预应力全自动智能张拉系统设计研究*

李峰泉

(西安外事学院 工学院，陕西 西安 710077)

预应力全自动智能张拉系统设计研究*

李峰泉

(西安外事学院 工学院，陕西 西安 710077)

桥梁施工中的预应力张拉是关键工序之一，其施工的质量直接关系到桥梁结构的安全性和耐久性。传统的人工张拉存在诸多弊端，很难达到新的施工技术规范。针对人工张拉的缺点，研究设计了一个全自动智能化的预应力张拉系统，由计算机实时检测、存储、传输和分析张拉数据，智能调整泵站的工作状态，自动完成张拉全过程，实现了张拉过程的数字化、标准化、规范化和信息化。

预应力；全自动；智能张拉；设计

随着我国经济的迅猛发展，公路交通运输事业也随之大力发展，大量的预应力混凝土桥需不断建造。大量的试验和事实证明，预应力是桥梁的生命，如果设计不准确和施工质量不达标，将会直接影响到桥梁结构的安全性和耐久性，导致梁体开裂、下挠，甚至坍塌[1]。交通运输部为了保障桥梁的安全和耐久，出台了新修订的JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》。实际经验表明，传统人工张拉技术基本上已经难以达到新的施工技术规范中对多台千斤顶在张拉过程中的质量控制要求。随着相关技术的成熟，预应力张拉系统逐渐向数字化和智能化方向发展。应用传感技术、通信技术、计算机技术和控制技术的智能化的预应力张拉系统已经成为混凝土桥梁建造的必然选择[2-3]。

预应力张拉是在构件中提前施加拉力，使得被施加预应力张拉构件承受拉应力，进而使其产生一定的形变，来应对结构本身所受到的荷载，包括结构自身质量的荷载、风荷载、雪荷载和地震荷载作用等。本文主要研究采用计算机对多台千斤顶进行同步张拉控制和施工管理的系统功能设计。

1 系统的基本组成和功能

1.1 系统的基本组成部分

本系统主要由智能张拉主控计算机、智能张拉控制器、智能张拉泵站、张拉千斤顶以及传感器检测与反馈系统等组成(见图1)。

图1 全自动智能张拉系统基本组成

1.2 系统各组成部分的功能

1.2.1 主控计算机

主控计算机是张拉施工时张拉数据的控制、管理和存储中心，支持张拉任务的创建、设置和执行，控制张拉数据的接收、审核和储存，通过打印机输出报表。

1.2.2 智能张拉控制器

智能张拉控制器是自动张拉过程的控制中心，接收主控计算机发出的张拉任务，并控制自动张拉泵站的工作。在张拉过程中，系统把自动泵站数据采集模块采集到的位移传感器和油压传感器的实时信号，经过分析和处理，将结果通过输出模块输出，控制和调整自动张拉泵站的工作状态，保证千斤顶的张拉力值和伸长值同步平衡增长，实现张拉过程的全自动控制。张拉的同时，将张拉数据通过自动控制及通信模块，实时上传至主控电脑，显示实时张拉曲线，并存储数据，输出施工报表。

1.2.3 自动张拉泵站

自动张拉泵站可以是2台或4台，是整个张拉过程的动力源，通信模块将接收到的任务通过智能张拉控制器以电控信号自动控制压力油输出，按要求输送至张拉千斤顶，实现全自动平衡张拉。

1.2.4 张拉千斤顶

张拉千斤顶同样可以是2台或4台，将电液控自动张拉油泵输出的压力油转换成张拉力的输出，完成预应力梁预施应力的施加。

1.2.5 传感器检测系统

传感器检测系统由位移传感器和液压传感器2个部分组成。

每台千斤顶均安装有高精度位移传感器，实时将千斤顶活塞的伸长值通过信号采集模块传输给智能张拉控制器，减少了人工测量的工作量，同时提高了数据的准确性。

测力系统安装有2个压力传感器，分别安装在千斤顶的供油端和液压站的回油端，回油端的传感器测量千斤顶所受的背压。2个传感器数据的差值更真实地反映了千斤顶的张拉力。

2 系统的操作设计

本系统的操作设计了张拉数据、梁型设置、张拉设置、系统参数以及数据维护等5大功能模块，操作流程如图2所示。

图2 全自动智能张拉系统操作流程

输入正确的用户名、密码以及端口号后进入系统。在张拉任务开始前，需要先进行基本参数和任务设置。

2.1 梁型设置

选择梁型输入菜单，设置好常用的桥梁类型、桥梁长度、相应的钢束数量及编号等基本信息，来建立梁型库。将已设置好的桥梁梁型、长度和钢束等基本信息之间的相互关系对应好，建立好梁型基本数据关联。钢束按照实际张拉顺序导入，方便张拉时按顺序张拉。

2.2 张拉设置

1)对张拉参数进行设置。根据不同的梁型和长度，设置对应钢束的张拉力值及设计伸长值。可以修改张拉顺序、钢束编号和设计力值等数据，修改完毕后进行保存，数据将永久存入计算机系统数据库中，根据需要可以随时调用。张拉数据的记忆功能最大限度地减少了数据的输入量，避免了重复录入而出现人为失误。

2)对张拉任务进行设置。根据施工要求，依据所要张拉的桥梁的桥梁编号，确定每一片梁所对应的梁型、梁长、张拉力和额定伸长量等相关数据并进行具体设置。在“新增梁号”功能中输入梁号、选择梁型和梁长等添加新的张拉任务，张拉任务可一次全部设置完成，也可多次完成；同时，支持对已经设置好的任务进行数据修改。

