何世光

（中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津 300222）

某鐵路梁場(chǎng)共有預(yù)制箱梁863榀。箱梁設(shè)計(jì)采用C50強(qiáng)度的混凝土，其性能較為優(yōu)良。箱梁內(nèi)部采用高強(qiáng)度低松弛度的鋼絞線，其公稱直徑15.2mm，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa。所謂預(yù)應(yīng)力張拉指的是提前在構(gòu)件中施加一定拉力，使構(gòu)件發(fā)生一定形變，從而可以應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)自身所受的荷載。這些荷載包括箱梁本身的重量、風(fēng)、雪荷載以及地震荷載等。在箱梁受到外部荷載以前，對(duì)受拉部位內(nèi)鋼絞線進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的施加，從而提升其抗彎能力、剛度，使裂縫的出現(xiàn)得到推遲，提升箱梁的耐久度[1]。

1 傳統(tǒng)張拉工藝存在的問(wèn)題與智能張拉工作原理

目前，橋梁的預(yù)應(yīng)力施工大部分采用普通機(jī)具人工操控，人工測(cè)讀儀表?yè)Q算張拉力、人工測(cè)量伸長(zhǎng)值、人工記錄施工結(jié)果的傳統(tǒng)后張法工藝，施工過(guò)程摻入了大量人工操作和缺乏有效的質(zhì)量控制手段，存在預(yù)施應(yīng)力控制精度低、張拉數(shù)據(jù)離散大、施工結(jié)果可信度差、作業(yè)效率低等情況，難以保證預(yù)應(yīng)力橋梁的施工質(zhì)量。

智能張拉系統(tǒng)主要是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控，將應(yīng)力作為其控制的主要指標(biāo)，將伸長(zhǎng)量作為其校核的輔助指標(biāo)。該系統(tǒng)利用傳感技術(shù)對(duì)各張拉設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的壓力以及鋼絞線各部伸長(zhǎng)量等有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后及時(shí)地將其傳到系統(tǒng)的主機(jī)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷。與此同時(shí)，張拉設(shè)備會(huì)及時(shí)接受系統(tǒng)命令，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整電機(jī)工作的有關(guān)參數(shù)，從而對(duì)張拉力和加載速度進(jìn)行精確而動(dòng)態(tài)地控制。此外，系統(tǒng)以預(yù)設(shè)程序?yàn)榛A(chǔ)，由系統(tǒng)主機(jī)作為指令發(fā)出者，對(duì)設(shè)備每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行同步地控制，從而使它們可以自動(dòng)地完成張拉的全過(guò)程[2]。

此外，壓力傳感器是該系統(tǒng)一個(gè)極為重要的裝置。該裝置主要是在設(shè)備對(duì)構(gòu)件張拉時(shí)，采集千斤頂中油缸的壓力數(shù)據(jù)，然后利用下位機(jī)傳輸給主機(jī)，主機(jī)再按照參數(shù)將其換算為具體的應(yīng)力值。另一個(gè)重要的裝置為位移傳感器，其可以對(duì)鋼絞線張拉時(shí)的伸長(zhǎng)量進(jìn)行采集，同樣地利用下位機(jī)傳輸給主機(jī)。圖1是智能張拉技術(shù)的工作原理。

圖1 智能張拉技術(shù)工作原理

2 智能張拉與傳統(tǒng)張拉技術(shù)的對(duì)比

2.1 智能張拉可以精確地對(duì)預(yù)應(yīng)力值進(jìn)行控制

傳統(tǒng)形式的人工張拉，也就是施工人員手動(dòng)對(duì)油泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，然后通過(guò)壓力表顯示的讀數(shù)來(lái)對(duì)張拉力進(jìn)行控制。當(dāng)壓力表顯示的讀數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的數(shù)值時(shí)，用鋼尺對(duì)其伸長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行記錄。這種傳統(tǒng)張拉技術(shù)主要通過(guò)油壓表對(duì)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行控制，精度不高，一般只能精確至0.01MPa，而且很容易受操作人員專業(yè)水平的限制，其精度一般控制在5%～6%。

