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1、1桥梁预应力智能张拉技术与设备发展及应用文/招商局重庆交通科研设计院有限公司 廖强罗斌预应力技术因其优良的性能和较高的经济效益在我国得到了巨大的发展。在公路交通领域，预应力工程的使用量巨大，主要用于预应力桥梁结构和边坡支护。同时，预应力技术已经成为大跨度、大空间结构、高耸结构、重载结构、特种结构以及新型结构工程中不可缺少的一项技术发展至立体交叉建筑、海洋结构、原子能反应堆容器及特种复杂结构等多个领域。预应力技术的发展，除了设计、材料、施工工艺等因素外，预应力设备的性能也起到了重要作用。因为预应力技术的实现是通过预应力机械施工来完成的，预应力施工质量是实现设计的最重要一环，工艺水平的高低与预应力
2、机械技术水平的高低密切相关。我国预应力机械的发展从无到有，从仿制到自我研制，从少到多，经历了50余年的历程。随着预应力钢绞线群锚张拉锚固体系的发展，预应力机械进入快速发展时期。目前，预应力工程施工中普遍存在着“控制精度差、施工效率低和质量管理难”等问题，如何充分利用当代科技成果，结合控制技术、液压技术及信息技术，为预应力工程施工提供一套“精确控制、高效建设和全面管理”的革新性解决方案，正在成为行业在研究热点。本文将结合桥梁预应力张拉技术的发展，介绍预应力智能化张拉施工技术的发展及其应用。张拉技术与设备的发展现状目前，预应力张拉设备基本上是由电动油泵、张拉千斤顶及其配套配件组成。张拉施工时，通过
3、电动油泵向张拉千斤顶供油，千斤顶活塞驱动工具锚带动钢绞线伸长对梁体施加预应力，通过油泵上的压力表示值来换算钢绞线的荷载，采用钢板尺测量千斤顶活塞行程来计算钢绞线的伸长量，在需要两端或者多点对称、同步张拉时采用喊话、手语或者步话机等方式实现协同操作。张拉所用的千斤顶和张拉所用的电动油泵（张拉油泵）需配合通过锚固件中的钢绞线或钢筋来施加预应力。虽然我国预应力机械的发展已经经历50余年，但是预应力用液压千斤顶和电动油泵的设计、生产一直沿袭着十几年前的技术和工艺。生产企业数量多，经营规模有大有小，产品质量差距较大且大多科研能力不足。从全国来看从事研究钢筋预应力机械专2业化机构及企业却寥寥无几。我国的预
4、应力机械企业生产能力和经营规模普遍不高，仍属于劳动密集型行业，从业人数多，劳动生产率较低，人员素质参差不齐。从产品性能和质量来看，预应力机械性能和质量近年来有了较大提高，但高性能高质量产品在行业产品总量中所占比例较低，市场上不同企业生产的同类产品性能和质量相差较大。从行业的现有标准体系来看，预应力机械产品行业标准数量不少，如预应力钢筋张拉机JGT 50961997（已废止）、预应力用电动油泵JGT 319-2011、预应力用液压千斤顶JGT 321-2011、预应力筋用锚具、夹具和连接器GBT 143702007等。但标准制修定周期长，归口管理混乱，不利于产品的技术进步和质量提高。预应力机具在
5、使用和维护的过程中，越发显示出其不足之处，在使用过程中的自动化与智能化、施工设备配套、施工工艺工法细化等方面与国外还有一定差距，实践中涌现出很多问题有待解决。预应力智能化张拉压浆技术的提出2011年，交通运输部发布和实施新版公路桥涵施工技术规范（JTG/T F502011以下简称：新规范）。为提高预应力施工质量，新规范中针对预应力施工提出了更高的要求【4】，使得传统方式在多方面无法满足规范要求，从而进一步加剧了预应力技术迅速发展与传统工艺相对落后之间的矛盾。因此，在新规范的推行和实施过程中急需先进高效的工艺及设备来替代落后的传统工艺及设备。自20世纪80年代末开始，针对如何有效提高预应力施工过
6、程中的精度控制，彻底改变相对落后的施工工艺，国内外的研究者们在预应力信息化施工方面进行了大量的研究，并且取得了初步成果。在1990年以来，英国的CCL公司和德国的PAUL公司相继成功研制了带有数显功能的记录仪；北京建筑工程研究院周正等成功研究出来计算机自动控制的专用油泵；太原理工大学李珠、贾敏智等成功研制了具有闭环控制功能的预应力张拉装置【5】等但由于缺乏统一规范的引导，上述研究成果较为分散，大多停留在了试验分析阶段，难以大规模地在施工现场进行进一步的推广应用，缺少了后续的研究。随着现代机电液一体化技术的发展，电液比例技术的控制精度不断提高，电液比例控制液压系统和计算机技术在土木工程领域的广泛
7、应用和发展。在2008年，重庆交通科研设计院罗斌等人在交通部西部建设项目的研究中成功研发出预应力张拉监控系统，并广泛应用于3国内多条高速公路的现场施工中，在此基础上进一步发展研究，在国内率先提出了预应力智能张拉压浆技术的概念。预应力智能张拉压浆技术具有感知、分析、推理、决策和控制等特点，是预应力技术工艺、先进制造技术、过程控制技术、信息技术和计算机技术在土木工程领域机械设备上的技术融合与系统总成，其充分体现了现代施工建设中的信息化和智能化发展要求及趋势。预应力智能化张拉压浆系统介绍智能张拉系统主要由智能泵站、智能操控平台、专用千斤顶、智能张拉软件四部分组成，如图1所示。 图1 智能张拉系统(a
8、)智能泵站 (b)智能操控平台 (c)专用千斤顶 (d)智能张拉软件智能泵站采用伺服控制技术，内部集成控制阀组和压力传感器，采用闭环控制方式精确控制输出压力，输出液压油驱动千斤顶施加预应力至构件；智能操控平台集成工控机和人机交互系统，根据预设工艺参数自动完成张拉过程，实时显示并记录张拉数据；专用千斤顶采用轻量化设计，内部集成线性位移传感器，用于张拉过程中预应力筋伸长值的准确测量；智能张拉软件基于windows平台开发，具有丰富的管理功能和友好的人机界面，用于张拉过程中任务参数管理及数据分析处理。工程应用智能张拉系统通过国家法定计量机构进行标定校准，标定结果表明系统测量精度能很好地控制在0.5%
9、以内，优越于规范规定的1.5%要求，可完全满足预应力工程应用的要求。智能压浆系统的按照JTG/T F502011，并参考铁道部TB/T 31922008铁路后张法预应4力混凝土梁管道压浆技术条件标准进行设计研制，其各项性能指标均能够满足桥梁预应力压浆施工要求。目前该系统已广泛应用于广东、江西、重庆、贵州、云南等十余省份的公路桥梁建设中，如图2所示。图2智能张拉系统的现场应用在具体工程应用中，各建设单位及使用者对智能张拉压浆系统予以了高度评价，应用结果表明该系统相比传统施工方式大大提高了预应力施工过程中的控制精度，减轻操作人员劳动强度，有效排除人为因素影响。施工完成后，系统软件自动处理数据，自动计算结果并出制带有防伪功能的记录报告。
