预应力自动张拉技术及系统

预应力自动张拉技术及系统预应力自动张拉技术及系统招商局重庆交通科研设计院有限公司招商局重庆交通科研设计院有限公司（国家山区公路工程技术研究中心）（国家山区公路工程技术研究中心）20122012年年88月月招商局重庆交通科研设计院有限公司是中央在渝科研招商局重庆交通科研设计院有限公司是中央在渝科研单位和甲级勘察设计院，是国家山区公路工程技术研究中单位和甲级勘察设计院，是国家山区公路工程技术研究中和桥梁工程结构动力学国家重点实验室等国家、省部级重和桥梁工程结构动力学国家重点实验室等国家、省部级重点科技平台的依托单位。长期在交通与市政行业围绕道路点科技平台的依托单位。长期在交通与市政行业围绕道路工程、桥梁工程、隧道工程、环境工程、岩土工程、交通工程、桥梁工程、隧道工程、环境工程、岩土工程、交通工程、汽车及摩托车、城市地下工程以及工程地质等方面，工程、汽车及摩托车、城市地下工程以及工程地质等方面，从事科研开发、勘察设计、试验检测、产品制造、工程施从事科研开发、勘察设计、试验检测、产品制造、工程施工、技术服务、工程总承包和工、技术服务、工程总承包和BTBT项目，具有雄厚的技术实项目，具有雄厚的技术实力。力。目前，我院已经发展成为国家重要的科研开发、成果目前，我院已经发展成为国家重要的科研开发、成果转化和产业化基地之一，被科技部、国务院国资委和中华转化和产业化基地之一，被科技部、国务院国资委和中华全国总工会正式认定为首批国家级全国总工会正式认定为首批国家级““创新型企业创新型企业””。。1.1.预应力张拉技术现状预应力张拉技术现状预应力混凝土结构由于具有优良的结构性能和较高预应力混凝土结构由于具有优良的结构性能和较高的经济效益，在我国桥梁工程中取得了迅速发展。截止的经济效益，在我国桥梁工程中取得了迅速发展。截止至至20112011年底，全国公路桥梁达年底，全国公路桥梁达68.9468.94万座、万座、3349.443349.44万米。万米。其中，特大桥梁其中，特大桥梁23412341座、座、404.28404.28万米，大桥万米，大桥5522955229座、座、1330.051330.05万米。据初步统计，采用预应力结构的桥梁工万米。据初步统计，采用预应力结构的桥梁工程占到了总量的程占到了总量的90%90%以上。以上。预应力张拉施工是预应力工程的关键控制环节，在预应力张拉施工是预应力工程的关键控制环节，在役结构的有效预应力事关工程的耐久性和安全性。为了役结构的有效预应力事关工程的耐久性和安全性。为了建立准确的预应力值，判断正常场合下的张拉施工情况，建立准确的预应力值，判断正常场合下的张拉施工情况，同时为便于早期发现异常现象，需要对张拉过程进行管同时为便于早期发现异常现象，需要对张拉过程进行管控。控。目前国内外通行的做法是采用目前国内外通行的做法是采用张拉应力控制、张拉伸长张拉应力控制、张拉伸长值校核值校核的双重控制方法（简称：的双重控制方法（简称：双控法双控法）。）。传统张拉施工中传统张拉施工中预应力的施加、伸长值的校核和工程数据的记录全过程均由预应力的施加、伸长值的校核和工程数据的记录全过程均由人工操作完成，由此造成人工操作完成，由此造成精度控制差、施工效率低、管理漏精度控制差、施工效率低、管理漏洞大洞大等诸多缺陷，难以确保工程建设的质量和效率，同时也等诸多缺陷，难以确保工程建设的质量和效率，同时也成为制约预应力技术应用和发展的主要因素。成为制约预应力技术应用和发展的主要因素。a.a.手动操作油泵手动操作油泵b.b.人工测量伸长值人工测量伸长值c.c.人工记录工程数据人工记录工程数据预应力施工传统工艺中存在的问题及质量隐患：预应力施工传统工艺中存在的问题及质量隐患：a.a.以油表读数控制张拉力以油表读数控制张拉力b.b.以钢尺测量进行伸长值校核以钢尺测量进行伸长值校核c.c.工具夹片不合格工具夹片不合格d.d.限位板不合格限位板不合格e.e.