自動張拉控制系統在大西鐵路客運專線箱梁預制中的應用

劉學宏

(中鐵十九局集團第五工程有限公司,山西運城 044000)

自動張拉控制系統在大西鐵路客運專線箱梁預制中的應用

劉學宏

(中鐵十九局集團第五工程有限公司,山西運城 044000)

通過對自動張拉控制系統在運城臨猗牛杜梁場中的應用,提高了箱梁張拉施工質量,有效地控制了張拉不同步率的問題,闡述系統原理及組成,總結箱梁自動張拉控制系統的施工工藝及特點,并結合實際應用提出改進建議。

預應力混凝土;箱形梁;預制;張拉自動控制系統

1 概述

我國建設的高速鐵路和客運專線以及城際軌道交通工程大多是采用無砟軌道這一新型軌道形式,無砟軌道相對于以前傳統的有砟軌道的最大特點就是提高了軌道的穩定性和平順性,因此要求軌道基礎必須堅實、穩定。對于客運專線和高速鐵路的橋梁而言,就是要嚴格準確控制橋梁的工后沉降和箱梁的徐變上拱,而箱梁的徐變上拱主要就是靠預應力的準確施加來控制。預應力是箱梁施工的關鍵工序,決定箱梁的使用壽命、鐵路橋梁行車的安全。

傳統的后張法箱梁預應力施工為4臺穿心式千斤頂,對應4臺液壓泵站,每一個都是獨立的施加預應力系統。張拉過程中是通過工人觀測壓力表讀數來控制張拉力,用鋼板尺測量張拉鋼絞線的伸長量進行校核。張拉施工全部是人工操作,誤差太大,測量精度很低,而且4臺泵站、4臺千斤頂各自獨立運行,張拉的同步性很難控制,難以保證箱梁預應力施工的質量。為了保證鐵路箱梁預應力施工的質量,準確控制梁體的徐變上拱度,大西鐵路客運專線臨猗牛杜梁場聯合河北石家莊益通科技開發有限公司聯合研制開發鐵路箱梁預應力數控張拉系統,在梁場成功使用。

2 工程概況

中鐵十九局第五工程有限公司臨猗牛杜制梁場位于大西鐵路客運專線站前10標,承擔572榀預應力混凝土簡支箱梁的預制任務,其中32 m箱梁553榀, 24m箱梁19榀,合同工期28個月。該梁場主要負責本標段南姚村特大橋307榀、大張村特大橋265榀箱梁的預制任務。這段線路處于山西省南部,地處濕陷性黃土的地質上,所以對橋梁的工后沉降和梁的徐變上拱提出了更高的要求。

3 張拉自動控制系統構成及原理

張拉自動控制系統包括2臺自動控制柜,其中1臺為主控制柜,1臺為從控制柜,4臺液壓泵站、4臺千斤頂、8個壓力傳感器、4個位移傳感器、PLC控制器。箱梁張拉作業時,2臺控制柜放置梁的兩端,他們之間通過1根信號線連接,用來實現自動控制4臺液壓泵站和4臺千斤頂的同步張拉作業。與傳統的張拉設備相比,張拉自動控制系統采用德國進口電磁閥,并且在閥組的出口安裝了高精度的壓力傳感器,在千斤頂的缸體端安裝了紅外線位移傳感器,用來測量油缸的伸長量。電動控制柜主要由工業顯示屏、微電腦運動控制器、信號采集模塊、信號無線接收模塊、數據分析處理模塊、數據存儲模塊等組成。控制系統和梁場辦公室服務器采用無線連接,從而保證了數據可以實時上傳。

自動控制張拉系統采用紅外線位移傳感器測量伸長量,壓力傳感器測量張拉力,傳感器實時采集張拉油缸的伸長量和壓力的數據給控制器,控制器通過事先設定的PID調節模塊,自動控制調節千斤頂的伸長量和壓力。即主控制柜實時通過讀取4臺千斤頂的壓力傳感器的信號和位移傳感器信號,經過運算處理與設定的張拉力和伸長量對比實時調整每臺千斤頂的壓力和伸長量,從而保證張拉的同步性和伸長量同步均衡增長。

