智能張拉系統的應用與研究

藺曉東 王申

[摘要]智能張拉系統的精度高和穩定性強，排除人為因素干擾，有效確保預應力張拉施工質量，是目前國內預應力張拉領域最先進的工藝。可推動我國結構物服役可靠性的提升和使用壽命的延長。

[關鍵詞]智能張拉；預應力；科學發展、安全發展；全壽命周期

一、引言

經過改革開放30多年的發展，我國公路橋梁建設取得了舉世矚目的成就。截至2014年底，我國公路橋梁總數已達75.71萬座，4257.89萬延米。交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，如何保障橋梁的安全性、耐久性和使用功能已成為目前橋梁工程界的巨大挑戰。傳統的預應力張拉控制方法由于受監測方法的限制，其精度根本無法保證，嚴重影響有效預應力的建立。如何嚴格控制有效預應力的大小及其不均勻度，確保橋梁預應力張拉施工質量符合設計和規范要求，是解決橋梁預應力病害問題的最有效的方法，具有重大的現實意義。

二、智能張拉系統概念

智能張拉是指不依靠工人手動控制，而利用計算機智能控制技術，通過儀器自動操作，完成鋼絞線的張拉施工。隨著傳感技術、通訊技術、計算機技術和控制方法的發展，通過制造復合力傳感器、智能控制儀，通過計算機（或PLC）控制張拉油泵和千斤頂，利用測力傳感器和位移傳感器的測量數據反饋，實現預應力同步和精確張拉，同時對張拉過程數據進行儲存，可隨時調看歷史數據，主要應用范圍包括后張梁、先張梁、地錨索和錨固試驗等領域。

三、智能張拉系統應用

智能張拉系統指一種預應力自動張拉設備及其計算機控制系統，主要由預應力智能張拉儀、智能千斤頂、遠程控制主機、高壓油管等組成，以應力為主，伸長量為輔，通過傳感技術采集每臺張拉設備（千斤頂）的張拉力和鋼絞線的伸長值（含回縮量）等數據，實時將數據傳給控制主機進行判斷，同時張拉設備（泵站）接收系統指令，實現張拉力及加載速度實時精確控制，系統還根據預設程序，由控制主機發出指令，同時控制每臺設備的每一個機械動作，自動完成整個張拉過程。

3.1預應力張拉儀

設備為超高壓動力輸出設置，主要是為結構物的張拉裝置（千斤頂）提供可靠、穩定的提升動力，具有提升、保壓、回程等功能，能夠精準的實現程序設定的命令，通過無線通訊接口確保數據通訊的可靠交互。

3.2智能千斤頂

采用新型密封件，高壓自增強油缸強度，優化千斤頂結構尺寸，在保證千斤頂行程，油壓不變的前提下，重量比常規穿心式千斤頂減輕30%-45%，使千斤頂的重量出力比達到0.6：1，同時千斤頂長度和外徑減小，能減小預留鋼絞線的長度，可廣泛應用于各類預應力施工，具有精度高、誤差小、里程大、移動平順等特點，自身附帶高精度壓力傳感器，能精準測量千斤頂輸出的力值，自身附帶電子位移傳感器，用于千斤頂油缸伸長量的測試。

3.3遠程控制設備

采用局域網WIFI連接計算機與智能張拉儀，利用無線網卡，使用方便快捷，性能可靠。統一建設方、監理、施工、檢測單位于同一平臺，能實時進行交互，突破了地域限制，及時掌握預應力施工質量情況，實現“實時跟蹤、智能控制、及時糾錯”。

3.4高壓油管

油管包括進油管、回油管，構成千斤頂提升、回程的油路。

四、智能張拉系統工作原理

智能張拉系統操作簡單，界面人性化，適應各種施工場地環境。借助智能張拉系統，可自動讀取結構物參數，智能計算張拉過程的壓力值，無線控制油泵的進退油，實時無線采集油壓與位移信息，自動生成預應力張拉記錄表等功能。全程無需人工干預，且具有錯誤糾正、數據同步、張拉審核等張拉過程控制，核心是在預應力張拉控制和施工技術總結的基礎上，通過計算機來控制張拉施工過程，完全改變了傳統的通過人工來操縱油泵進行張拉操作，真正地實現了張拉的同步性控制。

施工單位根據系統預先設定的不同賬號和使用權限，通過智能張拉系統平臺，輸入張拉結構物編號，即可提取張拉要素，在填寫相關信息之后，提交張拉申請，系統將通過計算系統自動計算張拉力和伸長值控制值，一切張拉準備就緒，由監理審核批準后，啟動“張拉施工控制”智能張拉系統平臺界面。由智能張拉系統輸出液壓油量控制信息，通過專用千斤頂液壓終端來達到智能控制張拉的目的。張拉完成后數據自動上傳，通過智能張拉平臺系統，施工單位、監理、業主可以根據預先設定的用戶權限登錄平臺系統，對整個張拉進度、延伸率等過程進行全面控制了解。如有不符合質量要求，系統將及時預警，并提供預應力張拉控制“平均張拉力”和“理論伸長量”分析指標，分析原因，及時積累數據，積累工程經驗。

五、智能張拉系統關鍵技術及措施

智能張拉是個系統工程，既借鑒傳統張拉設備的特點，又考慮其獨有的特性；既考慮新設備要求，又符合項目管理既有流程和管理方式；既考慮設備的先進性，又考慮應用者的操作水平。因此，智能張拉設備是在電腦控制同步頂升設備和各類成熟技術的基礎上，根據預應力張拉技術要求和自動張拉的新特點而設計研發出來的。

六、智能張拉系統運行技術

系統可以精確控制張拉施工中的預應力施加及預應力筋的伸長值變化，客觀保持張拉施工全過程記錄，直觀反映施工過程中的加荷、卸荷速率、張拉分級及持荷時間、夾片回縮等關鍵信息，便捷實現對稱同步張拉，還可以利用系統專業配套軟件將現場采集數據進行處理，并生成帶有防偽功能的報告。報告含有預應力施工的所有信息，包括具體的施工時間、張拉全過程的荷載-伸長量過程線、荷載-時間過程線、伸長量-時間過程線、施工進行時的最大荷載和伸長量等。僅需簡單分析報告中的信息，如加載卸載速度、分級加載持荷時間、油泵千斤頂性能優劣等，就可以迅速判斷預應力施工是否規范，對發現問題予以糾正和全面指導。此外，該報告采用動態數字水印技術進行加密處理，可有效防止數據被人為篡改，從源頭上確保施工數據的可信度，同時也能進一步增強施工質量意識，確保施工質量。

七、結論

綜上所述，智能張拉系統堅持科學發展、安全發展的觀念，在運行使用的過程中不僅滿足了質量安全和經濟耐久，而且促使預應力張拉更加自動化、信息化和一體化。降低了施工中人為因素的影響，減少了張拉施工的誤差，更加注重全壽命周期，更好地服務于國家經濟社會發展和人民群眾的安全便捷生活，具有重要的意義。

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