预应力筋、夹片严重锈蚀预应力筋、夹片严重锈蚀f.f.预应力筋偷工简料预应力筋偷工简料预应力施工中出现的典型问题及严重事故：预应力施工中出现的典型问题及严重事故：a.a.爆梁爆梁b.b.滑丝滑丝c.c.断丝断丝d.d.下扰下扰e.e.裂缝裂缝f.f.垮塌垮塌综上所述，传统的预应力张拉施工存在的问题可总结如下：综上所述，传统的预应力张拉施工存在的问题可总结如下：（（11）张拉效率低；）张拉效率低；（（22）张拉力控制误差过大；）张拉力控制误差过大；（（33）张拉伸长值测量不准确；）张拉伸长值测量不准确；（（44）对称张拉同步控制难；）对称张拉同步控制难；（（55）检验预应力筋有效预应力困难；）检验预应力筋有效预应力困难；（（66）张拉操作随意性大，质量完全依靠工人责任心；）张拉操作随意性大，质量完全依靠工人责任心；（（77）张拉数据资料可信程度低；）张拉数据资料可信程度低；《《公路桥涵施工技术规范公路桥涵施工技术规范》》（（JTG/TF50-2011JTG/TF50-2011）中加强了预应力工程）中加强了预应力工程质量控制：质量控制：（（11）张拉控制应力的精度宜为）张拉控制应力的精度宜为±±1.51.5％；％；（（22）对称张拉时，各顶之间同步张拉力的允许误差宜为）对称张拉时，各顶之间同步张拉力的允许误差宜为±±22％；％；（（33）锚下有效预应力与设计张拉理偏差不应超过）锚下有效预应力与设计张拉理偏差不应超过±±55％，同束不均度应不超％，同束不均度应不超过过22％；％；（（44）实际伸长值与理论伸长值的偏差应控制在）实际伸长值与理论伸长值的偏差应控制在±±66％以内；％以内；（（55）锚固前持荷时间修订为）锚固前持荷时间修订为5min5min；；（（66）仪表标定精度应不低于）仪表标定精度应不低于1.01.0级。级。2.2.预应力自动张拉技术预应力自动张拉技术面对快速发展的预应力技术，施工的安全性面对快速发展的预应力技术，施工的安全性和可靠性难以保证，和可靠性难以保证，落后的工艺与快速发展的预落后的工艺与快速发展的预应力技术之间的矛盾已极其突出应力技术之间的矛盾已极其突出。充分利用当代。充分利用当代科技，改进传统工艺是目前预应力施工中迫切需科技，改进传统工艺是目前预应力施工中迫切需要解决的问题。要解决的问题。自自2020世纪世纪8080年代末开始，研究者们从不同的年代末开始，研究者们从不同的角度进行了预应力张拉控制问题的研究，并取得角度进行了预应力张拉控制问题的研究，并取得了初步的成果，如：英国了初步的成果，如：英国CCLCCL公司、德国公司、德国PAULPAUL公公司、北京建科院、太原理工、水电七局等。但由司、北京建科院、太原理工、水电七局等。但由于缺乏统一规范的引导，以上研究成果分散，难于缺乏统一规范的引导，以上研究成果分散，难以大规模予以应用，最终止步于试验阶段。以大规模予以应用，最终止步于试验阶段。20082008年，重庆交科院在交通部西部项目研究过程年，重庆交科院在交通部西部项目研究过程中，率先将中，率先将预应力张拉监控系统预应力张拉监控系统推广应用于多条在建高推广应用于多条在建高速公路中，为确保工程质量起到了积极有效的作用。同速公路中，为确保工程质量起到了积极有效的作用。同时引发了国内预应力自动张拉技术研究推广的热潮。时引发了国内预应力自动张拉技术研究推广的热潮。预应力自动张拉技术具有预应力自动张拉技术具有感知、分析、推理、感知、分析、推理、决策和控制决策和控制等特点，它是预应力技术、先进制造技等特点，它是预应力技术、先进制造技术、信息技术、过程控制技术和计算机技术在土木术、信息技术、过程控制技术和计算机技术在土木工程领域机械设备上的系统集成与融合，体现了预工程领域机械设备上的系统集成与融合，体现了预应力技术工艺的应力技术工艺的信息化、自动化和网络化信息化、自动化和网络化的发展要的发展要求。求。技术以全新的思路为确保施工质量，提高施工技术以全新的思路为确保施工质量，提高施工效率，完善管理模式以及预应力工艺进步革新提供效率，完善管理模式以及预应力工艺进步革新提供了可靠的解决方案。