智能張拉系統在高速鐵路后張預應力混凝土簡支箱梁中的應用

馮銀博

(中鐵二十四局集團貴溪橋梁廠有限公司,江西 貴溪 335400)

0 引言

后張法預應力混凝土簡支箱梁在高速鐵路中有著廣泛的使用,商合杭鐵路站前工程施工質量備受關注,其中預應力張拉作為關鍵工序尤為重要,在這個過程中通過控制張拉力和張拉伸長值來保證獲得張拉的效果。目前預應力筋的張拉常用方法均是通過人工手動操作進行,易受人員、設備等因素的影響；預應力智能張拉技術通過計算機軟件控制油泵,可實現張拉的數字化控制,多頂同步張拉；千斤頂缸長的伸長值采用傳感器自動讀取并記錄,排除人為因素,提高了測量的精準性,同時在監控數據超出規定值的情況下可自動預警直至停止張拉。

1 工程概況

商合杭鐵路站前工程正線橋梁設計目標350km/h,其鐵路等級為高速鐵路,預制無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁(雙線)采用通橋(2016)-2322A系列,商合杭鐵路站前十七標廣德制梁場共計預制箱梁544榀。設計要求需對箱梁進行兩端對稱同時張拉,箱梁預應力的準確施加,是結構安全的保證。本文結合高速鐵路預制箱梁預應力智能張拉技術及其工程管理的施工實踐,對預應力張拉實時全程跟蹤、智能控制等相關問題進行論述。

2 智能張拉系統介紹及工作原理

中鐵二十四局集團貴溪橋梁廠有限公司廣德制梁場開發研究的智能張拉系統及張拉設備,其系統不僅為預應力工程提供精確控制的預應力施工技術,并同時提供相應的監測接口,具備網絡化、數據智能的新的能力,采用“云+設備”模式為業主和上級管理單位提供了可靠的預應力施工設備和遠程實時監控管理云平臺,即主要有兩部分組成：施工現場張拉系統和遠程數據管理及監測系統。

可根據預應力張拉工藝及控制要求,可以實現對預應力的標定、張拉、錨口喇叭口摩阻測試、孔道摩阻測試、反拱測試以及數據云平臺管理等相關的技術。預應力張拉全過程一鍵式自動張拉,張拉數據參數可一鍵式導入,精準調控張拉力,張拉控制精度小于1.0%；同步參數可設定為確定比例或數值的力,兩端不平衡力小于設計張拉值的1%；張拉過程圖表分析,伸長值與同步偏差率對比,直觀反映張拉數據正常情況,施工中偏離正常值的情況提供警示和相應的處理預案。張拉過程數據永久保存,做到數據可追溯,不可更改,遠程監理,業主可實時監控,確保工程施工質量。

遠程數據管理及監測系統采用GIS地理信息技術+云端關系數據庫系統,通過物聯網關,基于無線網絡直接從現場張拉設備采集運行參量和張拉數據報表、視頻影像,采集不用人工干預,可以進行秒級的數據采集、壓縮、上傳,最終存入關系型數據倉庫,實現梁場信息、項目工程信息、箱梁基礎信息、張拉設備等信息建立一套基于云物聯+GIS的綜合信息管理平臺,遠程監控是基于前端工業遠程設備上,應用實時數據采集技術+VPN技術,建立實時數據采集鏈路和VPN點對點安全通信；實現數據采集和逆向遠程調試操作。

3 智能張拉施工工藝

智能張拉施工過程可分為四步：1、千斤頂標定；2、輸入張拉參數；3、啟動張拉；4、自動生成報表。

圖1 智能張拉系統的框架示意圖

3.1 啟動千斤頂標定程序

數控標定程序與老式張拉設備對比,精度控制精確,不用效驗油表；每臺數控張拉設備有與之對應的千斤頂進行校核,設備編號、千斤頂編號、效驗日期等信息應填寫完整；效驗千斤頂分六個等級施加壓力(5、10、20、30、40、50)Mpa,共計測定三次取平均值。