智能張拉利用的是傳感技術(shù)，其壓力傳感的裝置可以將精度縮小至0.01MPa，比傳統(tǒng)張拉提升了很多。此外，在張拉時(shí)系統(tǒng)可以對(duì)變頻電機(jī)有關(guān)工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，使其轉(zhuǎn)速可以得到精確控制，從而精確地對(duì)構(gòu)件施加需要的預(yù)應(yīng)力。該技術(shù)可以將誤差控制在1%之內(nèi)。

2.2 智能張拉可排除外在干擾，實(shí)現(xiàn)智能控制

傳統(tǒng)張拉中人為、環(huán)境等因素對(duì)張拉工作的精確度影響很大，因此，張拉工作對(duì)作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及各項(xiàng)技術(shù)水平要求都較高。此外，利用兩端的張拉方式作業(yè)時(shí)，對(duì)構(gòu)件兩端油泵人員之間配合的協(xié)調(diào)程度也有很高要求。若稍有疏忽，很容易出現(xiàn)加載不同步或者是速度不均勻等質(zhì)量問(wèn)題。而智能張拉是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，并不會(huì)受到人為或者環(huán)境等因素影響，而且該系統(tǒng)在控制張拉的同步性、加載的速率以及持荷的時(shí)間等方面都嚴(yán)格地符合各項(xiàng)橋梁施工規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)張拉的過(guò)程進(jìn)行規(guī)范控制，可以有效地消除張拉不同步造成結(jié)構(gòu)扭曲等問(wèn)題，使預(yù)應(yīng)力在張拉時(shí)的損失降到最低，從而使其符合各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求[3]。

2.3 智能張拉可以準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地對(duì)伸長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量、復(fù)核

傳統(tǒng)張拉過(guò)程可以分為初張拉和應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)兩階段，而人工張拉只是在階段持荷作業(yè)結(jié)束以后再進(jìn)行伸長(zhǎng)量的測(cè)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地對(duì)伸長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量，從而無(wú)法有效地指導(dǎo)作業(yè)人員的同步張拉工作。

智能張拉所采用的位移傳感裝置可以準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地對(duì)預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量、復(fù)核，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行直觀顯示。此外，智能張拉還可以自動(dòng)地生成有關(guān)張拉數(shù)據(jù)，從而將人為造假的可能性降到最低，對(duì)其真實(shí)質(zhì)量進(jìn)行有效追溯。

3 智能張拉的工藝流程及質(zhì)量、安全控制

3.1 工藝流程

智能張拉的工藝流程主要可分為3個(gè)階段。首先是張拉作業(yè)前的準(zhǔn)備。該階段主要包括進(jìn)行鋼絞線下料并對(duì)其編號(hào)和穿束，安裝相關(guān)的錨具和夾片，準(zhǔn)備過(guò)程與傳統(tǒng)形式并無(wú)較大差異。然后是設(shè)備及其附屬裝置的安裝工作，待安裝結(jié)束檢查無(wú)誤后，進(jìn)行系統(tǒng)的啟動(dòng)工作。張拉時(shí)由專業(yè)人員對(duì)主機(jī)進(jìn)行操作，將各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行下發(fā)。該系統(tǒng)將信號(hào)傳給輔機(jī)張拉設(shè)備，然后通過(guò)控制千斤頂，按照設(shè)定張拉的順序進(jìn)行實(shí)際作業(yè)，最后生成相關(guān)張拉數(shù)據(jù)。

3.2 質(zhì)量、安全控制工作

對(duì)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，并不能直觀地對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，只能利用過(guò)程控制來(lái)達(dá)到控制具體的施工質(zhì)量。這些控制工作在相關(guān)的規(guī)范和操作規(guī)程中有詳細(xì)描述，下面對(duì)重要工序進(jìn)行闡述。

