自動張拉控制系統(tǒng)在大西鐵路客運專線箱梁預(yù)制中的應(yīng)用

劉學(xué)宏

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司,山西運城 044000)

自動張拉控制系統(tǒng)在大西鐵路客運專線箱梁預(yù)制中的應(yīng)用

劉學(xué)宏

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司,山西運城 044000)

通過對自動張拉控制系統(tǒng)在運城臨猗牛杜梁場中的應(yīng)用,提高了箱梁張拉施工質(zhì)量,有效地控制了張拉不同步率的問題,闡述系統(tǒng)原理及組成,總結(jié)箱梁自動張拉控制系統(tǒng)的施工工藝及特點,并結(jié)合實際應(yīng)用提出改進(jìn)建議。

預(yù)應(yīng)力混凝土;箱形梁;預(yù)制;張拉自動控制系統(tǒng)

1 概述

我國建設(shè)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(tǒng)的有砟軌道的最大特點就是提高了軌道的穩(wěn)定性和平順性,因此要求軌道基礎(chǔ)必須堅實、穩(wěn)定。對于客運專線和高速鐵路的橋梁而言,就是要嚴(yán)格準(zhǔn)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(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確施加來控制。預(yù)應(yīng)力是箱梁施工的關(guān)鍵工序,決定箱梁的使用壽命、鐵路橋梁行車的安全。

傳統(tǒng)的后張法箱梁預(yù)應(yīng)力施工為4臺穿心式千斤頂,對應(yīng)4臺液壓泵站,每一個都是獨立的施加預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)。張拉過程中是通過工人觀測壓力表讀數(shù)來控制張拉力,用鋼板尺測量張拉鋼絞線的伸長量進(jìn)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(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量。為了保證鐵路箱梁預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量,準(zhǔn)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(lián)合河北石家莊益通科技開發(fā)有限公司聯(lián)合研制開發(fā)鐵路箱梁預(yù)應(yīng)力數(shù)控張拉系統(tǒng),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(biāo),承擔(dān)572榀預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁的預(yù)制任務(wù),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(fù)責(zé)本標(biāo)段南姚村特大橋307榀、大張村特大橋265榀箱梁的預(yù)制任務(wù)。這段線路處于山西省南部,地處濕陷性黃土的地質(zhì)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(tǒng)構(gòu)成及原理

張拉自動控制系統(tǒng)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(yè)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(xiàn)自動控制4臺液壓泵站和4臺千斤頂?shù)耐綇埨鳂I(yè)。與傳統(tǒng)的張拉設(shè)備相比,張拉自動控制系統(tǒng)采用德國進(jìn)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?shù)母左w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(yè)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(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等組成?？刂葡到y(tǒng)和梁場辦公室服務(wù)器采用無線連接,從而保證了數(shù)據(jù)可以實時上傳。

自動控制張拉系統(tǒng)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(shù)據(jù)給控制器,控制器通過事先設(shè)定的PID調(diào)節(jié)模塊,自動控制調(diào)節(jié)千斤頂?shù)纳扉L量和壓力。即主控制柜實時通過讀取4臺千斤頂?shù)膲毫鞲衅鞯男盘柡臀灰苽鞲衅餍盘?經(jīng)過運算處理與設(shè)定的張拉力和伸長量對比實時調(diào)整每臺千斤頂?shù)膲毫蜕扉L量,從而保證張拉的同步性和伸長量同步均衡增長。

其系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 自動控制張拉系統(tǒng)

4 系統(tǒng)參數(shù)

測力系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)場設(shè)備就位連接與檢查

(1)連接液壓設(shè)備,確保設(shè)備安裝準(zhǔn)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(yuǎn)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(shù)據(jù)是否正常。

5.2 操作過程

(1)點擊【設(shè)置】按鈕,進(jìn)入系統(tǒng)登錄界面,如圖2所示。

圖2 自動張拉系統(tǒng)登錄界面

(2)點“賬號:”后的“號號號號號”區(qū)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(cè)區(qū)域的幾項均可進(jìn)入。

(3)點擊圖2右側(cè)區(qū)域的【系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置】,界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面

在“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”項中,對相應(yīng)參數(shù)可進(jìn)行一一輸入,方法:點擊“黑色數(shù)字區(qū)”之后在彈出的數(shù)字鍵上點擊輸入需要使用的數(shù)據(jù),在點擊數(shù)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(tǒng)調(diào)試參數(shù)】進(jìn)入調(diào)試參數(shù)界面,如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)調(diào)試參數(shù)界面

