智能張拉系統(tǒng)在預制箱梁中的應用

蔡清愉

摘 要：預應力張拉是橋梁工程施工的重要組成部分，智能張拉系統(tǒng)可以有效地減少人工張拉中存在的問題，提高施工效率和施工質(zhì)量，在技術和經(jīng)濟方面都值得推廣。本文就智能張拉系統(tǒng)在預制箱梁中的運用進行研究和分析。

關鍵詞：箱粱；預應力；智能張拉。

1 工程概況

泉州灣跨海大橋工程是福建省重點工程，起于晉江南塘，與泉州市環(huán)城高速晉石段相接，在石獅蚶江跨越泉州灣，經(jīng)惠安秀涂、張坂，終于塔埔與泉州市環(huán)城高速公路南惠支線相接。其中A5合同段，杏坑分離立交、濱海路大橋和惠南特大橋（部分）采用預制安裝箱梁工藝，共有480片30m后張法預制箱梁。為了避免人工張拉時測量不準確，未及時校核，未實現(xiàn)“ 雙控”，為提高張拉效率，保證張拉質(zhì)量，本工程引進了智能張拉施工工藝，本文將對此工藝進行論述。

2 智能張拉系統(tǒng)

本工程引進的智能張拉設備采用湖南省湖南聯(lián)智橋隧技術有限公司生產(chǎn)的LZ-5901橋梁預應力智能張拉系統(tǒng)，就預制箱梁縱向預應力鋼絞線束用智能張拉系統(tǒng)進行張拉。 LZ-5901預應力智能張拉系統(tǒng)主要由預應力智能張拉儀、智能千斤頂、自帶無線網(wǎng)卡的筆計本電腦、高壓油管等組成，所有預應力施工數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到聯(lián)智橋隧預應力張拉系統(tǒng)軟件中，利用無線網(wǎng)絡連接直接操縱張拉，全程數(shù)據(jù)采用電腦微機記錄。

2.1 系統(tǒng)設備

預應力智能張拉系統(tǒng)油泵為超高壓動力輸出裝置，為張拉千斤頂提供可靠、穩(wěn)定的提升動力，具有提升、保壓、回程等功能。該設備能夠精準的實現(xiàn)程序設定的命令，通過無線通訊接口與計算機進行數(shù)據(jù)交換；智能千斤頂采用新型密封件，高壓自增強油缸強度，并且自身附帶電子位移傳感器，用于千斤頂內(nèi)杠伸長量的測試，同時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；本系統(tǒng)采用局域網(wǎng)WIFI連接計算機與智能張拉儀，利用計算機自帶的無線網(wǎng)卡，有效操控距離達到200m，性能可靠；油管包括進油管、回油管，構(gòu)成千斤頂提升、回程的油路。

2.2 系統(tǒng)特點

該智能張拉系統(tǒng)能精確控制張拉力值大小，精確測量預應力筋伸長量，實現(xiàn)自動補張，自動采集預應力筋伸長量，及時校核伸長量誤差，真正地實現(xiàn)“雙控”操作。可同時控制兩個或多個千斤頂?shù)膹埨嬲饬x上實現(xiàn)了“多頂同步”張 拉施工工藝。系統(tǒng)采用無線采集控制，遠程監(jiān)控，便于操作。智能分析處理數(shù)據(jù)，形成工程管理所需的報表。

3 智能張拉系統(tǒng)工作原理

本工程采用的智能張拉系統(tǒng)由系統(tǒng)主機、油泵、千斤頂?shù)?部分組成。以應力控制為主控指標，伸長量為核對指標。系統(tǒng)通過傳感技術采集每臺千斤頂?shù)墓ぷ鲏毫颁摻g線的伸長量（含回縮量）等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實時地傳給系統(tǒng)主機進行分析判斷；同時張拉設備接受系統(tǒng)指令，實時調(diào)整變頻電機的工作參數(shù)，從而實現(xiàn)高精度實時調(diào)控油泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)張拉力及加載速度的實時精確控制。系統(tǒng)還根據(jù)預設的程序，由主機發(fā)出指令，同步控制每臺設備的每一個行程，自動完成整個張拉過程，完全改變了傳統(tǒng)的通過人工操作油泵進行張拉操作的工作過程，真正實現(xiàn)了張拉的同步控制。

4 智能張拉施工工藝

本標段預制梁設計采用C50高性能混凝土，采用高強低松弛鋼絞線，其抗拉強度標準值fpk=1860MPa，直徑為15.20 mm，彈性模量Ep=1.95×10-5MPa。預制箱梁正彎矩鋼束采用15—7型、15—6型系列錨具及配件，預應力管道采用圓形金屬波紋管。

