劉學(xué)宏

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司,山西運(yùn)城 044000)

自動(dòng)張拉控制系統(tǒng)在大西鐵路客運(yùn)專線箱梁預(yù)制中的應(yīng)用

劉學(xué)宏

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司,山西運(yùn)城 044000)

通過對(duì)自動(dòng)張拉控制系統(tǒng)在運(yùn)城臨猗牛杜梁場(chǎng)中的應(yīng)用,提高了箱梁張拉施工質(zhì)量,有效地控制了張拉不同步率的問題,闡述系統(tǒng)原理及組成,總結(jié)箱梁自動(dòng)張拉控制系統(tǒng)的施工工藝及特點(diǎn),并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出改進(jìn)建議。

預(yù)應(yīng)力混凝土;箱形梁;預(yù)制;張拉自動(dòng)控制系統(tǒng)

1 概述

我國(guó)建設(shè)的高速鐵路和客運(yùn)專線以及城際軌道交通工程大多是采用無(wú)砟軌道這一新型軌道形式,無(wú)砟軌道相對(duì)于以前傳統(tǒng)的有砟軌道的最大特點(diǎn)就是提高了軌道的穩(wěn)定性和平順性,因此要求軌道基礎(chǔ)必須堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定。對(duì)于客運(yùn)專線和高速鐵路的橋梁而言,就是要嚴(yán)格準(zhǔn)確控制橋梁的工后沉降和箱梁的徐變上拱,而箱梁的徐變上拱主要就是靠預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確施加來控制。預(yù)應(yīng)力是箱梁施工的關(guān)鍵工序,決定箱梁的使用壽命、鐵路橋梁行車的安全。

傳統(tǒng)的后張法箱梁預(yù)應(yīng)力施工為4臺(tái)穿心式千斤頂,對(duì)應(yīng)4臺(tái)液壓泵站,每一個(gè)都是獨(dú)立的施加預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)。張拉過程中是通過工人觀測(cè)壓力表讀數(shù)來控制張拉力,用鋼板尺測(cè)量張拉鋼絞線的伸長(zhǎng)量進(jìn)行校核。張拉施工全部是人工操作,誤差太大,測(cè)量精度很低,而且4臺(tái)泵站、4臺(tái)千斤頂各自獨(dú)立運(yùn)行,張拉的同步性很難控制,難以保證箱梁預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量。為了保證鐵路箱梁預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量,準(zhǔn)確控制梁體的徐變上拱度,大西鐵路客運(yùn)專線臨猗牛杜梁場(chǎng)聯(lián)合河北石家莊益通科技開發(fā)有限公司聯(lián)合研制開發(fā)鐵路箱梁預(yù)應(yīng)力數(shù)控張拉系統(tǒng),在梁場(chǎng)成功使用。

2 工程概況

中鐵十九局第五工程有限公司臨猗牛杜制梁場(chǎng)位于大西鐵路客運(yùn)專線站前10標(biāo),承擔(dān)572榀預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁的預(yù)制任務(wù),其中32 m箱梁553榀, 24m箱梁19榀,合同工期28個(gè)月。該梁場(chǎng)主要負(fù)責(zé)本標(biāo)段南姚村特大橋307榀、大張村特大橋265榀箱梁的預(yù)制任務(wù)。這段線路處于山西省南部,地處濕陷性黃土的地質(zhì)上,所以對(duì)橋梁的工后沉降和梁的徐變上拱提出了更高的要求。

