预应力智能张拉系统运用与控制
杨磊 李双
江苏省镇江市路桥工程总公司 212000
摘要：公路桥梁中最常用的梁式桥，以预应力混凝土结构形式的桥梁日益显出广阔的应用前景。传统的预应力张拉施工的人为因素过多和张拉机械设备的落后，造成的张拉不合格现象也日益凸显。预应力智能张拉系统的出现，有效地提高预应力构件的施工质量。 关键词 预应力 张拉 传统 智能
1. 前言
随着我国经济建设的发展，桥梁建设出现了新高潮。公路桥梁中最常用的梁式桥，以预应力混凝土结构形式的桥梁日益显出广阔的应用前景。因后张法预应力构件具有的特性，使其在桥梁建设方面得到了广泛的应用，特别对于大跨径桥梁。张拉施工质量的好坏，会直接影响结构的耐久性。传统的预应力张拉施工的人为因素过多和张拉机械设备的落后，造成的张拉不合格现象也日益凸显。纯靠施工人员凭经验手动操作，误差率很高，无法保证预应力施工质量。不少桥梁因为预应力施工不合格，被迫提前进行加固，严重的甚至突然垮塌，给社会造成了巨大的生命财产损失。经过对预应力智能张拉系统的实践运用和研究，有效地提高预应力构件的施工质量。
2. 工程概况
高淳至芜湖高速公路（江苏段）GW-4施工标段路线全长为3.864km ，总造价2.25亿。本标段共有桥梁5座，其中主线跨宁高新通道大桥第三、四两联上部结构为跨径25m 的装配式预应力混凝土箱梁，小计96片；环北河大桥有跨径25m 的装配式预应力混凝土箱梁64片，总计160片。25m 装配式预应力混凝土箱梁每片设计8束预应力筋，中跨梁N1、N2束为3根钢绞线，N3、N4束为4根钢绞线；边跨梁钢绞线均为4根。根据实测钢绞线弹性模量计算出的实际张拉伸长值；除边跨梁N4束为173mm 外，其余钢束皆为172mm 。
3. 传统张拉工艺的不足
3.1详细分析
对传统张拉工艺的不足之处，从预应力张拉机械设备和操作人员上进行分析（见图2）。从诸多因素看来，利用传统的预应力张拉工艺已经满足不了现代桥梁建设的质量要求。
图1 工程范围示意图
图2 传统预应力张拉设备缺点因果图
3.2要因确认
针对因果图中所列出的2个末端原因，从对影响程度是否严重来进行论证，最终将这2条末端原因都确认为主要原因。（详见表2）
4. 预应力智能张拉系统
4.1智能张拉系统组成
HX3826预应力智能张拉检测系统的组成，如图3所示。
图3 HX3826预应力智能张拉检测系统的组成
4.2预应力智能张拉检测仪
此设备为超高压动力输出装置，它的作用主要是为梁体的张拉装置（穿心式千斤顶）提供可靠、稳定的提升动力，具有自动切换油路、保压、卸荷、回程等功能。（如图4所示）
该设备能够精准的实现程序所设定的相关控制命令，通过无线通讯接口与计算机进行实时数据交换。采用成熟技术确保数据通讯的可靠交互。
图4 预应力智能张拉检测仪及其尺寸示意图
4.3智能轻量化穿心式千斤顶
它采用新型密封件，高压自增强油缸强度，优化千斤顶结构尺寸，在保证千斤顶行程，油压不变的前提下，重量比常规穿心式千斤顶减轻30％～45％使千斤顶的重量，出力比达到0.6：1，同时千斤顶长度和外径减小，能减小预留钢绞线的长度，可广泛应用于先张法和后张法的预应力施工。自身附带电子位移传感器和压力传感器，用于千斤顶内杠伸长量的测试和千斤顶输出力值的测量。具有精度高、误差小、量程大、移动平顺等特点。（如图5所示）
图5 智能轻量化穿心式千斤顶及其尺寸（150T ）示意图
4.4设备无线连接
本系统的通讯方式为wifi 无线技术，利用便携式计算机wifi 无线功能与智能张拉仪进行通讯，使用方便快捷，性能可靠。
4.5预应力智能张拉检测系统施工现场实地运用
2013年10月5日开始在我标箱梁预制场开始运用智能张拉设备进行张拉工作（如图6所示）。
图6 预应力智能张拉检测系统施工示意图
5. 智能张拉系统施工效果检查
5.1预应力智能张拉系统张拉过程规范
系统中采用的wifi 无线通讯控制技术，一台计算机能够控制两台设备同时、同步对称张拉，同步张拉力的误差范围可控制在±2%。另外，系统采用程序智能化控制，不受人为、环境因素影响；停顿点、加载速率、持荷时间等张拉过程要素安全符合桥梁设计和施工技术规范要求。（见图8）
5.2预应力施加精确
安装在千斤顶内的压力传感器具有较高的采样频率，能快速反应实时的油压值，因此能