4.1施工準備

（1）鋼絞線理論伸長量復核計算。

（2）預制箱梁混凝土經(jīng)養(yǎng)護強度達到設計強度的85%后，且混凝土齡期不小于7d時，方可張拉預應力鋼束，鋼束采用兩端對稱張拉，張拉順序為，中跨：N1-N3-N2、邊跨：N1-N3-N2-N4。

（3）對張拉用到的智能千斤頂和液壓油泵進行標定，并出示了相應的標定證書。

（4）搭設張拉所需的工作平臺，千斤頂正后方設置張拉防護，規(guī)劃出張拉工作區(qū)域，非工作人員禁止入內(nèi)。

4.2 智能張拉施工

預應力智能張拉的程序和施工工藝包括以下3個階段：

（1）張拉前準備階段。包括鋼絞線的下料、編號、穿束以及工作錨具及夾片的安裝。此階段和傳統(tǒng)后張法施工工藝相同，在此不多敘述。

（2）智能張拉設備及附屬設施的安裝。安裝程序如下：安裝限位板一安裝專用千斤頂一工具錨的安裝一安裝工具夾片—安放安全防護擋板及警示標志。

（3）啟動智能張拉系統(tǒng)。經(jīng)相關技術人員和監(jiān)理人員檢查驗收合格后，由操作人員啟動主機操作系統(tǒng)，進入界面操作，完成操作平臺參數(shù)下發(fā)。智能張拉平臺系統(tǒng)發(fā)出信號，傳遞給輔機張拉系統(tǒng)，通過輔機張拉系統(tǒng)控制專用千斤頂，按系統(tǒng)預先編制的張拉順序進行對稱同步張拉作業(yè)。程序設定三級加載依次上升油壓，分級方式為10%、20%、100%三個階段。

張拉過程中智能張拉平臺系統(tǒng)通過傳感器測量每一級張拉后的千斤頂活塞行程，并得出與該階段計算值的偏差，當實際伸長值與理論伸長值相差大于±60時系統(tǒng)將自動報警，停止張拉；同時當張拉力不足100%，當下降1%時，錨固前系統(tǒng)會自動補張至設計規(guī)定值，從而實現(xiàn)真正意義上的“雙控”。

在張拉過程中，通過智能張拉系統(tǒng)自動控制每個千斤頂加載速率及持荷時間，減少人為操作誤差。本標段設計采用低松弛預應力筋，故按照現(xiàn)行規(guī)范，錨固前其持荷時間設置為5 min。系統(tǒng)自動控制，排除人為干預。張拉結(jié)束后，系統(tǒng)自動生成張拉數(shù)據(jù)表。

5 技術性與經(jīng)濟性分析

5.1 技術性分析

與智能張拉相比，傳統(tǒng)人工張拉的箱梁跨中起拱度小、張拉伸長量偏差大、總體比較數(shù)據(jù)離散性較大。分析主要原因是人工張拉依靠施工人員手動操作方向閥，實現(xiàn)方向的切換，人工量測伸長量，無法實時監(jiān)控，張拉中錨固時間不充分，使得由于預應力筋回縮、錨具變形等原因引起的預應力損失較大；而智能設備能對預應力張拉實時全程跟蹤、智能控制，基本上克服了人工張拉測量精度低的缺點，切實有效地控制了錨下預應力的大小。總地來說，智能張拉系統(tǒng)設備先進、技術成熟、工藝可靠，技術比較見表1。

5.2 經(jīng)濟性分析

傳統(tǒng)人工張拉完成一片箱梁需要6人同時作業(yè)約1.4h，采用智能張拉只需3人同時作業(yè)，用相同時間即可完成，節(jié)約人工每天3人，并且確保了工程質(zhì)量，綜合考慮其經(jīng)濟效益，投入智能設備還是節(jié)約了成本，在經(jīng)濟性方面是合理的。

6 結(jié)語

本工程是使用智能張拉設備對預制構(gòu)件進行張拉，通過實踐證明智能張拉基本上杜絕了人工對張拉施工的不利影響，通過智能系統(tǒng)平臺，真正意義上提高了張拉施工質(zhì)量，保證了結(jié)構(gòu)安全和耐久性。其在技術、質(zhì)量及經(jīng)濟效益上均較人工張拉有較大優(yōu)勢，在橋梁施工中值得推廣使用。