智能張拉工藝在箱梁施工中的技術優勢分析

1 前言

在高速公路橋梁建設中，預應力箱梁的應用也越來越普遍。隨著預應力結構形式的出現，由于增加了張拉工序，其制作技術比鋼筋混凝土復雜，出現質量缺陷的環節也相應增加。本文介紹一種新型智能張拉設備，依靠智能化手段，可有效的避免傳統張拉過程中出現的如預應力、伸長量難以控制、測量不準確、張拉不同步等眾多缺點，極大提高了預應力施工質量，從施工源頭保護橋梁結構安全。

2 張拉技術的應用

2.1 傳統張拉工藝及工作原理

目前預應力張拉施工由油泵和千斤頂組成張拉系統，采用四臺千斤頂左右對稱、兩端同步進行張拉，按設計張拉順序施工。根據計算的張拉應力和理論伸長量對張拉進行雙控，在砼強度達到設計強度的75%時即可進行張拉（設計要求達到90%的設計強度）以10%→20%→ 100%(持荷2Min)。如發現實際伸長量在理論伸長量的±6%之外時，應對鋼鉸線彈性模量重新檢測、更換或重新校正千斤頂。

2.1.1 傳統張拉施工工藝

傳統張拉所采用的施工工藝可概括為：1) 手動驅動油泵；2) 由壓力表讀數控制張拉力；3) 待壓力表讀數達到預定值時，用鋼尺人工測量張拉伸長值；4) 人工記錄。

2.1.2 傳統張拉工藝存在的不足

采用傳統的張拉工藝存在很大的不足：1) 張拉力控制誤差過大；2）張拉伸長值測量不準確；3）未能實現張拉力和張拉伸長值的雙重同步控制；4)千斤頂、張拉油泵與油壓表的標定次數多， 標定結果不易保持；5)檢驗預應力筋實際應力困難。

2.2 智能張拉工藝及工作原理

智能張拉系統由系統主機、油泵、千斤頂三大部分組成。預應力智能張拉系統以應力為控制指標，伸長量誤差作為校對指標。系統通過傳感技術采集每臺張拉設備（千斤頂）的工作壓力和鋼絞線的伸長量（含回縮量）等數據，并實時將數據傳輸給系統主機進行分析判斷，同時張拉設備（泵站）接收系統指令，實時調整變頻電機工作參數，從而實現高精度實時調控油泵電機的轉速，實現張拉力及加載速度的實時精確控制。系統還根據預設的程序，由主機發出指令，同步控制每臺設備的每一個機械動作，自動完成整個張拉過程。

2.2.1 智能張拉設備安裝

在張拉作業之前，相關技術人員和監理人員對構件進行檢驗，符合質量標準要求方可進行張拉。根據此設備的使用說明及要求，現場施工作業人員開始收編穿索、穿索、安裝千斤頂（工作錨及夾片）等施工程序，具體安裝程序如下：1）安裝限位板，限位板有止口與錨板定位；2）安裝專用千斤頂，千斤頂止口應對準限位板；3）安裝工具錨，應與前端張拉端錨具對正，使孔位排列一致，不得使鋼絞線在千斤頂的穿心孔發生交叉，以免張拉時出現失錨事故；4）連千斤頂油管，接油表，接油泵電源。

2.2.2 進入智能張拉系統

1)施工單位通過智能張拉系統平臺，輸入申請張拉的梁板編號，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，經由監理單位審核批準后，施工單位啟動“張拉施工控制”智能張拉系統平臺界面。（如圖1）

＞＞圖1 輸入張拉所需參數

＞＞圖2 智能張拉系統平臺

2）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、起拱度等過程進行全面控制了解（如圖2）。

3）智能張拉平臺系統發出信號，傳遞給智能張拉儀張拉系統，通過張拉系統控制專用千斤頂按預先系統編制的張拉順序進行對稱均衡張拉。

4）張拉過程中，兩端控制應力同步增加，鋼絞線伸長量相同，可直接看到控制應力與位移的關系曲線。當控制應力達到終張拉控制應力的10%時，持荷30秒，達到終張拉控制應力的20%時，持荷30秒，達到終張拉控制應力時，持荷300秒，在持荷的過程中系統會自動補張，維持終張拉控制應力（如圖3）。

5）張拉過程中，系統將自動校核測量數據，當實際伸長值與理論伸長值相差大于正負6%時系統將自動報警，停止張拉。待查明原因，排除問題后，方可進行下一步的工作。

6）張拉結束后系統同步卸載。

3 智能張拉與傳統張拉對比

3.1 技術對比（如表1）

＞＞表1 傳統張拉與智能張拉技術對比參數表

3.2 試驗對比

試驗分別以智能張拉方式與傳統張拉方式各張拉12片梁板，對每一孔每一行程的張拉力進行對比，并對每片梁板每一行程的左右兩側的伸長量進行了比較分析，試驗數據結果（如表2、3）所列。

通過對智能張拉每一行程的張拉力進行對比，對比中以第一頂為參照，測得智能張拉的張拉力同步誤差均值為1.49%，均方差為0.82%，表明智能張拉的同步精度較高，而傳統張拉的同步性誤差均值為14.62%，均方差為13.89%，表明傳統張拉設備的張拉力同步精度不高，不能達到規范要求；將智能張拉系統對兩端張拉的鋼束同一行程兩端伸長量的比較得到其兩端伸長量的差值平均值為2.97mm，均方差為2.04mm，而傳統張拉方式此兩項值分為9.35mm、14.3mm。從兩端伸長量的對比中也可以看出智能張拉儀的張拉力同步精度較高，而傳統張拉設備的張拉力同步精度較低。

＞＞圖3 時間壓力曲線和時間位移曲線圖

4 智能張拉優勢分析

通過以上數據分析，相比之下，智能張拉較傳統張拉存在很大優勢，現總結如下：

1）通過計算機來控制張拉施工的過程，自動計算伸長量，及時校核伸長量誤差是否在±6%以內，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。

2）兩個油泵的進油速度可以智能控制加載速率，實現“多頂同步張拉”。

3）智能張拉系統能精確控制施工過程中施加的預應力值，不受人為、環境因素影響，避免或大幅減少了張拉過程中預應力的損失。

4）實現張拉施工質量管理“實時跟蹤、過程控制、及時補救”，有效提高施工質量管理工作的效率。

5）自動生成張拉記錄表，杜絕人為造假的可能，可進行真實的施工過程還原。同時還省去了張拉力、伸長量等數據的計算、填寫過程，提高了工作效率。

6）實現遠程監控功能，方便質量管理，提高管理效率。統一業主、監理、施工、檢測單位于同一互聯網平臺，能實時進行交互，突破了地域的限制，及時掌握預制梁場和橋梁預應力施工質量情況，實現“實時跟蹤、智能控制、及時糾錯”。

5 結束語

現在的高速公路建設項目對工期和質量的要求越來越高，如何提高項目施工水平，為業主提供滿意的產品的同時提高企業效率，是項目管理的重點。智能張拉通過計算機控制張拉施工全過程，可節約大量人力資源、建設資金和施工管理成本，大大提高施工管理工作效率，為確保高速公路橋梁隧道建設質量安全提供強大的技術保障，智能張拉施工工藝值得進一步推廣。

＞＞表2 智能張拉與傳統張拉同步性對比分析（張拉力）

＞＞表3 智能張拉與傳統張拉同步性對比分析（伸長量）