進行組合確認，保存后將相關已標定和設置參數下發到泵站智能張拉控制器，即可換頂成功。

2.5 張拉過程

張拉數據設置和系統參數設置以及張拉任務錄入等設置完成后，施工人員就可以根據設置好的張拉任務進行張拉。系統具有操作人員與監理人員的現場拍照存檔功能，點擊拍照，就可分別記錄張拉技術員和監理的圖像；選擇梁號和臺座編號，點擊起動按鈕，即可起動要張拉的鋼束(該過程中需要再次確認各項設置參數)。在張拉過程中，張拉數據實時記錄并自動生成張拉曲線，準確、直觀，方便查看和復核；同時，設置了不同顏色的通信狀態指示燈，來表明張拉時的不同狀態信息，遇到緊急情況時可急停張拉。

2.6 張拉數據的記錄、存儲及輸出

當張拉結束后，可查看張拉記錄以及歷史記錄等信息，包括具體的數據信息和完整的張拉曲線信息，并根據張拉記錄自動生成張拉記錄表。張拉報表的自動生成，真實完整，減少了人工錄入和計算，提高了工作效率，并可根據需要，設置多模板輸出方式，使得輸出報表更加靈活多樣[5]。

3 結語

本系統設計克服了傳統人工操作張拉模式下的各種缺陷，包括不能保證嚴格按照設計要求和施工規范施工，隨意性大，同步性差，安全性差，測量精度低，誤差較大，不能完全保證所記錄張拉數據的真實性、可靠性以及可追溯性，施工人員較多，成本較高等，嚴格按照施工規范的要求，通過實時檢測、存儲和傳輸張拉數據，并由數據處理模塊對檢測到的數據進行運算和分析，智能調整泵站的工作狀態，自動完成張拉全過程，做到了預應力梁預施應力的精準控制和同步平衡張拉，實現了張拉過程的數字化、標準化、規范化和信息化，保證了預應力梁的張拉質量，完善了施工要求及過程管理。

[1] 鄧年春．預應力智能張拉系統研究及其工程應用[J]．預應力技術，2014(3)：24-25.

[2] 肖云，羅意鐘，唐祖文，等．預應力智能張拉系統的設計與應用研究[J]．西部交通科技，2014(10)：43-47.

[3] 沈新慧．淺析智能張拉系統在預應力橋梁施工中的應用[J]．中國新技術新產品，2013(8)：54-56.

[4] 陳紅杰．預應力智能張拉系統在T梁預制中的應用[J]．石家莊鐵路職業技術學院學報，2014(3)：50-54.

[5] 柴延偉，魯琦．一種公路橋梁自動張拉智能控制裝置：中國，201320832532.2 [P]．2014-06-18.

*陜西省教育廳專項科研計劃項目(2013JK0398)

責任編輯鄭練

ResearchonDesignofPrestressedAutomaticTensioningSystem

LI Fengquan

(College of Technology, Xi′an International University, Xi′an 710077, China)

Bridge construction prestressed tensioning is one of the key processes, and the quality of construction is directly related to the safety and durability of bridge structures. There is lots of drawback in traditional artificial tensioning, it is difficult to achieve technical specification for the new construction. Aiming at reducing the shortcomings of artificial tensioning, the paper researched and designed a fully automated intelligent prestressed tensioning system, real-time detection, storage, transmission and analysis of tensioning data by computer. The paper intelligently adjusts the working status of the pumping station, auto-completes the full tensioning process to achieve the digitization, standardization and information technology.

prestressed, fully automatic, intelligent tensioning, design

TP 393

：A

李峰泉(1977-)，男，講師，碩士，主要從事圖像處理和計算機網絡技術等方面的研究。

2014-12-26