智能張拉系統(tǒng)在預(yù)制箱梁中的應(yīng)用

蔡清愉

摘 要：預(yù)應(yīng)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(shù)和經(jīng)濟(jì)方面都值得推廣。本文就智能張拉系統(tǒng)在預(yù)制箱梁中的運(yùn)用進(jìn)行研究和分析。

關(guān)鍵詞：箱粱；預(yù)應(yīng)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(diǎn)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(yù)制安裝箱梁工藝，共有480片30m后張法預(yù)制箱梁。為了避免人工張拉時(shí)測(cè)量不準(zhǔn)確，未及時(shí)校核，未實(shí)現(xiàn)“ 雙控”，為提高張拉效率，保證張拉質(zhì)量，本工程引進(jìn)了智能張拉施工工藝，本文將對(duì)此工藝進(jìn)行論述。

2 智能張拉系統(tǒng)

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

2.1 系統(tǒng)設(shè)備

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)油泵為超高壓動(dòng)力輸出裝置，為張拉千斤頂提供可靠、穩(wěn)定的提升動(dòng)力，具有提升、保壓、回程等功能。該設(shè)備能夠精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)程序設(shè)定的命令，通過無線通訊接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；智能千斤頂采用新型密封件，高壓自增強(qiáng)油缸強(qiáng)度，并且自身附帶電子位移傳感器，用于千斤頂內(nèi)杠伸長(zhǎng)量的測(cè)試，同時(shí)自身附帶高精度壓力傳感器，能精準(zhǔn)測(cè)量千斤頂輸出的力值；本系統(tǒng)采用局域網(wǎng)WIFI連接計(jì)算機(jī)與智能張拉儀，利用計(jì)算機(jī)自帶的無線網(wǎng)卡，有效操控距離達(dá)到200m，性能可靠；油管包括進(jìn)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(diǎn)

該智能張拉系統(tǒng)能精確控制張拉力值大小，精確測(cè)量預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)張，自動(dòng)采集預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量，及時(shí)校核伸長(zhǎng)量誤差，真正地實(shí)現(xiàn)“雙控”操作?？赏瑫r(shí)控制兩個(gè)或多個(gè)千斤頂?shù)膹埨?，真正意義上實(shí)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(yuǎn)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(bào)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(jī)、油泵、千斤頂?shù)?部分組成。以應(yīng)力控制為主控指標(biāo)，伸長(zhǎng)量為核對(duì)指標(biāo)。系統(tǒng)通過傳感技術(shù)采集每臺(tái)千斤頂?shù)墓ぷ鲏毫颁摻g線的伸長(zhǎng)量（含回縮量）等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳給系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行分析判斷；同時(shí)張拉設(shè)備接受系統(tǒng)指令，實(shí)時(shí)調(diào)整變頻電機(jī)的工作參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)調(diào)控油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)張拉力及加載速度的實(shí)時(shí)精確控制。系統(tǒng)還根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，由主機(jī)發(fā)出指令，同步控制每臺(tái)設(shè)備的每一個(gè)行程，自動(dòng)完成整個(gè)張拉過程，完全改變了傳統(tǒng)的通過人工操作油泵進(jìn)行張拉操作的工作過程，真正實(shí)現(xiàn)了張拉的同步控制。

4 智能張拉施工工藝

本標(biāo)段預(yù)制梁設(shè)計(jì)采用C50高性能混凝土，采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，直徑為15.20 mm，彈性模量Ep=1.95×10-5MPa。預(yù)制箱梁正彎矩鋼束采用15—7型、15—6型系列錨具及配件，預(yù)應(yīng)力管道采用圓形金屬波紋管。

4.1施工準(zhǔn)備

（1）鋼絞線理論伸長(zhǎng)量復(fù)核計(jì)算。

（2）預(yù)制箱梁混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后，且混凝土齡期不小于7d時(shí)，方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束采用兩端對(duì)稱張拉，張拉順序?yàn)?，中跨：N1-N3-N2、邊跨：N1-N3-N2-N4。

