橋梁預應力智能張拉技術與設備發展及應用

來源：未知日期：2017/11/25 20:23 瀏覽：

       預應力技術因其優良的性能和較高的經濟效益在我國得到了巨大的發展。在公路交通領域，預應力工程的使用量巨大，主要用于預應力橋梁結構和邊坡支護。同時，預應力技術已經成為大跨度、大空間結構、高聳結構、重載結構、特種結構以及新型結構工程中不可缺少的一項技術發展至立體交叉建筑、海洋結構、原子能反應堆容器及特種復雜結構等多個領域。預應力技術的發展，除了設計、材料、施工工藝等因素外，預應力設備的性能也起到了重要作用。因為預應力技術的實現是通過預應力機械施工來完成的，預應力施工質量是實現設計的最重要一環，工藝水平的高低與預應力機械技術水平的高低密切相關。我國預應力機械的發展從無到有，從仿制到自我研制，從少到多，經歷了 50 余年的歷程。隨著預應力鋼絞線群錨張拉錨固體系的發展，預應力機械進入快速發展時期。

       目前，預應力工程施工中普遍存在著“控制精度差、施工效率低和質量管理難”等問題，如何充分利用當代科技成果，結合控制技術、液壓技術及信息技術，為預應力工程施工提供一套“精確控制、高效建設和全面管理”的革新性解決方案，正在成為行業在研究熱點。本文將結合橋梁預應力張拉技術的發展，介紹預應力智能化張拉施工技術的發展及其應用。

張拉技術與設備的發展現狀
       目前，預應力張拉設備基本上是由電動油泵、張拉千斤頂及其配套配件組成。張拉施工時，通過電動油泵向張拉千斤頂供油，千斤頂活塞驅動工具錨帶動鋼絞線伸長對梁體施加預應力，通過油泵上的壓力表示值來換算鋼絞線的荷載，采用鋼板尺測量千斤頂活塞行程來計算鋼絞線的伸長量，在需要兩端或者多點對稱、同步張拉時采用喊話、手語或者步話機等方式實現協同操作。張拉所用的千斤頂和張拉所用的電動油泵（張拉油泵）需配合通過錨固件中的鋼絞線或鋼筋來施加預應力。雖然我國預應力機械的發展已經經歷 50 余年，但是預應力用液壓千斤頂和電動油泵的設計、生產一直沿襲著十幾年前的技術和工藝。生產企業數量多，經營規模有大有小，產品質量差距較大且大多科研能力不足。從全國來看從事研究鋼筋預應力機械專業化機構及企業卻寥寥無幾。

       我國的預應力機械企業生產能力和經營規模普遍不高，仍屬于勞動密集型行業，從業人數多，勞動生產率較低，人員素質參差不齊。從產品性能和質量來看，預應力機械性能和質量近年來有了較大提高，但高性能高質量產品在行業產品總量中所占比例較低，市場上不同企業生產的同類產品性能和質量相差較大。

       從行業的現有標準體系來看，預應力機械產品行業標準數量不少，如預應力鋼筋張拉機JG／T 5096—1997（已廢止）、預應力用電動油泵 JG／T 319-2011、預應力用液壓千斤頂 JG／T 321-2011、預應力筋用錨具、夾具和連接器 GB／T 14370—2007 等。但標準制修定周期長，歸口管理混亂，不利于產品的技術進步和質量提高。預應力機具在使用和維護的過程中，越發顯示出其不足之處，在使用過程中的自動化與智能化、施工設備配套、施工工藝工法細化等方面與國外還有一定差距，實踐中涌現出很多問題有待解決。

預應力智能化張拉壓漿技術的提出
       2011 年，交通運輸部發布和實施新版《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50－2011 以下簡稱：新規范）。為提高預應力施工質量，新規范中針對預應力施工提出了更高的要求使得傳統方式在多方面無法滿足規范要求，從而進一步加劇了預應力技術迅速發展與傳統工藝相對落后之間的矛盾。因此，在新規范的推行和實施過程中急需先進高效的工藝及設備來替代落后的傳統工藝及設備。

       自 20 世紀 80 年代末開始，針對如何有效提高預應力施工過程中的精度控制，徹底改變相對落后的施工工藝，國內外的研究者們在預應力信息化施工方面進行了大量的研究，并且取得了初步成果。在 1990 年以來，英國的 CCL 公司和德國的 PAUL 公司相繼成功研制了帶有數顯功能的記錄儀；北京建筑工程研究院周正等成功研究出來計算機自動控制的專用油泵；太原理工大學李珠、賈敏智等成功研制了具有閉環控制功能的預應力張拉裝置等但由于缺乏統一規范的引導，上述研究成果較為分散，大多停留在了試驗分析階段，難以大規模地在施工現場進行進一步的推廣應用，缺少了后續的研究。
隨著現代機電液一體化技術的發展，電液比例技術的控制精度不斷提高，電液比例控制液壓系統和計算機技術在土木工程領域的廣泛應用和發展。在 2008 年，重慶交通科研設計院羅斌等人在交通部西部建設項目的研究中成功研發出預應力張拉監控系統，并廣泛應用于國內多條高速公路的現場施工中，在此基礎上進一步發展研究，在國內率先提出了預應力智能張拉壓漿技術的概念。預應力智能張拉壓漿技術具有感知、分析、推理、決策和控制等特點，是預應力技術工藝、先進制造技術、過程控制技術、信息技術和計算機技術在土木工程領域機械設備上的技術融合與系統總成，其充分體現了現代施工建設中的信息化和智能化發展要求及趨勢。

預應力智能化張拉壓漿系統介紹
       智能張拉系統主要由智能泵站、智能操控平臺、專用千斤頂、智能張拉軟件四部分組成，如圖 1 所示。

圖 1 智能張拉系統

       智能泵站采用伺服控制技術，內部集成控制閥組和壓力傳感器，采用閉環控制方式精確控制輸出壓力，輸出液壓油驅動千斤頂施加預應力至構件；智能操控平臺集成工控機和人機交互系統，根據預設工藝參數自動完成張拉過程，實時顯示并記錄張拉數據；專用千斤頂采用輕量化設計，內部集成線性位移傳感器，用于張拉過程中預應力筋伸長值的準確測量；智能張拉軟件基于 windows 平臺開發，具有豐富的管理功能和友好的人機界面，用于張拉過程中任務參數管理及數據分析處理。

案例工程應用
       智能張拉系統通過國家法定計量機構進行標定校準，標定結果表明系統測量精度能很好地控制在 0.5%以內，優越于規范規定的±1.5%要求，可完全滿足預應力工程應用的要求。
       智能壓漿系統的按照 JTG/T F50—2011，并參考鐵道部 TB/T 3192—2008《鐵路后張法預應力混凝土梁管道壓漿技術條件》標準進行設計研制，其各項性能指標均能夠滿足橋梁預應力壓漿施工要求。目前該系統已廣泛應用于廣東、江西、重慶、貴州、云南等十余省份的公路橋梁建設中，如圖 2 所示。

圖 2 智能張拉系統的現場應用

在具體工程應用中，各建設單位及使用者對智能張拉壓漿系統予以了高度評價，應用結
果表明該系統相比傳統施工方式大大提高了預應力施工過程中的控制精度，減輕操作人員勞動強度，有效排除人為因素影響。施工完成后，系統軟件自動處理數據，自動計算結果并出制帶有防偽功能的記錄報告。

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