3 張拉自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成及原理

張拉自動(dòng)控制系統(tǒng)包括2臺(tái)自動(dòng)控制柜,其中1臺(tái)為主控制柜,1臺(tái)為從控制柜,4臺(tái)液壓泵站、4臺(tái)千斤頂、8個(gè)壓力傳感器、4個(gè)位移傳感器、PLC控制器。箱梁張拉作業(yè)時(shí),2臺(tái)控制柜放置梁的兩端,他們之間通過1根信號(hào)線連接,用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制4臺(tái)液壓泵站和4臺(tái)千斤頂?shù)耐綇埨鳂I(yè)。與傳統(tǒng)的張拉設(shè)備相比,張拉自動(dòng)控制系統(tǒng)采用德國(guó)進(jìn)口電磁閥,并且在閥組的出口安裝了高精度的壓力傳感器,在千斤頂?shù)母左w端安裝了紅外線位移傳感器,用來測(cè)量油缸的伸長(zhǎng)量。電動(dòng)控制柜主要由工業(yè)顯示屏、微電腦運(yùn)動(dòng)控制器、信號(hào)采集模塊、信號(hào)無(wú)線接收模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等組成?？刂葡到y(tǒng)和梁場(chǎng)辦公室服務(wù)器采用無(wú)線連接,從而保證了數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳。

自動(dòng)控制張拉系統(tǒng)采用紅外線位移傳感器測(cè)量伸長(zhǎng)量,壓力傳感器測(cè)量張拉力,傳感器實(shí)時(shí)采集張拉油缸的伸長(zhǎng)量和壓力的數(shù)據(jù)給控制器,控制器通過事先設(shè)定的PID調(diào)節(jié)模塊,自動(dòng)控制調(diào)節(jié)千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)量和壓力。即主控制柜實(shí)時(shí)通過讀取4臺(tái)千斤頂?shù)膲毫鞲衅鞯男盘?hào)和位移傳感器信號(hào),經(jīng)過運(yùn)算處理與設(shè)定的張拉力和伸長(zhǎng)量對(duì)比實(shí)時(shí)調(diào)整每臺(tái)千斤頂?shù)膲毫蜕扉L(zhǎng)量,從而保證張拉的同步性和伸長(zhǎng)量同步均衡增長(zhǎng)。

其系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 自動(dòng)控制張拉系統(tǒng)

4 系統(tǒng)參數(shù)

測(cè)力系統(tǒng)精度 1%F.S

位移測(cè)量精度 0.2mm

雙頂對(duì)拉不平衡度 20 kN

控制系統(tǒng)工作電壓 (1±10%)22 V

最大油壓 50MPa

流量 2 L/min

電機(jī)功率 3 kW

使用電壓 (1±10%)380 V

公稱張拉力 2 000～5 000 kN

張拉行程 200mm

行程允許偏差 ±2mm

5 施工工藝

5.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就位連接與檢查

(1)連接液壓設(shè)備,確保設(shè)備安裝準(zhǔn)確可靠,無(wú)漏油。

(2)主控制柜與從控制柜連接完成,接通電源,確保信號(hào)可遠(yuǎn)程傳輸。

(3)檢查觸摸屏與PLC有無(wú)故障,檢查壓力傳感器和位移傳感器數(shù)據(jù)是否正常。

5.2 操作過程

(1)點(diǎn)擊【設(shè)置】按鈕,進(jìn)入系統(tǒng)登錄界面,如圖2所示。

圖2 自動(dòng)張拉系統(tǒng)登錄界面

(2)點(diǎn)“賬號(hào):”后的“號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)號(hào)”區(qū)域,輸入“1”,點(diǎn)【Enter】,相同的步驟在“密碼:”后輸入“xxxx”,點(diǎn)【Enter】。然后點(diǎn)【登錄】界面回到圖2,保持不變,但右側(cè)區(qū)域的幾項(xiàng)均可進(jìn)入。

(3)點(diǎn)擊圖2右側(cè)區(qū)域的【系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置】,界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面

在“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”項(xiàng)中,對(duì)相應(yīng)參數(shù)可進(jìn)行一一輸入,方法:點(diǎn)擊“黑色數(shù)字區(qū)”之后在彈出的數(shù)字鍵上點(diǎn)擊輸入需要使用的數(shù)據(jù),在點(diǎn)擊數(shù)字鍵盤上的“Enter”鍵,輸入完成后,點(diǎn)“修改”存儲(chǔ),完畢之后點(diǎn)擊“返回”鍵,返回到主界面圖2。