（3）對(duì)張拉用到的智能千斤頂和液壓油泵進(jìn)行標(biāo)定，并出示了相應(yīng)的標(biāo)定證書。

（4）搭設(shè)張拉所需的工作平臺(tái)，千斤頂正后方設(shè)置張拉防護(hù)，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(yù)應(yīng)力智能張拉的程序和施工工藝包括以下3個(gè)階段：

（1）張拉前準(zhǔn)備階段。包括鋼絞線的下料、編號(hào)、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(shè)備及附屬設(shè)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(hù)擋板及警示標(biāo)志。

（3）啟動(dòng)智能張拉系統(tǒng)。經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員和監(jiān)理人員檢查驗(yàn)收合格后，由操作人員啟動(dòng)主機(jī)操作系統(tǒng)，進(jìn)入界面操作，完成操作平臺(tái)參數(shù)下發(fā)。智能張拉平臺(tái)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，傳遞給輔機(jī)張拉系統(tǒng)，通過輔機(jī)張拉系統(tǒng)控制專用千斤頂，按系統(tǒng)預(yù)先編制的張拉順序進(jìn)行對(duì)稱同步張拉作業(yè)。程序設(shè)定三級(jí)加載依次上升油壓，分級(jí)方式為10%、20%、100%三個(gè)階段。

張拉過程中智能張拉平臺(tái)系統(tǒng)通過傳感器測(cè)量每一級(jí)張拉后的千斤頂活塞行程，并得出與該階段計(jì)算值的偏差，當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值相差大于±60時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，停止張拉；同時(shí)當(dāng)張拉力不足100%，當(dāng)下降1%時(shí)，錨固前系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)張至設(shè)計(jì)規(guī)定值，從而實(shí)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(dòng)控制每個(gè)千斤頂加載速率及持荷時(shí)間，減少人為操作誤差。本標(biāo)段設(shè)計(jì)采用低松弛預(yù)應(yīng)力筋，故按照現(xiàn)行規(guī)范，錨固前其持荷時(shí)間設(shè)置為5 min。系統(tǒng)自動(dòng)控制，排除人為干預(yù)。張拉結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)生成張拉數(shù)據(jù)表。

5 技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性分析

5.1 技術(shù)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(zhǎng)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(dòng)操作方向閥，實(shí)現(xiàn)方向的切換，人工量測(cè)伸長(zhǎng)量，無法實(shí)時(shí)監(jiān)控，張拉中錨固時(shí)間不充分，使得由于預(yù)應(yīng)力筋回縮、錨具變形等原因引起的預(yù)應(yīng)力損失較大；而智能設(shè)備能對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉實(shí)時(shí)全程跟蹤、智能控制，基本上克服了人工張拉測(cè)量精度低的缺點(diǎn)，切實(shí)有效地控制了錨下預(yù)應(yīng)力的大小?？偟貋碚f，智能張拉系統(tǒng)設(shè)備先進(jìn)、技術(shù)成熟、工藝可靠，技術(shù)比較見表1。

5.2 經(jīng)濟(jì)性分析

傳統(tǒng)人工張拉完成一片箱梁需要6人同時(shí)作業(yè)約1.4h，采用智能張拉只需3人同時(shí)作業(yè)，用相同時(shí)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(jì)效益，投入智能設(shè)備還是節(jié)約了成本，在經(jīng)濟(jì)性方面是合理的。

6 結(jié)語

本工程是使用智能張拉設(shè)備對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行張拉，通過實(shí)踐證明智能張拉基本上杜絕了人工對(duì)張拉施工的不利影響，通過智能系統(tǒng)平臺(tái)，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(shù)、質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益上均較人工張拉有較大優(yōu)勢(shì)，在橋梁施工中值得推廣使用。