李峰泉

(西安外事學(xué)院 工學(xué)院，陜西 西安 710077)

預(yù)應(yīng)力全自動(dòng)智能張拉系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究*

李峰泉

(西安外事學(xué)院 工學(xué)院，陜西 西安 710077)

橋梁施工中的預(yù)應(yīng)力張拉是關(guān)鍵工序之一，其施工的質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。傳統(tǒng)的人工張拉存在諸多弊端，很難達(dá)到新的施工技術(shù)規(guī)范。針對(duì)人工張拉的缺點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)了一個(gè)全自動(dòng)智能化的預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)、存儲(chǔ)、傳輸和分析張拉數(shù)據(jù)，智能調(diào)整泵站的工作狀態(tài)，自動(dòng)完成張拉全過程，實(shí)現(xiàn)了張拉過程的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和信息化。

預(yù)應(yīng)力；全自動(dòng)；智能張拉；設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，公路交通運(yùn)輸事業(yè)也隨之大力發(fā)展，大量的預(yù)應(yīng)力混凝土橋需不斷建造。大量的試驗(yàn)和事實(shí)證明，預(yù)應(yīng)力是橋梁的生命，如果設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確和施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，將會(huì)直接影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，導(dǎo)致梁體開裂、下?lián)?，甚至坍塌[1]。交通運(yùn)輸部為了保障橋梁的安全和耐久，出臺(tái)了新修訂的JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)人工張拉技術(shù)基本上已經(jīng)難以達(dá)到新的施工技術(shù)規(guī)范中對(duì)多臺(tái)千斤頂在張拉過程中的質(zhì)量控制要求。隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)逐漸向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。應(yīng)用傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的智能化的預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)已經(jīng)成為混凝土橋梁建造的必然選擇[2-3]。

預(yù)應(yīng)力張拉是在構(gòu)件中提前施加拉力，使得被施加預(yù)應(yīng)力張拉構(gòu)件承受拉應(yīng)力，進(jìn)而使其產(chǎn)生一定的形變，來(lái)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)本身所受到的荷載，包括結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量的荷載、風(fēng)荷載、雪荷載和地震荷載作用等。本文主要研究采用計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)千斤頂進(jìn)行同步張拉控制和施工管理的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)的基本組成和功能

1.1 系統(tǒng)的基本組成部分

本系統(tǒng)主要由智能張拉主控計(jì)算機(jī)、智能張拉控制器、智能張拉泵站、張拉千斤頂以及傳感器檢測(cè)與反饋系統(tǒng)等組成(見圖1)。

圖1 全自動(dòng)智能張拉系統(tǒng)基本組成

1.2 系統(tǒng)各組成部分的功能

1.2.1 主控計(jì)算機(jī)

主控計(jì)算機(jī)是張拉施工時(shí)張拉數(shù)據(jù)的控制、管理和存儲(chǔ)中心，支持張拉任務(wù)的創(chuàng)建、設(shè)置和執(zhí)行，控制張拉數(shù)據(jù)的接收、審核和儲(chǔ)存，通過打印機(jī)輸出報(bào)表。

1.2.2 智能張拉控制器

智能張拉控制器是自動(dòng)張拉過程的控制中心，接收主控計(jì)算機(jī)發(fā)出的張拉任務(wù)，并控制自動(dòng)張拉泵站的工作。在張拉過程中，系統(tǒng)把自動(dòng)泵站數(shù)據(jù)采集模塊采集到的位移傳感器和油壓傳感器的實(shí)時(shí)信號(hào)，經(jīng)過分析和處理，將結(jié)果通過輸出模塊輸出，控制和調(diào)整自動(dòng)張拉泵站的工作狀態(tài)，保證千斤頂?shù)膹埨χ岛蜕扉L(zhǎng)值同步平衡增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)張拉過程的全自動(dòng)控制。張拉的同時(shí)，將張拉數(shù)據(jù)通過自動(dòng)控制及通信模塊，實(shí)時(shí)上傳至主控電腦，顯示實(shí)時(shí)張拉曲線，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，輸出施工報(bào)表。

1.2.3 自動(dòng)張拉泵站

自動(dòng)張拉泵站可以是2臺(tái)或4臺(tái)，是整個(gè)張拉過程的動(dòng)力源，通信模塊將接收到的任務(wù)通過智能張拉控制器以電控信號(hào)自動(dòng)控制壓力油輸出，按要求輸送至張拉千斤頂，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)平衡張拉。

1.2.4 張拉千斤頂

張拉千斤頂同樣可以是2臺(tái)或4臺(tái)，將電液控自動(dòng)張拉油泵輸出的壓力油轉(zhuǎn)換成張拉力的輸出，完成預(yù)應(yīng)力梁預(yù)施應(yīng)力的施加。