了可靠的解决方案。3.DS-103.DS-10预应力自动张拉系统预应力自动张拉系统（（11）系统概述）系统概述DS-10DS-10预应力自动张拉系统主要应用于预应力工预应力自动张拉系统主要应用于预应力工程（特别是公路桥梁预应力），针对传统工艺中程（特别是公路桥梁预应力），针对传统工艺中““控控制精度差、施工效率低和质量管理难制精度差、施工效率低和质量管理难””三大问题，结三大问题，结合现代控制技术、液压技术及信息技术，实现预应合现代控制技术、液压技术及信息技术，实现预应力施工的力施工的““精确控制、高效建设和全面管理精确控制、高效建设和全面管理””的革新的革新性解决方案。性解决方案。系统以数控泵站替代手动泵站进行预应力施加，系统以数控泵站替代手动泵站进行预应力施加，以工控平台替代人工控制，以工程数据信息化进行以工控平台替代人工控制，以工程数据信息化进行质量管理，将预应力施工质量管理，将预应力施工自动控制和过程监控自动控制和过程监控有机有机结合。结合。☆☆DSPDSP型数控泵站型数控泵站☆☆DSCDSC型工控操作平台型工控操作平台☆☆DSDDSD型特种千斤顶型特种千斤顶☆☆DS-10DS-10预应力自动张拉软件系统预应力自动张拉软件系统DS-10DS-10预应力自动张拉系统组成预应力自动张拉系统组成（（22）系统组成）系统组成（（33）技术指标）技术指标☆☆荷载量程：荷载量程：250kN250kN～～6000kN6000kN☆☆位移量程：位移量程：00～～200mm200mm☆☆荷载精度：荷载精度：11％％F.SF.S☆☆位移精度：位移精度：11％％F.SF.S☆☆荷载同步精度：荷载同步精度：22％％☆☆无线通信距离：无线通信距离：800m800m（（44）功能特点）功能特点DS-10DS-10系统由国家交通领域专业团队严谨分析、系统由国家交通领域专业团队严谨分析、科学论证之后精心设计，专业打造而成。系统具有科学论证之后精心设计，专业打造而成。系统具有以下优势功能：以下优势功能：☆☆高效高效稳定稳定ØØ数控泵站替代传统油泵，实现数控泵站替代传统油泵，实现自动张拉自动张拉，彻底改变手动操作，彻底改变手动操作换向阀的粗放模式，真正解放工人，提高效率；换向阀的粗放模式，真正解放工人，提高效率；ØØ区别于普通自动张拉设备采用商用（或家用）级计算机和操区别于普通自动张拉设备采用商用（或家用）级计算机和操作系统，应用作系统，应用专业级工控平台和操作系统专业级工控平台和操作系统，构架稳健的控制，构架稳健的控制体系，确保恶劣工况下系统稳定运行；体系，确保恶劣工况下系统稳定运行；ØØ应用专业的人机交互技术，针对施工操作人员的习惯和特点，应用专业的人机交互技术，针对施工操作人员的习惯和特点，以以用户体验为本用户体验为本的人性化操作界面，简单极致完成的人性化操作界面，简单极致完成““一键式一键式””傻瓜化操作傻瓜化操作。。ØØ系统核心部件采用系统核心部件采用工备结合设计模式，工备结合设计模式，有效动态掌握系统运有效动态掌握系统运行状态，尽早发现问题，提前解决问题，保障施工。行状态，尽早发现问题，提前解决问题，保障施工。☆☆精准精准专业专业ØØ针对预应力工艺特点，采用可靠的针对预应力工艺特点，采用可靠的伺服控制技术设计伺服控制技术设计高精度动力源高精度动力源，结合，结合特种千斤顶特种千斤顶，实现张拉力值和伸，实现张拉力值和伸长值的精准控制；长值的精准控制；ØØ系统执行由系统执行由预应力工程学专业算法预应力工程学专业算法支撑，确保张拉过支撑，确保张拉过程程加载、持荷、锚固、回油各阶段控制科学合理加载、持荷、锚固、回油各阶段控制科学合理，区，区别于普通自动张拉设备简单的形式动作；别于普通自动张拉设备简单的形式动作；ØØ采用采用专业抗干扰无线传输技术专业抗干扰无线传输技术，解决恶劣工况下传输，解决恶劣工况下传输中断、数据丢失、