首先，在對(duì)鋼絞線進(jìn)行穿束時(shí)，要嚴(yán)格地進(jìn)行梳邊穿束，從而防止鋼絞線相互纏繞現(xiàn)象的發(fā)生，避免張拉力不夠均勻。其次，需要對(duì)張拉混凝土的強(qiáng)度、齡期進(jìn)行有效控制。作業(yè)時(shí)很多施工單位為了加快進(jìn)度，利用早強(qiáng)劑來(lái)提升混凝土的強(qiáng)度，在構(gòu)件澆筑的4d后便進(jìn)行張拉，但這時(shí)混凝土不論是收縮還是徐變?nèi)匀惠^大，會(huì)使得預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生過(guò)多的損失，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 傳統(tǒng)人工張拉和智能張拉數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4 智能張拉應(yīng)用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析

4.1 智能張拉的技術(shù)分析

在該項(xiàng)目標(biāo)段中，共有863榀箱梁，通過(guò)分析智能張拉有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以明顯看出后者效果更為明顯。下面從其數(shù)據(jù)庫(kù)隨機(jī)選取外部溫度相同、齡期一樣以及強(qiáng)度都相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)人工張拉5片預(yù)制箱梁、智能張拉5片預(yù)制箱梁的張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在外界溫度相同，齡期一樣且混凝土強(qiáng)度相近時(shí)，人工張拉的箱梁伸長(zhǎng)量偏差過(guò)大，總體數(shù)據(jù)的離散性也較大。智能張拉的伸長(zhǎng)量十分接近設(shè)計(jì)的數(shù)值，并且其數(shù)據(jù)的離散性也很小。主要是因?yàn)槿斯埨瓡r(shí)作業(yè)人員需要手動(dòng)對(duì)方向閥進(jìn)行操作，不斷地切換其方向，還需要人工對(duì)伸長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量，不能有效地對(duì)張拉過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。張拉時(shí)錨固的時(shí)間也不夠充分，導(dǎo)致錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋的回縮等現(xiàn)象發(fā)生，使預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生較大損失。而智能張拉使用的設(shè)備更為先進(jìn)，其技術(shù)也更加成熟，可以有效避免預(yù)應(yīng)力的損失，使張拉結(jié)果更加符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 智能張拉技術(shù)的經(jīng)濟(jì)分析

傳統(tǒng)人工形式的張拉作業(yè)，1榀箱梁一般需要8個(gè)人進(jìn)行同時(shí)作業(yè)，需要2.5h；而智能張拉在相同的工作時(shí)間內(nèi)僅需要4人作業(yè)，可以節(jié)約人工4人。若每個(gè)人工的單價(jià)為150元/榀，按本標(biāo)段863榀箱梁進(jìn)行計(jì)算，人工費(fèi)便可以節(jié)約51.8萬(wàn)元。智能張拉系統(tǒng)采用智能前卡千斤頂，單根鋼絞線下料長(zhǎng)度減少0.7m，以本標(biāo)段的曲線無(wú)聲屏障梁型為代表，863榀梁可以節(jié)省鋼絞線177.60t，若以鋼絞線3500元/t計(jì)算，材料費(fèi)便可以節(jié)約62.1萬(wàn)元。而1套傳統(tǒng)設(shè)備大約需要4萬(wàn)元，智能張拉設(shè)備需要15萬(wàn)～ 20萬(wàn)元，綜合考慮其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，后者可以大大節(jié)約成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能張拉在箱梁的預(yù)應(yīng)力施工時(shí)應(yīng)用效果顯著，其控制的精度較傳統(tǒng)張拉有了大幅提升，并且對(duì)伸長(zhǎng)量的控制也滿足各項(xiàng)規(guī)范要求，對(duì)以后施工有一定參考價(jià)值。