1.2.5 傳感器檢測(cè)系統(tǒng)

傳感器檢測(cè)系統(tǒng)由位移傳感器和液壓傳感器2個(gè)部分組成。

每臺(tái)千斤頂均安裝有高精度位移傳感器，實(shí)時(shí)將千斤頂活塞的伸長(zhǎng)值通過信號(hào)采集模塊傳輸給智能張拉控制器，減少了人工測(cè)量的工作量，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

測(cè)力系統(tǒng)安裝有2個(gè)壓力傳感器，分別安裝在千斤頂?shù)墓┯投撕鸵簤赫镜幕赜投耍赜投说膫鞲衅鳒y(cè)量千斤頂所受的背壓。2個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的差值更真實(shí)地反映了千斤頂?shù)膹埨Α?/p>

2 系統(tǒng)的操作設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的操作設(shè)計(jì)了張拉數(shù)據(jù)、梁型設(shè)置、張拉設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)以及數(shù)據(jù)維護(hù)等5大功能模塊，操作流程如圖2所示。

圖2 全自動(dòng)智能張拉系統(tǒng)操作流程

輸入正確的用戶名、密碼以及端口號(hào)后進(jìn)入系統(tǒng)。在張拉任務(wù)開始前，需要先進(jìn)行基本參數(shù)和任務(wù)設(shè)置。

2.1 梁型設(shè)置

選擇梁型輸入菜單，設(shè)置好常用的橋梁類型、橋梁長(zhǎng)度、相應(yīng)的鋼束數(shù)量及編號(hào)等基本信息，來(lái)建立梁型庫(kù)。將已設(shè)置好的橋梁梁型、長(zhǎng)度和鋼束等基本信息之間的相互關(guān)系對(duì)應(yīng)好，建立好梁型基本數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。鋼束按照實(shí)際張拉順序?qū)耄奖銖埨瓡r(shí)按順序張拉。

2.2 張拉設(shè)置

1)對(duì)張拉參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)不同的梁型和長(zhǎng)度，設(shè)置對(duì)應(yīng)鋼束的張拉力值及設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)值。可以修改張拉順序、鋼束編號(hào)和設(shè)計(jì)力值等數(shù)據(jù)，修改完畢后進(jìn)行保存，數(shù)據(jù)將永久存入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)需要可以隨時(shí)調(diào)用。張拉數(shù)據(jù)的記憶功能最大限度地減少了數(shù)據(jù)的輸入量，避免了重復(fù)錄入而出現(xiàn)人為失誤。

2)對(duì)張拉任務(wù)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)施工要求，依據(jù)所要張拉的橋梁的橋梁編號(hào)，確定每一片梁所對(duì)應(yīng)的梁型、梁長(zhǎng)、張拉力和額定伸長(zhǎng)量等相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行具體設(shè)置。在“新增梁號(hào)”功能中輸入梁號(hào)、選擇梁型和梁長(zhǎng)等添加新的張拉任務(wù)，張拉任務(wù)可一次全部設(shè)置完成，也可多次完成；同時(shí)，支持對(duì)已經(jīng)設(shè)置好的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修改。

2.3 參數(shù)設(shè)置

首先，要建立千斤頂庫(kù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持多種噸位的千斤頂與泵站的靈活組合使用，輸入各種千斤頂相關(guān)參數(shù)以建立千斤頂庫(kù)；然后，分別針對(duì)各個(gè)千斤頂與泵站的配組進(jìn)行張拉力和伸長(zhǎng)量的標(biāo)定，并分別設(shè)置相應(yīng)張拉參數(shù)。張拉前，只需選定所需的千斤頂組，系統(tǒng)自動(dòng)將千斤頂?shù)臉?biāo)定參數(shù)和張拉參數(shù)寫入智能張拉控制器。

張拉力標(biāo)定設(shè)置主要是通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力系統(tǒng)對(duì)油壓傳感器與千斤頂進(jìn)行標(biāo)定[4]。在張拉力標(biāo)定中，可以對(duì)所有參加本系統(tǒng)張拉的千斤頂進(jìn)行標(biāo)定，選擇泵站，選擇連接泵站的千斤頂組號(hào)，輸入要標(biāo)定的數(shù)據(jù)，標(biāo)定完畢后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并寫入智能控制器中。需要驗(yàn)證數(shù)據(jù)時(shí)，選擇讀取數(shù)據(jù)即可。本設(shè)計(jì)中支持補(bǔ)償量輸入，即標(biāo)定好標(biāo)率之后，使千斤頂加載至張拉力達(dá)到某個(gè)值時(shí)，如果顯示力值與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力系統(tǒng)顯示的力值有偏差，則在對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償量控制欄中輸入相應(yīng)的反向(高減低加)補(bǔ)償值即可。