系統效驗過后輸入相應數據,可直接計算出公式Y=KX+B的數值。

3.2 輸入張拉參數

3.2.1 設備信息

根據現場的實際情況,預初張與終張拉選用的不同組的千斤頂,千斤頂與設備本身也有配套情況,根據不同張拉情況下的千斤頂又做了詳細的劃分,也對不同的標定結果進行了分類。

3.2.2 梁體基本信息

每一孔箱梁進行張拉前,需要核對其基本信息,確保無誤時才能進行下一步的操作。預張拉、初張拉、終張拉三次張拉都需確認基本信息,一束張拉完成,張拉順序會自動跳轉下一束,智能化為生產提供便利。

3.2.3 預應力筋基本信息

包括預應力筋編號、張拉控制力、鋼絞線的總長度、總轉角、孔道摩系數κ、μ數值、理論總伸長值、超張拉百分比,該系列數據可事先整理在excel中,一鍵導入。

3.3 啟動張拉程序

張拉主界面的簡潔化與張拉的數據反映一直都是工人關心的問題,為了方便人員的操作,通俗易懂的使用本系統,才有一鍵式啟動張拉,控制力精準控制,位移數據實時顯示,同步率伸長率數據對比,專家系統分析張拉過程中產生的問題,并選擇處理方案。

3.4 自動生成報表

根據梁場的情況,定制與之相同要求的張拉記錄表格,數據在一鍵式張拉完成后自動生成數據表格,不需要手動記錄與抄寫,減少工作量,節約時間提供工作效率。

圖2 預應力張拉啟動界面

圖3 預應力筋張拉記錄表

4 遠程數據管理及監測平臺

應用GIS地理信息技術+云端關系數據庫系統,建立梁場管理中心,主要包括：預制箱梁信息管理、梁場信息圖形化管理、項目信息管理、張拉設備檔案；遠程監控主要包括：張拉組態監測、張拉視頻監測、張拉視頻回放等(見圖4、圖5)。

圖4 張拉組態監測

圖5 張拉視頻監測

5 預應力智能張拉程控系統現場張拉的實際運用

系統設備張拉操作簡單快捷,一鍵式啟動,數據精準測控,具有很高的系統穩定性、技術先進性、使用簡便性、應用開放性、高性價比等。

設備與千斤頂配套使用,設備編號為：

主機0-A1張拉設備編號KSC0017958

從機1-B1張拉設備編號KNA1928595

從機2-A2張拉設備編號KSC0017959

從機3-B2張拉設備編號KNA1928596

6 結論

本文介紹的預應力智能張拉系統相比較傳統人工張拉具有顯著優勢:1、油泵由軟件控制,實現了張拉的數字化控制；2、伸長值采用超聲傳感器自動讀取并記錄,提高了測量的精準性；3、能夠確定錨固回縮能夠快速分析并判斷伸長值有無異常；4、自動生成施工報表；5、可以實現一臺設備配套多個千斤頂,以實現同步控制；5、通過使用配套的智能張拉平臺,可以實現其他參數的測量；6、建立數據管理平臺,并可向第三方提供實時監控的視窗。該套系統可使用在預應力工程的預應力張拉中,不僅能提高工程質量、改善工程管理,還能提高工作效率,可廣泛推廣使用。

[1]上海同吉建筑工程設計有限公司,預應力智能張拉程控系統使用說明.

[2]熊學玉.預應力混凝土結構理論與設計.中國建筑工業出版社,2018.

[3]熊學玉.預應力工程設計施工手冊.中國建筑工業出版社,2003.

[4]汪繼恕.國家會展綜合體的預應力混凝土梁的智能張拉技術.城市道橋與防洪,2015.8.

[6]汪繼恕,郭其均.預應力智能張拉技術在歷史保護建筑加固中的應用.建筑施工,2015.7.