后张预应力混凝土桥梁张拉自动控制技术.doc

后张预应力混凝土桥梁张拉自动控制技术后张预应力混凝土桥梁是目前我国铁路、公路建设中采用最多的桥梁型式。在梁体混凝土达到一定强度后，要进行预应力钢筋的张拉。而目前的预应力张拉工艺相对落后，仍然采用单机人工操作，人工读数，人工记录。因此往往造成张拉力控制不准确，两端张拉不同步等问题，严重影响预应力梁的质量。 为此，中铁三局建筑安装工程公司和北京太行榆液压控制技术有限公司合作，组织精兵强将，开展后张预应力混凝土桥梁张拉自动控制技术攻关，突破技术难点，完成了总体方案设计、自动张拉机组研制，整体标定方法研究和自动张拉工艺制定，取得了多项科技创新成果，实现了桥梁预应力张拉的自动控制，提高了后张预应力桥梁质量，为桥梁施工技术的发展做出了积极的贡献。一 后张预应力混凝土桥梁工程概况 1 后张预应力混凝土桥梁施工概况 后张预应力混凝土桥梁是采用后张法施工的桥梁。 其技术要点为在混凝土梁体浇筑时要预埋预应力筋孔道，然后在孔道中穿入预应力钢筋。当梁体混凝土强度规定值后，对预应力钢筋进行预（初）张拉，终张拉，给梁体施加预应力。因此预应力张拉施工是后张预应力桥梁的关键工序。2 张拉施工现状 目前，后张梁预应力钢筋张拉为人工操作，人工读数，人工测量，人工记录。四台液压油泵分置于梁的两端，每端两台。每台油泵一个工人操作，给一个千斤顶供油。油泵上安装油压表，显示油泵压力。千斤顶安装于预应力钢筋两端，人工操作油泵进行张拉。张拉过程中，工人目视压力表读数，达到规定压力值后，停止张拉。负责测量预应力钢筋伸长值的工人则站在千斤顶旁，按不同的张拉阶段，测量千斤顶活塞的伸出量。由于分散在两端，各自独立操作，虽采用对讲机等手段联络，也很难保证同步操作，往往造成不同步率超标。另外人工目视读压力表，误差也较大。二 自动张拉机组 1 总体布局 自动张拉机组采用“一机二站四顶”的总体布局。即一台主机控制柜，两台液压泵站和四个千斤顶。梁的一端布置一台泵站，负责给两台千斤顶供油。泵站通过信号传输线和主机相连。该总体布局的特点是减少了设备数量，便于集中控制。还减少了油管，缆线的铺设量。 2 机组设备主机控制柜由一台微型计算机，电气控制系统和报警系统组成。计算机装有控制程序软件。主要功能为张拉控制参数的输入和调整，实时加载数据（张拉力和伸长值）的采集、显示、处理和记录，对液压泵站和千斤顶设备的驱动，系统故障报警和张拉数据的存储输出。计算机采用触摸屏操作，并设有权限使用功能。 图1 主机控制柜液压泵站为张拉千斤顶的动力源，提供张拉千斤顶的动力和完成传动介质的储存以及压力控制等功能。泵站主要包括：油箱、高压柱塞泵机组和油路控制、监测装置。油箱上还设有液压油加温装置。 图2 液压泵站千斤顶为大吨位（20003000KN）液压千斤顶，千斤顶上装有位移传感器，可以给控制柜提供实时加载数据。千斤顶和液压泵站之间通过高压油管相连接，从液压泵站获取动力。 图3 液压千斤顶三 自动张拉机组标定 1 张拉力的标定张拉力的标定，采用反力架和标准测力仪。具体步骤如下：将千斤顶、测力仪安装在反力架中，逐级加载。并逐级记录主机显示读数并记下相应压力下测力仪的百分表读数。每个千斤顶标定了三次。标定结束后，利用标定时主机张拉力读数与测力环计算力值（或压力传感器显示读数）,通过线性回归,求出线性回归方程和相关系数。测试结果四个千斤顶相关系数值应大于0.999。2 伸长值的标定伸长值的标定使用0.02mm精度的游标卡尺测量。具体步骤如下：启动油泵，记录主机显示的千斤顶的初始伸长值读数（10mm左右）。同时用游标卡尺量取此时千斤顶活塞伸出长度。再次启动油泵，记录主机显示的千斤顶最终伸长值读数（100mm左右）。同时用游标卡尺量取此时千斤顶活塞伸出长度。计算千斤顶活塞伸出长度测量差值和微机显示的伸长值读数差值。两者之间的偏差应小于1%。3 同步标定采用张拉同步试验架进行。分两次进行。具体步骤如下：将负责同一束预应力钢筋张拉的两个千斤顶分别水平放入两个同步试验架，千斤顶底部朝向弹簧筒。 按最大张拉力20%力值输入微机，启动油泵至自动停机，记录此时两个千斤顶的伸长值读数。继续输入100%力值开机至自动停机，记录此时两个千斤顶的伸长值读数。测试结果，比较两阶段两个千斤顶伸长值读数差值，不同步率应小于5%。四 后张预应力桥梁自动张拉工艺1）将工控主机和A站放置在梁的一端，将B站放置在梁的另一端，两站通过信号线与主机相连。接通电源，检查油泵电机转向无误。2）开启张拉台座两端千斤顶油泵电源，并旋起急停按钮，油泵电源指示灯变亮。3）开启主机及显示器。4）进入系统操作界面，点击画面左侧进入图标，点击密码输入框，输入进入密码，按“ENTER”键。