其系統原理如圖1所示。

圖1 自動控制張拉系統

4 系統參數

測力系統精度 1%F.S

位移測量精度 0.2mm

雙頂對拉不平衡度 20 kN

控制系統工作電壓 (1±10%)22 V

最大油壓 50MPa

流量 2 L/min

電機功率 3 kW

使用電壓 (1±10%)380 V

公稱張拉力 2 000～5 000 kN

張拉行程 200mm

行程允許偏差 ±2mm

5 施工工藝

5.1 現場設備就位連接與檢查

(1)連接液壓設備,確保設備安裝準確可靠,無漏油。

(2)主控制柜與從控制柜連接完成,接通電源,確保信號可遠程傳輸。

(3)檢查觸摸屏與PLC有無故障,檢查壓力傳感器和位移傳感器數據是否正常。

5.2 操作過程

(1)點擊【設置】按鈕,進入系統登錄界面,如圖2所示。

圖2 自動張拉系統登錄界面

(2)點“賬號:”后的“號號號號號”區域,輸入“1”,點【Enter】,相同的步驟在“密碼:”后輸入“xxxx”,點【Enter】。然后點【登錄】界面回到圖2,保持不變,但右側區域的幾項均可進入。

(3)點擊圖2右側區域的【系統參數設置】,界面如圖3所示。

圖3 系統參數設置界面

在“系統參數設置”項中,對相應參數可進行一一輸入,方法:點擊“黑色數字區”之后在彈出的數字鍵上點擊輸入需要使用的數據,在點擊數字鍵盤上的“Enter”鍵,輸入完成后,點“修改”存儲,完畢之后點擊“返回”鍵,返回到主界面圖2。

(4)主界面點擊【系統調試參數】進入調試參數界面,如圖4所示。

圖4 系統調試參數界面

圖4所示為張拉過程中所需要的基本參數,參數的設置按圖4顯示的數據進行修改,修改方法同“系統參數修改”。只需在黑色區域點擊,使用彈出鍵盤輸入對應數據,最后在“調試參數”界面點擊“修改”數據便會存儲,完畢后點擊“返回”。

(5)點【預張】進入操作界面,如圖5所示。

圖5 預張拉任務參數界面

“任務參數表”界面中,是電腦通過無線通訊直接傳輸到系統中,從而顯示到界面上,分別有梁號、梁型、臺座編號、以及對應鋼束編號和對應所需張拉力,點擊啟動任務欄下的灰色區域選擇需要張拉的鋼束編號,確認參數無誤后點擊“確定”。

(6)單擊“張拉數據”菜單,可以查看實際張拉過程中采集的具體數據,這里是和曲線圖相對應的。張拉數據參數界面如圖6所示。

圖6 張拉數據界面

(7)單擊“張拉結果”菜單,出現張拉報表界面,如圖7所示,雙擊左右梁號或直接輸入梁號然后回車,則在右邊出現對應梁的整體張拉結果。

在界面右邊的表格中雙擊某束鋼筋,則出現此鋼束的張拉數據和曲線界面,如圖8所示,左鍵按住鼠標拖動曲線圖中的垂直線,則在圖上部會出現相應節點的時間和張拉力值、張拉位移,或拉力、位移,且隨著垂直線的移動發生變化。通過鋼束端位選擇也可以只看其中一端的曲線圖。

圖7 張拉報表界面

圖8 單根鋼束的張拉數據和曲線界面

(8)點擊數據讀取,將該孔道張拉數據全部提取檢查,并自動計算伸長量、回縮量、伸長量偏差率、不同步率,如有異常及時查詢曲線圖進行分析,最后點擊數據保存。

(9)一個孔道張拉過程全部結束,繼續下一個孔道同樣的張拉操作。

6 應用效果

我梁場在與益通公司的研發過程中多次對系統進行改進和完善,經過反復試驗與調整更新,目前已經達到設計指標。現在使用的數控張拉系統是預制箱梁預應力張拉領域新的科研項目,具有操作簡便、控制精準、高效、穩定等特點,實現了預期的箱梁預應力張拉自動化控制目標。