够实现张拉施工中梁体两端预应力张拉值的精确控制，将误差范围由传统张拉的±15%缩小到±1%。张拉过程中实时的生成位移和压力曲线图，曲线图中能直观形象观测到张拉要素。还可根据图形的走势帮助查找张拉不合格原因。（见图8）
图8 预应力智能张拉检测系统张拉实时界面
5.3伸长量测量精准、可靠
千斤顶上的位移传感器，伴随在千斤顶的迁移，精确实时的读取张拉伸长量，同时系统中通过对千斤顶缸内的油压慢卸，可分析得出预应力筋的回缩量变化值。克服了人为记录数据的时效性和大误差，张拉数据又系统自动生成，避开人为修改捏造，真实可靠。同时还省去了伸长值数据的计算、填写过程，提高了工作效率。（见图9）
5.4张拉数据利于管理
张拉资料统一归档到系统中，有利于资料规范管理，能随时调取每一束钢绞线的张拉参数。
5.5安全系数较高
安装好千斤顶后，施工人员可以远离张拉端头，由操作平台自动进行张拉、读取伸长量和回顶。且计算机能实时监控到设备在运行过程中的电压、工作温度、液位及各种不同状况的报警，确保张拉的安全性。
图9 张拉结束后系统自动生成的张拉成果表
6. 总结成果
6.1社会效益
经过一个多月30余片箱梁张拉的结果看，每束预应力筋的实际伸长值和理论伸长值的误差基本上缩小到±2%范围以内，低于规范要求的±6%，且张拉过程中没有出现一例张拉断丝、滑丝现象，施工是质量得到了应有的肯定 。
6.2经济效益
传统的预应力张拉设备张拉过程需要4人同时作业，而预应力智能张拉设备只需要2人同时作业，且张拉过程持续的时间相差不大，每年节省人工工资10万元以上，节约了相应的施工成本。
6.3传统张拉工艺和智能张拉系统技术对比成果
表4 传统张拉工艺与智能张拉系统技术对照总结表
参考文献
[1] 钱厚亮, 贾艳敏, 林锦国, 赵茜, 梅雪. 新型智能预应力张拉设备的研制[J].自动化仪表.2009年12期
[2]李珠, 高建全, 贾敏智, 郭全全. 预应力结构数控张拉技术的研究[J].施工技术.2003年07期
[3]梁晓东，吴涛，刘德坤. 预应力智能张拉与传统张拉的比对试验研究[J].公路. 2012年04期
预应力智能张拉系统运用与控制
杨磊 李双
江苏省镇江市路桥工程总公司 212000
摘要：公路桥梁中最常用的梁式桥，以预应力混凝土结构形式的桥梁日益显出广阔的应用前景。传统的预应力张拉施工的人为因素过多和张拉机械设备的落后，造成的张拉不合格现象也日益凸显。预应力智能张拉系统的出现，有效地提高预应力构件的施工质量。 关键词 预应力 张拉 传统 智能
1. 前言
随着我国经济建设的发展，桥梁建设出现了新高潮。公路桥梁中最常用的梁式桥，以预应力混凝土结构形式的桥梁日益显出广阔的应用前景。因后张法预应力构件具有的特性，使其在桥梁建设方面得到了广泛的应用，特别对于大跨径桥梁。张拉施工质量的好坏，会直接影响结构的耐久性。传统的预应力张拉施工的人为因素过多和张拉机械设备的落后，造成的张拉不合格现象也日益凸显。纯靠施工人员凭经验手动操作，误差率很高，无法保证预应力施工质量。不少桥梁因为预应力施工不合格，被迫提前进行加固，严重的甚至突然垮塌，给社会造成了巨大的生命财产损失。经过对预应力智能张拉系统的实践运用和研究，有效地提高预应力构件的施工质量。
2. 工程概况
高淳至芜湖高速公路（江苏段）GW-4施工标段路线全长为3.864km ，总造价2.25亿。本标段共有桥梁5座，其中主线跨宁高新通道大桥第三、四两联上部结构为跨径25m 的装配式预应力混凝土箱梁，小计96片；环北河大桥有跨径25m 的装配式预应力混凝土箱梁64片，总计160片。25m 装配式预应力混凝土箱梁每片设计8束预应力筋，中跨梁N1、N2束为3根钢绞线，N3、N4束为4根钢绞线；边跨梁钢绞线均为4根。根据实测钢绞线弹性模量计算出的实际张拉伸长值；除边跨梁N4束为173mm 外，其余钢束皆为172mm 。
3. 传统张拉工艺的不足
3.1详细分析
对传统张拉工艺的不足之处，从预应力张拉机械设备和操作人员上进行分析（见图2）。从诸多因素看来，利用传统的预应力张拉工艺已经满足不了现代桥梁建设的质量要求。
图1 工程范围示意图
图2 传统预应力张拉设备缺点因果图
3.2要因确认