(4)主界面點(diǎn)擊【系統(tǒng)調(diào)試參數(shù)】進(jìn)入調(diào)試參數(shù)界面,如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)調(diào)試參數(shù)界面

圖4所示為張拉過程中所需要的基本參數(shù),參數(shù)的設(shè)置按圖4顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改,修改方法同“系統(tǒng)參數(shù)修改”。只需在黑色區(qū)域點(diǎn)擊,使用彈出鍵盤輸入對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù),最后在“調(diào)試參數(shù)”界面點(diǎn)擊“修改”數(shù)據(jù)便會(huì)存儲(chǔ),完畢后點(diǎn)擊“返回”。

(5)點(diǎn)【預(yù)張】進(jìn)入操作界面,如圖5所示。

圖5 預(yù)張拉任務(wù)參數(shù)界面

“任務(wù)參數(shù)表”界面中,是電腦通過無(wú)線通訊直接傳輸?shù)较到y(tǒng)中,從而顯示到界面上,分別有梁號(hào)、梁型、臺(tái)座編號(hào)、以及對(duì)應(yīng)鋼束編號(hào)和對(duì)應(yīng)所需張拉力,點(diǎn)擊啟動(dòng)任務(wù)欄下的灰色區(qū)域選擇需要張拉的鋼束編號(hào),確認(rèn)參數(shù)無(wú)誤后點(diǎn)擊“確定”。

(6)單擊“張拉數(shù)據(jù)”菜單,可以查看實(shí)際張拉過程中采集的具體數(shù)據(jù),這里是和曲線圖相對(duì)應(yīng)的。張拉數(shù)據(jù)參數(shù)界面如圖6所示。

圖6 張拉數(shù)據(jù)界面

(7)單擊“張拉結(jié)果”菜單,出現(xiàn)張拉報(bào)表界面,如圖7所示,雙擊左右梁號(hào)或直接輸入梁號(hào)然后回車,則在右邊出現(xiàn)對(duì)應(yīng)梁的整體張拉結(jié)果。

在界面右邊的表格中雙擊某束鋼筋,則出現(xiàn)此鋼束的張拉數(shù)據(jù)和曲線界面,如圖8所示,左鍵按住鼠標(biāo)拖動(dòng)曲線圖中的垂直線,則在圖上部會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間和張拉力值、張拉位移,或拉力、位移,且隨著垂直線的移動(dòng)發(fā)生變化。通過鋼束端位選擇也可以只看其中一端的曲線圖。

圖7 張拉報(bào)表界面

圖8 單根鋼束的張拉數(shù)據(jù)和曲線界面

(8)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)讀取,將該孔道張拉數(shù)據(jù)全部提取檢查,并自動(dòng)計(jì)算伸長(zhǎng)量、回縮量、伸長(zhǎng)量偏差率、不同步率,如有異常及時(shí)查詢曲線圖進(jìn)行分析,最后點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存。

(9)一個(gè)孔道張拉過程全部結(jié)束,繼續(xù)下一個(gè)孔道同樣的張拉操作。

6 應(yīng)用效果

我梁場(chǎng)在與益通公司的研發(fā)過程中多次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和完善,經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)與調(diào)整更新,目前已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)?，F(xiàn)在使用的數(shù)控張拉系統(tǒng)是預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力張拉領(lǐng)域新的科研項(xiàng)目,具有操作簡(jiǎn)便、控制精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的箱梁預(yù)應(yīng)力張拉自動(dòng)化控制目標(biāo)。

(1)箱梁張拉的同步率對(duì)后期預(yù)應(yīng)力的二次分布影響較大,按照目前箱梁預(yù)應(yīng)力施工的要求,不同步率不得大于10%,而該系統(tǒng)在張拉過程中張拉力和伸長(zhǎng)值均實(shí)現(xiàn)同步控制,有效地解決了不同步率控制的問題,不同率有效控制在5%以內(nèi)。

(2)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量伸長(zhǎng)值由紅外線傳感器自動(dòng)測(cè)量,其精度達(dá)到0.1mm,此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用消除了人為量測(cè)誤差,測(cè)量精準(zhǔn)度大大提高。