(1)箱梁張拉的同步率對后期預應力的二次分布影響較大,按照目前箱梁預應力施工的要求,不同步率不得大于10%,而該系統在張拉過程中張拉力和伸長值均實現同步控制,有效地解決了不同步率控制的問題,不同率有效控制在5%以內。

(2)現場測量伸長值由紅外線傳感器自動測量,其精度達到0.1mm,此項技術的應用消除了人為量測誤差,測量精準度大大提高。

(3)數控張拉系統采用傳感器與傳感器之間的標定,并直接進入控制系統,減少了回歸方程標定和人工計算誤差,提高了張拉過程中張拉力控制的準確性。

(4)實現了張拉數據的自動讀取,避免了人為讀數誤差,提高了張拉力的控制精度。

(5)設置的數據自動量測、計算及生成結果表格的系統,減少了人為計算的工作量,避免了人為計算可能出現的錯誤,數據準確性大大提高。

(6)實現了無線數據傳輸,在終端電腦中可以有效地監控張拉過程及結果,并通過自動生成的力與伸長值曲線、力與時間曲線、伸長值與時間曲線,可以有效地分析張拉過程的數據,為張拉過程的數據分析和結果判定,提供了直接、有效的判定依據。同時,無線數據傳輸在終端電腦中可以實時監控張拉過程及結果。

(7)該系統增加的在卸荷至100 kN力時錨固回縮值測量功能,可以有效地解決回縮值的測試問題,并在測量精度上超過原先壓力表讀數控制精度。

7 結語

通過200多榀箱梁張拉作業的驗證,該系統實現了以下功能:伸長量和力值測量準確、數據自動采集存儲、兩端張拉同步率高、操作簡單、安全措施完善,數據實現遠程傳輸。但在使用過程有些問題需要進一步改進和完善。

(1)該系統的液壓管接頭拆卸頻率較高,應提高接頭的質量,防止漏油影響張拉精度。

(2)系統的泵站、千斤頂、控制柜等組成,應對系統進行結構優化組合,建議配備車載式以方便移動。

(3)張拉自動控制系統目前已臻于完善,技術上的難題已基本解決,通過改用進口閥組大大提高了傳感器的穩定性,下一步需要進一步提高數據無線傳輸的穩定性。

[1] 中鐵工程設計咨詢集團有限公司.通橋(2008)2322A時速350 km客運專線鐵路無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁(雙線) [Z].北京:中鐵工程設計咨詢集團有限公司,2008.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2010]241號 鐵路混凝土工程施工技術指南[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[3] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2010]241號 高速鐵路橋涵工程施工技術指南[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10424—2010 鐵路混凝土工程施工質量驗收標準[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[5] 中華人民工和國鐵道部.TB10752—2010 高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[6] 中華人民共和國鐵道部,鐵科技[2004]120號 客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2004

[7] 中華人民共和國鐵道部.TB/T3193—2010 鐵路工程預應力筋用夾片式錨具、夾片和連接器技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[8] 周兆春.寒冷干旱地區鐵路預應力混凝土T梁批量制造工藝實踐[J].鐵道標準設計,2012(3):54 -57.

Application of Automatic Stretching-Control System in Prefabrication of Box Girder on Datong-Xi'an Passenger-dedicated Line

LIU Xue-hong
(No.5 Engineering Corporation of China Railway 19 Bureau Group,Yuncheng 044000,China)

The application of automatic stretching-control system at the girder prefabrication yard in Niudu Town,Linyi County,Yuncheng City,has improved the construction quality of the box girder stretching,and then the problem of desynchronized stretching are also controlled effectively.This paper expounds the system theory and composition,sums up the construction process and characteristics of box girder automatic stretching-control system,and puts forward the improving suggestions in combination with its practical application.

pre-stressed concrete;box girder;prefabrication;automatic stretching-control system

U238;U445.47+1

A

1004 -2954(2012)10 -0054 -04

2012 -03 -17

劉學宏(1974—),男,工程師,1996年畢業于吉林大學。