智能张拉系统在高速铁路后张预应力混凝土简支箱梁中的应用

冯银博

(中铁二十四局集团贵溪桥梁厂有限公司,江西 贵溪 335400)

0 引言

后张法预应力混凝土简支箱梁在高速铁路中有着广泛的使用,商合杭铁路站前工程施工质量备受关注,其中预应力张拉作为关键工序尤为重要,在这个过程中通过控制张拉力和张拉伸长值来保证获得张拉的效果。目前预应力筋的张拉常用方法均是通过人工手动操作进行,易受人员、设备等因素的影响；预应力智能张拉技术通过计算机软件控制油泵,可实现张拉的数字化控制,多顶同步张拉；千斤顶缸长的伸长值采用传感器自动读取并记录,排除人为因素,提高了测量的精准性,同时在监控数据超出规定值的情况下可自动预警直至停止张拉。

1 工程概况

商合杭铁路站前工程正线桥梁设计目标350km/h,其铁路等级为高速铁路,预制无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁(双线)采用通桥(2016)-2322A系列,商合杭铁路站前十七标广德制梁场共计预制箱梁544榀。设计要求需对箱梁进行两端对称同时张拉,箱梁预应力的准确施加,是结构安全的保证。本文结合高速铁路预制箱梁预应力智能张拉技术及其工程管理的施工实践,对预应力张拉实时全程跟踪、智能控制等相关问题进行论述。

2 智能张拉系统介绍及工作原理

中铁二十四局集团贵溪桥梁厂有限公司广德制梁场开发研究的智能张拉系统及张拉设备,其系统不仅为预应力工程提供精确控制的预应力施工技术,并同时提供相应的监测接口,具备网络化、数据智能的新的能力,采用“云+设备”模式为业主和上级管理单位提供了可靠的预应力施工设备和远程实时监控管理云平台,即主要有两部分组成：施工现场张拉系统和远程数据管理及监测系统。

可根据预应力张拉工艺及控制要求,可以实现对预应力的标定、张拉、锚口喇叭口摩阻测试、孔道摩阻测试、反拱测试以及数据云平台管理等相关的技术。预应力张拉全过程一键式自动张拉,张拉数据参数可一键式导入,精准调控张拉力,张拉控制精度小于1.0%；同步参数可设定为确定比例或数值的力,两端不平衡力小于设计张拉值的1%；张拉过程图表分析,伸长值与同步偏差率对比,直观反映张拉数据正常情况,施工中偏离正常值的情况提供警示和相应的处理预案。张拉过程数据永久保存,做到数据可追溯,不可更改,远程监理,业主可实时监控,确保工程施工质量。

远程数据管理及监测系统采用GIS地理信息技术+云端关系数据库系统,通过物联网关,基于无线网络直接从现场张拉设备采集运行参量和张拉数据报表、视频影像,采集不用人工干预,可以进行秒级的数据采集、压缩、上传,最终存入关系型数据仓库,实现梁场信息、项目工程信息、箱梁基础信息、张拉设备等信息建立一套基于云物联+GIS的综合信息管理平台,远程监控是基于前端工业远程设备上,应用实时数据采集技术+VPN技术,建立实时数据采集链路和VPN点对点安全通信；实现数据采集和逆向远程调试操作。

3 智能张拉施工工艺

智能张拉施工过程可分为四步：1、千斤顶标定；2、输入张拉参数；3、启动张拉；4、自动生成报表。

图1 智能张拉系统的框架示意图

3.1 启动千斤顶标定程序

数控标定程序与老式张拉设备对比,精度控制精确,不用效验油表；每台数控张拉设备有与之对应的千斤顶进行校核,设备编号、千斤顶编号、效验日期等信息应填写完整；效验千斤顶分六个等级施加压力(5、10、20、30、40、50)Mpa,共计测定三次取平均值。

系统效验过后输入相应数据,可直接计算出公式Y=KX+B的数值。

3.2 输入张拉参数

3.2.1 设备信息

根据现场的实际情况,预初张与终张拉选用的不同组的千斤顶,千斤顶与设备本身也有配套情况,根据不同张拉情况下的千斤顶又做了详细的划分,也对不同的标定结果进行了分类。

3.2.2 梁体基本信息

每一孔箱梁进行张拉前,需要核对其基本信息,确保无误时才能进行下一步的操作。预张拉、初张拉、终张拉三次张拉都需确认基本信息,一束张拉完成,张拉顺序会自动跳转下一束,智能化为生产提供便利。

3.2.3 预应力筋基本信息

包括预应力筋编号、张拉控制力、钢绞线的总长度、总转角、孔道摩系数κ、μ数值、理论总伸长值、超张拉百分比,该系列数据可事先整理在excel中,一键导入。

3.3 启动张拉程序

张拉主界面的简洁化与张拉的数据反映一直都是工人关心的问题,为了方便人员的操作,通俗易懂的使用本系统,才有一键式启动张拉,控制力精准控制,位移数据实时显示,同步率伸长率数据对比,专家系统分析张拉过程中产生的问题,并选择处理方案。

3.4 自动生成报表

根据梁场的情况,定制与之相同要求的张拉记录表格,数据在一键式张拉完成后自动生成数据表格,不需要手动记录与抄写,减少工作量,节约时间提供工作效率。

图2 预应力张拉启动界面

图3 预应力筋张拉记录表

4 远程数据管理及监测平台

应用GIS地理信息技术+云端关系数据库系统,建立梁场管理中心,主要包括：预制箱梁信息管理、梁场信息图形化管理、项目信息管理、张拉设备档案；远程监控主要包括：张拉组态监测、张拉视频监测、张拉视频回放等(见图4、图5)。

图4 张拉组态监测

图5 张拉视频监测

5 预应力智能张拉程控系统现场张拉的实际运用

系统设备张拉操作简单快捷,一键式启动,数据精准测控,具有很高的系统稳定性、技术先进性、使用简便性、应用开放性、高性价比等。

设备与千斤顶配套使用,设备编号为：

主机0-A1张拉设备编号KSC0017958

从机1-B1张拉设备编号KNA1928595

从机2-A2张拉设备编号KSC0017959

从机3-B2张拉设备编号KNA1928596

6 结论

本文介绍的预应力智能张拉系统相比较传统人工张拉具有显著优势:1、油泵由软件控制,实现了张拉的数字化控制；2、伸长值采用超声传感器自动读取并记录,提高了测量的精准性；3、能够确定锚固回缩能够快速分析并判断伸长值有无异常；4、自动生成施工报表；5、可以实现一台设备配套多个千斤顶,以实现同步控制；5、通过使用配套的智能张拉平台,可以实现其他参数的测量；6、建立数据管理平台,并可向第三方提供实时监控的视窗。该套系统可使用在预应力工程的预应力张拉中,不仅能提高工程质量、改善工程管理,还能提高工作效率,可广泛推广使用。

[1]上海同吉建筑工程设计有限公司,预应力智能张拉程控系统使用说明.

[2]熊学玉.预应力混凝土结构理论与设计.中国建筑工业出版社,2018.

[3]熊学玉.预应力工程设计施工手册.中国建筑工业出版社,2003.

[4]汪继恕.国家会展综合体的预应力混凝土梁的智能张拉技术.城市道桥与防洪,2015.8.

[6]汪继恕,郭其均.预应力智能张拉技术在历史保护建筑加固中的应用.建筑施工,2015.7.