伸長(zhǎng)值標(biāo)定設(shè)置主要是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度計(jì)量器具對(duì)位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定，選擇泵站，選擇連接當(dāng)前泵站的千斤頂組號(hào)，選取對(duì)應(yīng)千斤頂。同樣提供了補(bǔ)償方法，標(biāo)定好標(biāo)率之后，讓千斤頂活塞伸出到某個(gè)值時(shí)，如果顯示伸長(zhǎng)值與實(shí)際測(cè)量伸長(zhǎng)值有偏差，則在對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償量控制欄中輸入補(bǔ)償值即可。

2.4 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置主要是針對(duì)系統(tǒng)張拉過程的控制參數(shù)、保護(hù)參數(shù)及持荷時(shí)間等的設(shè)置；同時(shí)，根據(jù)施工需要，也可以將每個(gè)張拉過程按照百分比進(jìn)度進(jìn)行階段劃分，便于多階段張拉施工。根據(jù)不同的張拉力，可靈活設(shè)置張拉曲線的坐標(biāo)值，便于輸出顯示結(jié)果。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持多泵站對(duì)多千斤頂工作，更換千斤頂時(shí)，點(diǎn)選泵站選取與該泵站已經(jīng)標(biāo)定的千斤頂，選擇不同頂張拉進(jìn)行組合確認(rèn)，保存后將相關(guān)已標(biāo)定和設(shè)置參數(shù)下發(fā)到泵站智能張拉控制器，即可換頂成功。

2.5 張拉過程

張拉數(shù)據(jù)設(shè)置和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置以及張拉任務(wù)錄入等設(shè)置完成后，施工人員就可以根據(jù)設(shè)置好的張拉任務(wù)進(jìn)行張拉。系統(tǒng)具有操作人員與監(jiān)理人員的現(xiàn)場(chǎng)拍照存檔功能，點(diǎn)擊拍照，就可分別記錄張拉技術(shù)員和監(jiān)理的圖像；選擇梁號(hào)和臺(tái)座編號(hào)，點(diǎn)擊起動(dòng)按鈕，即可起動(dòng)要張拉的鋼束(該過程中需要再次確認(rèn)各項(xiàng)設(shè)置參數(shù))。在張拉過程中，張拉數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄并自動(dòng)生成張拉曲線，準(zhǔn)確、直觀，方便查看和復(fù)核；同時(shí)，設(shè)置了不同顏色的通信狀態(tài)指示燈，來(lái)表明張拉時(shí)的不同狀態(tài)信息，遇到緊急情況時(shí)可急停張拉。

2.6 張拉數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)及輸出

當(dāng)張拉結(jié)束后，可查看張拉記錄以及歷史記錄等信息，包括具體的數(shù)據(jù)信息和完整的張拉曲線信息，并根據(jù)張拉記錄自動(dòng)生成張拉記錄表。張拉報(bào)表的自動(dòng)生成，真實(shí)完整，減少了人工錄入和計(jì)算，提高了工作效率，并可根據(jù)需要，設(shè)置多模板輸出方式，使得輸出報(bào)表更加靈活多樣[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)人工操作張拉模式下的各種缺陷，包括不能保證嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范施工，隨意性大，同步性差，安全性差，測(cè)量精度低，誤差較大，不能完全保證所記錄張拉數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性以及可追溯性，施工人員較多，成本較高等，嚴(yán)格按照施工規(guī)范的要求，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)、存儲(chǔ)和傳輸張拉數(shù)據(jù)，并由數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和分析，智能調(diào)整泵站的工作狀態(tài)，自動(dòng)完成張拉全過程，做到了預(yù)應(yīng)力梁預(yù)施應(yīng)力的精準(zhǔn)控制和同步平衡張拉，實(shí)現(xiàn)了張拉過程的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和信息化，保證了預(yù)應(yīng)力梁的張拉質(zhì)量，完善了施工要求及過程管理。

[1] 鄧年春．預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)研究及其工程應(yīng)用[J]．預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2014(3)：24-25.

[2] 肖云，羅意鐘，唐祖文，等．預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J]．西部交通科技，2014(10)：43-47.

[3] 沈新慧．淺析智能張拉系統(tǒng)在預(yù)應(yīng)力橋梁施工中的應(yīng)用[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013(8)：54-56.

[4] 陳紅杰．預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)在T梁預(yù)制中的應(yīng)用[J]．石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(3)：50-54.

[5] 柴延偉，魯琦．一種公路橋梁自動(dòng)張拉智能控制裝置：中國(guó)，201320832532.2 [P]．2014-06-18.

*陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(2013JK0398)

責(zé)任編輯鄭練

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，講師，碩士，主要從事圖像處理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面的研究。

2014-12-26