5）输入每个千斤顶20%控制张拉力值，并点“开始张拉”按钮，开始张拉。初张拉时将油泵压力调整开关调到低压档，终张拉时将油泵压力调整开关调到高压档。6）张拉时，当钢绞线的初始应力达20%控制张拉力值时，设备自动停止供油，测量工具锚夹片外露值（采用标定过的钢直尺量测）。并保存微机上张拉数据。7）输入每个千斤顶100%控制张拉力值，并点“开始张拉”按钮，继续张拉。张拉至控制张拉力，此时张拉设备自动停机，并持荷保压5min。测量工具锚夹片外露值（采用标定过的钢直尺量测）。并保存微机上张拉数据。8）持荷完成后，技术人员在主机界面上输入量取的工具锚夹片外露量，进行伸长值计算(控制应力及初始应力下千斤顶油缸伸长量及工具锚夹片外露量之差)。张拉以张拉力力控制，以预应力钢绞线的伸长值加以校核，实际张拉值与理论伸长值应控制在6%范围内。两端伸长值不同步率小于5%。9）持荷5分钟（采用秒表记录）并对张拉伸长值记录计算符合要求后，保存张拉数据。千斤顶回油，夹片自动锁定则该束张拉结束。卸顶后测量工作夹片外露，及时做好记录。在夹片外钢绞线上画线作为观察滑丝、断丝的标记。五 配套工装1）张拉同步试验架 张拉自动控制要解决的最大的张拉难题是两端千斤顶同步问题。因此，设备使用前就必须对张拉机组的同步性进行试验。由于以前采用人工手动张拉，没有这方面的试验要求和可能，所以国内外无任何先例可循。为此我们自行研制了张拉同步试验架。该试验架为一对组合钢结构构件。每个试验架由两根立柱和上下两根横梁组合而成一个框式结构。立柱为高强度圆钢。横梁为一箱形断面，由多片钢板焊制而成。立柱和横梁通过焊接连接成整体。并对框式结构应力集中部位和局部承压部位，用钢板加强。试验架的外形尺寸满足待标定的千斤顶和承载装置放入的需要。试验架的承载能力3000KN，大于最大张拉荷载。承载装置设计为一钢制圆筒型结构。由内外筒和大吨位压缩弹簧组成。内筒套在弹簧上，一起装入外筒中。大吨位压缩弹簧承载能力满足张拉荷载要求，压缩量也满足测量张拉千斤顶伸长值需要。2） 机组简易台车为解决张拉机组的场内转移运输和保护，研制了机组简易台车。机组简易台车用钢板焊制成箱型，箱下安装四个车轮。箱顶和侧面设置活门。共制作了两台。每一台车上放置一台液压泵站和两个千斤顶。使用时，将台车运至待张拉的梁端，打开台车上盖，用梁上的挑梁倒链将千斤顶由台车上吊出安装。张拉后，再将千斤顶放回台车。使用该台车后，提高了转移速度，避免了油管反复拆卸造成的油的浪费，对设备也起到了很好的保护作用。3）标定用小龙门架 为解决机组标定时千斤顶吊装问题，我们研制了标定用小龙门架。 该小龙门架由横梁和两个支腿组成。一个支腿为单支腿，支撑在校顶反力架上。一个支腿为人字型支腿，支撑于地面上。横梁上安装有活动小车。小车上挂有手动倒链。使用时，将千斤顶运至架下，用倒链吊起放入校顶反力架或同步试验架中。六、效果通过一年多的研发、试验和使用，后张预应力混凝土桥梁预应力张拉自动控制技术研究项目取得了良好的效果，达到了预期的张拉自动控制的目的。而且有后张预应力混凝土桥梁预应力自动张拉机组等2项成果获准为国家实用新型专利。主要体现在以下几个方面：1 ）整体设计方案新颖合理整体设计方案新颖合理。采用了一机两站四顶的全新总体布局，既便于集中控制，又保证了各个千斤顶的压力同步。同时减少了液压油管路的铺设工作量，降低了油路压力损失和故障率。2 ）机组具有良好的性能（1） 采用微型计算机和程序控制张拉过程，实现了张拉前控制参数的输入和存储，张拉到位后自动停车和自动补压，以及张拉完成后张拉数据的计算存储输出，提高了张拉力的控制精度。（2） 张拉过程中能监控两端千斤顶的位移情况，在两个千斤顶不同步超出范围时，通过调节压力和供油速度来补偿，解决了分散控制无法解决的两端张拉不同步难题，实现了两端张拉的同步，保证了桥梁张拉符合规范要求。（3） 计算机采用触摸屏操作，输入方便，图形数据直观。并设有权限使用功能，非操作人员不能进入操作界面，因此方便使用和保证安全。（4） 设有监测和报警系统，对设备运转过程中出现的油路、压力、温度异常等异常情况可提示报警，使操作人员得以及时处理，从而避免设备损坏和安全事故。（5） 设置了新型千斤顶活塞位移传递装置，解决了千斤顶活塞在张拉时的旋转问题，保证了位移传感器的正常使用和张拉伸长值的连续采集。（6） 油箱上设有液压油加温装置，可在冬季气温较低时提高液压油温度，保证设备正常工作。 （7）实用性强。通过设置调整，可适用于各种不同类型和长度的后张预应力混凝土桥梁预应力张拉施工。既可进行一束预应力钢筋两端张拉；也可进行两束预应力钢筋同时两