圖4所示為張拉過程中所需要的基本參數(shù),參數(shù)的設(shè)置按圖4顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改,修改方法同“系統(tǒng)參數(shù)修改”。只需在黑色區(qū)域點擊,使用彈出鍵盤輸入對應(yīng)數(shù)據(jù),最后在“調(diào)試參數(shù)”界面點擊“修改”數(shù)據(jù)便會存儲,完畢后點擊“返回”。

(5)點【預(yù)張】進(jìn)入操作界面,如圖5所示。

圖5 預(yù)張拉任務(wù)參數(shù)界面

“任務(wù)參數(shù)表”界面中,是電腦通過無線通訊直接傳輸?shù)较到y(tǒng)中,從而顯示到界面上,分別有梁號、梁型、臺座編號、以及對應(yīng)鋼束編號和對應(yīng)所需張拉力,點擊啟動任務(wù)欄下的灰色區(qū)域選擇需要張拉的鋼束編號,確認(rèn)參數(shù)無誤后點擊“確定”。

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

圖6 張拉數(shù)據(jù)界面

(7)單擊“張拉結(jié)果”菜單,出現(xiàn)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(xiàn)對應(yīng)梁的整體張拉結(jié)果。

在界面右邊的表格中雙擊某束鋼筋,則出現(xiàn)此鋼束的張拉數(shù)據(jù)和曲線界面,如圖8所示,左鍵按住鼠標(biāo)拖動曲線圖中的垂直線,則在圖上部會出現(xiàn)相應(yīng)節(jié)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(fā)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(shù)據(jù)和曲線界面

(8)點擊數(shù)據(jù)讀取,將該孔道張拉數(shù)據(jù)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(jìn)行分析,最后點擊數(shù)據(jù)保存。

(9)一個孔道張拉過程全部結(jié)束,繼續(xù)下一個孔道同樣的張拉操作。

6 應(yīng)用效果

我梁場在與益通公司的研發(fā)過程中多次對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和完善,經(jīng)過反復(fù)試驗與調(diào)整更新,目前已經(jīng)達(dá)到設(shè)計指標(biāo)?，F(xiàn)在使用的數(shù)控張拉系統(tǒng)是預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力張拉領(lǐng)域新的科研項目,具有操作簡便、控制精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定等特點,實現(xiàn)了預(yù)期的箱梁預(yù)應(yīng)力張拉自動化控制目標(biāo)。

(1)箱梁張拉的同步率對后期預(yù)應(yīng)力的二次分布影響較大,按照目前箱梁預(yù)應(yīng)力施工的要求,不同步率不得大于10%,而該系統(tǒng)在張拉過程中張拉力和伸長值均實現(xiàn)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(nèi)。

(2)現(xiàn)場測量伸長值由紅外線傳感器自動測量,其精度達(dá)到0.1mm,此項技術(shù)的應(yīng)用消除了人為量測誤差,測量精準(zhǔn)度大大提高。

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

(4)實現(xiàn)了張拉數(shù)據(jù)的自動讀取,避免了人為讀數(shù)誤差,提高了張拉力的控制精度。

(5)設(shè)置的數(shù)據(jù)自動量測、計算及生成結(jié)果表格的系統(tǒng),減少了人為計算的工作量,避免了人為計算可能出現(xiàn)的錯誤,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性大大提高。

(6)實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)傳輸,在終端電腦中可以有效地監(jiān)控張拉過程及結(jié)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(shù)據(jù),為張拉過程的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果判定,提供了直接、有效的判定依據(jù)。同時,無線數(shù)據(jù)傳輸在終端電腦中可以實時監(jiān)控張拉過程及結(jié)果。

(7)該系統(tǒng)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(shù)控制精度。

7 結(jié)語

通過200多榀箱梁張拉作業(yè)的驗證,該系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能:伸長量和力值測量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。但在使用過程有些問題需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

(1)該系統(tǒng)的液壓管接頭拆卸頻率較高,應(yīng)提高接頭的質(zhì)量,防止漏油影響張拉精度。

(2)系統(tǒng)的泵站、千斤頂、控制柜等組成,應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合,建議配備車載式以方便移動。

(3)張拉自動控制系統(tǒng)目前已臻于完善,技術(shù)上的難題已基本解決,通過改用進(jìn)口閥組大大提高了傳感器的穩(wěn)定性,下一步需要進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

[1] 中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)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(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁(雙線) [Z].北京:中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司,2008.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2010]241號 鐵路混凝土工程施工技術(shù)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(shè)[2010]241號 高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

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[5] 中華人民工和國鐵道部.TB10752—2010 高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[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(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)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(yù)應(yīng)力筋用夾片式錨具、夾片和連接器技術(shù)條件[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[8] 周兆春.寒冷干旱地區(qū)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁批量制造工藝實踐[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(xué)宏(1974—),男,工程師,1996年畢業(yè)于吉林大學(xué)。