2.3 参数设置

首先，要建立千斤顶库，本系统设计支持多种吨位的千斤顶与泵站的灵活组合使用，输入各种千斤顶相关参数以建立千斤顶库；然后，分别针对各个千斤顶与泵站的配组进行张拉力和伸长量的标定，并分别设置相应张拉参数。张拉前，只需选定所需的千斤顶组，系统自动将千斤顶的标定参数和张拉参数写入智能张拉控制器。

张拉力标定设置主要是通过标准测力系统对油压传感器与千斤顶进行标定[4]。在张拉力标定中，可以对所有参加本系统张拉的千斤顶进行标定，选择泵站，选择连接泵站的千斤顶组号，输入要标定的数据，标定完毕后将数据存储并写入智能控制器中。需要验证数据时，选择读取数据即可。本设计中支持补偿量输入，即标定好标率之后，使千斤顶加载至张拉力达到某个值时，如果显示力值与标准测力系统显示的力值有偏差，则在对应的补偿量控制栏中输入相应的反向(高减低加)补偿值即可。

伸长值标定设置主要是标准长度计量器具对位移传感器进行标定，选择泵站，选择连接当前泵站的千斤顶组号，选取对应千斤顶。同样提供了补偿方法，标定好标率之后，让千斤顶活塞伸出到某个值时，如果显示伸长值与实际测量伸长值有偏差，则在对应的补偿量控制栏中输入补偿值即可。

2.4 系统参数设置

系统参数设置主要是针对系统张拉过程的控制参数、保护参数及持荷时间等的设置；同时，根据施工需要，也可以将每个张拉过程按照百分比进度进行阶段划分，便于多阶段张拉施工。根据不同的张拉力，可灵活设置张拉曲线的坐标值，便于输出显示结果。

本系统设计支持多泵站对多千斤顶工作，更换千斤顶时，点选泵站选取与该泵站已经标定的千斤顶，选择不同顶张拉进行组合确认，保存后将相关已标定和设置参数下发到泵站智能张拉控制器，即可换顶成功。

2.5 张拉过程

张拉数据设置和系统参数设置以及张拉任务录入等设置完成后，施工人员就可以根据设置好的张拉任务进行张拉。系统具有操作人员与监理人员的现场拍照存档功能，点击拍照，就可分别记录张拉技术员和监理的图像；选择梁号和台座编号，点击起动按钮，即可起动要张拉的钢束(该过程中需要再次确认各项设置参数)。在张拉过程中，张拉数据实时记录并自动生成张拉曲线，准确、直观，方便查看和复核；同时，设置了不同颜色的通信状态指示灯，来表明张拉时的不同状态信息，遇到紧急情况时可急停张拉。

2.6 张拉数据的记录、存储及输出

当张拉结束后，可查看张拉记录以及历史记录等信息，包括具体的数据信息和完整的张拉曲线信息，并根据张拉记录自动生成张拉记录表。张拉报表的自动生成，真实完整，减少了人工录入和计算，提高了工作效率，并可根据需要，设置多模板输出方式，使得输出报表更加灵活多样[5]。

3 结语

本系统设计克服了传统人工操作张拉模式下的各种缺陷，包括不能保证严格按照设计要求和施工规范施工，随意性大，同步性差，安全性差，测量精度低，误差较大，不能完全保证所记录张拉数据的真实性、可靠性以及可追溯性，施工人员较多，成本较高等，严格按照施工规范的要求，通过实时检测、存储和传输张拉数据，并由数据处理模块对检测到的数据进行运算和分析，智能调整泵站的工作状态，自动完成张拉全过程，做到了预应力梁预施应力的精准控制和同步平衡张拉，实现了张拉过程的数字化、标准化、规范化和信息化，保证了预应力梁的张拉质量，完善了施工要求及过程管理。

[1] 邓年春．预应力智能张拉系统研究及其工程应用[J]．预应力技术，2014(3)：24-25.

[2] 肖云，罗意钟，唐祖文，等．预应力智能张拉系统的设计与应用研究[J]．西部交通科技，2014(10)：43-47.

[3] 沈新慧．浅析智能张拉系统在预应力桥梁施工中的应用[J]．中国新技术新产品，2013(8)：54-56.

[4] 陈红杰．预应力智能张拉系统在T梁预制中的应用[J]．石家庄铁路职业技术学院学报，2014(3)：50-54.

[5] 柴延伟，鲁琦．一种公路桥梁自动张拉智能控制装置：中国，201320832532.2 [P]．2014-06-18.

*陕西省教育厅专项科研计划项目(2013JK0398)

责任编辑郑练

ResearchonDesignofPrestressedAutomaticTensioningSystem

LI Fengquan

(College of Technology, Xi′an International University, Xi′an 710077, China)

Bridge construction prestressed tensioning is one of the key processes, and the quality of construction is directly related to the safety and durability of bridge structures. There is lots of drawback in traditional artificial tensioning, it is difficult to achieve technical specification for the new construction. Aiming at reducing the shortcomings of artificial tensioning, the paper researched and designed a fully automated intelligent prestressed tensioning system, real-time detection, storage, transmission and analysis of tensioning data by computer. The paper intelligently adjusts the working status of the pumping station, auto-completes the full tensioning process to achieve the digitization, standardization and information technology.

prestressed, fully automatic, intelligent tensioning, design

TP 393

：A

李峰泉(1977-)，男，讲师，硕士，主要从事图像处理和计算机网络技术等方面的研究。

2014-12-26