针对因果图中所列出的2个末端原因，从对影响程度是否严重来进行论证，最终将这2条末端原因都确认为主要原因。（详见表2）
4. 预应力智能张拉系统
4.1智能张拉系统组成
HX3826预应力智能张拉检测系统的组成，如图3所示。
图3 HX3826预应力智能张拉检测系统的组成
4.2预应力智能张拉检测仪
此设备为超高压动力输出装置，它的作用主要是为梁体的张拉装置（穿心式千斤顶）提供可靠、稳定的提升动力，具有自动切换油路、保压、卸荷、回程等功能。（如图4所示）
该设备能够精准的实现程序所设定的相关控制命令，通过无线通讯接口与计算机进行实时数据交换。采用成熟技术确保数据通讯的可靠交互。
图4 预应力智能张拉检测仪及其尺寸示意图
4.3智能轻量化穿心式千斤顶
它采用新型密封件，高压自增强油缸强度，优化千斤顶结构尺寸，在保证千斤顶行程，油压不变的前提下，重量比常规穿心式千斤顶减轻30％～45％使千斤顶的重量，出力比达到0.6：1，同时千斤顶长度和外径减小，能减小预留钢绞线的长度，可广泛应用于先张法和后张法的预应力施工。自身附带电子位移传感器和压力传感器，用于千斤顶内杠伸长量的测试和千斤顶输出力值的测量。具有精度高、误差小、量程大、移动平顺等特点。（如图5所示）
图5 智能轻量化穿心式千斤顶及其尺寸（150T ）示意图
4.4设备无线连接
本系统的通讯方式为wifi 无线技术，利用便携式计算机wifi 无线功能与智能张拉仪进行通讯，使用方便快捷，性能可靠。
4.5预应力智能张拉检测系统施工现场实地运用
2013年10月5日开始在我标箱梁预制场开始运用智能张拉设备进行张拉工作（如图6所示）。
图6 预应力智能张拉检测系统施工示意图
5. 智能张拉系统施工效果检查
5.1预应力智能张拉系统张拉过程规范
系统中采用的wifi 无线通讯控制技术，一台计算机能够控制两台设备同时、同步对称张拉，同步张拉力的误差范围可控制在±2%。另外，系统采用程序智能化控制，不受人为、环境因素影响；停顿点、加载速率、持荷时间等张拉过程要素安全符合桥梁设计和施工技术规范要求。（见图8）
5.2预应力施加精确
安装在千斤顶内的压力传感器具有较高的采样频率，能快速反应实时的油压值，因此能
够实现张拉施工中梁体两端预应力张拉值的精确控制，将误差范围由传统张拉的±15%缩小到±1%。张拉过程中实时的生成位移和压力曲线图，曲线图中能直观形象观测到张拉要素。还可根据图形的走势帮助查找张拉不合格原因。（见图8）
图8 预应力智能张拉检测系统张拉实时界面
5.3伸长量测量精准、可靠
千斤顶上的位移传感器，伴随在千斤顶的迁移，精确实时的读取张拉伸长量，同时系统中通过对千斤顶缸内的油压慢卸，可分析得出预应力筋的回缩量变化值。克服了人为记录数据的时效性和大误差，张拉数据又系统自动生成，避开人为修改捏造，真实可靠。同时还省去了伸长值数据的计算、填写过程，提高了工作效率。（见图9）
5.4张拉数据利于管理
张拉资料统一归档到系统中，有利于资料规范管理，能随时调取每一束钢绞线的张拉参数。
5.5安全系数较高
安装好千斤顶后，施工人员可以远离张拉端头，由操作平台自动进行张拉、读取伸长量和回顶。且计算机能实时监控到设备在运行过程中的电压、工作温度、液位及各种不同状况的报警，确保张拉的安全性。
图9 张拉结束后系统自动生成的张拉成果表
6. 总结成果
6.1社会效益
经过一个多月30余片箱梁张拉的结果看，每束预应力筋的实际伸长值和理论伸长值的误差基本上缩小到±2%范围以内，低于规范要求的±6%，且张拉过程中没有出现一例张拉断丝、滑丝现象，施工是质量得到了应有的肯定 。
6.2经济效益
传统的预应力张拉设备张拉过程需要4人同时作业，而预应力智能张拉设备只需要2人同时作业，且张拉过程持续的时间相差不大，每年节省人工工资10万元以上，节约了相应的施工成本。
6.3传统张拉工艺和智能张拉系统技术对比成果
表4 传统张拉工艺与智能张拉系统技术对照总结表
参考文献
[1] 钱厚亮, 贾艳敏, 林锦国, 赵茜, 梅雪. 新型智能预应力张拉设备的研制[J].自动化仪表.2009年12期
[2]李珠, 高建全, 贾敏智, 郭全全. 预应力结构数控张拉技术的研究[J].施工技术.2003年07期
[3]梁晓东，吴涛，刘德坤. 预应力智能张拉与传统张拉的比对试验研究[J].公路. 2012年04期