(3)數(shù)控張拉系統(tǒng)采用傳感器與傳感器之間的標(biāo)定,并直接進(jìn)入控制系統(tǒng),減少了回歸方程標(biāo)定和人工計(jì)算誤差,提高了張拉過程中張拉力控制的準(zhǔn)確性。

(4)實(shí)現(xiàn)了張拉數(shù)據(jù)的自動(dòng)讀取,避免了人為讀數(shù)誤差,提高了張拉力的控制精度。

(5)設(shè)置的數(shù)據(jù)自動(dòng)量測(cè)、計(jì)算及生成結(jié)果表格的系統(tǒng),減少了人為計(jì)算的工作量,避免了人為計(jì)算可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性大大提高。

(6)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,在終端電腦中可以有效地監(jiān)控張拉過程及結(jié)果,并通過自動(dòng)生成的力與伸長(zhǎng)值曲線、力與時(shí)間曲線、伸長(zhǎng)值與時(shí)間曲線,可以有效地分析張拉過程的數(shù)據(jù),為張拉過程的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果判定,提供了直接、有效的判定依據(jù)。同時(shí),無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸在終端電腦中可以實(shí)時(shí)監(jiān)控張拉過程及結(jié)果。

(7)該系統(tǒng)增加的在卸荷至100 kN力時(shí)錨固回縮值測(cè)量功能,可以有效地解決回縮值的測(cè)試問題,并在測(cè)量精度上超過原先壓力表讀數(shù)控制精度。

7 結(jié)語(yǔ)

通過200多榀箱梁張拉作業(yè)的驗(yàn)證,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能:伸長(zhǎng)量和力值測(cè)量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集存儲(chǔ)、兩端張拉同步率高、操作簡(jiǎn)單、安全措施完善,數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。但在使用過程有些問題需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

(1)該系統(tǒng)的液壓管接頭拆卸頻率較高,應(yīng)提高接頭的質(zhì)量,防止漏油影響張拉精度。

(2)系統(tǒng)的泵站、千斤頂、控制柜等組成,應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合,建議配備車載式以方便移動(dòng)。

(3)張拉自動(dòng)控制系統(tǒng)目前已臻于完善,技術(shù)上的難題已基本解決,通過改用進(jìn)口閥組大大提高了傳感器的穩(wěn)定性,下一步需要進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

[1] 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.通橋(2008)2322A時(shí)速350 km客運(yùn)專線鐵路無(wú)砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁(雙線) [Z].北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,2008.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2010]241號(hào) 鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2010]241號(hào) 高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

[4] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10424—2010 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

[5] 中華人民工和國(guó)鐵道部.TB10752—2010 高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

[6] 中華人民共和國(guó)鐵道部,鐵科技[2004]120號(hào) 客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2004

[7] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T3193—2010 鐵路工程預(yù)應(yīng)力筋用夾片式錨具、夾片和連接器技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

[8] 周兆春.寒冷干旱地區(qū)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁批量制造工藝實(shí)踐[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(3):54 -57.

Application of Automatic Stretching-Control System in Prefabrication of Box Girder on Datong-Xi'an Passenger-dedicated Line

LIU Xue-hong
(No.5 Engineering Corporation of China Railway 19 Bureau Group,Yuncheng 044000,China)

The application of automatic stretching-control system at the girder prefabrication yard in Niudu Town,Linyi County,Yuncheng City,has improved the construction quality of the box girder stretching,and then the problem of desynchronized stretching are also controlled effectively.This paper expounds the system theory and composition,sums up the construction process and characteristics of box girder automatic stretching-control system,and puts forward the improving suggestions in combination with its practical application.

pre-stressed concrete;box girder;prefabrication;automatic stretching-control system

U238;U445.47+1

A

1004 -2954(2012)10 -0054 -04

2012 -03 -17

劉學(xué)宏(1974—),男,工程師,1996年畢業(yè)于吉林大學(xué)。