■ 李成亮

0 引言

隨著現(xiàn)代機(jī)電液一體化技術(shù)的發(fā)展，電液比例技術(shù)的控制精度不斷提高，電液比例控制液壓系統(tǒng)和計算機(jī)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。近幾年預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國多個公路工程的橋梁施工現(xiàn)場，通過對比受到了使用者的好評，但此前在高速鐵路預(yù)制梁領(lǐng)域尚未全面使用。高鐵預(yù)應(yīng)力箱梁自動智能張拉技術(shù)（簡稱智能張拉）是鄭萬鐵路在信息化、自動化技術(shù)方面應(yīng)用成果較為突出的一項施工技術(shù)，是“數(shù)字鄭萬”體現(xiàn)的一部分。將預(yù)應(yīng)力自動智能張拉更好地應(yīng)用到橋梁施工過程中，避免傳統(tǒng)張拉的缺點和不足，實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用，是需要考慮的問題。以鄭萬鐵路智能張拉預(yù)應(yīng)力高鐵預(yù)制箱梁為例，對比分析其實際應(yīng)用中與傳統(tǒng)張拉的技術(shù)參數(shù)，探討智能張拉技術(shù)的優(yōu)點和不足，為此項技術(shù)的推廣提出建議。

1 傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)存在的問題

傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力張拉施工中，預(yù)應(yīng)力的施加、伸長值的校核和工程數(shù)據(jù)的記錄全過程均由人工操作完成。雖然傳統(tǒng)張拉施工操作相對簡單、工藝較成熟，但由于工藝技術(shù)實施細(xì)節(jié)不完善、機(jī)具設(shè)備配套性不齊、施工管理和作業(yè)人員操作不規(guī)范、供油或回油速率完全靠人為把控不精準(zhǔn)等原因，致使在關(guān)鍵性工序環(huán)節(jié)一直存在如下問題：

（1）預(yù)應(yīng)力施加過程中控制精度差，如壓力表讀數(shù)不穩(wěn)定，加壓控制操作誤差大、分辨率低，兩端同步性差等均導(dǎo)致難以精確控制張拉力，難以保證設(shè)計意圖的準(zhǔn)確實現(xiàn)。

（2）預(yù)應(yīng)力施加過程中如出現(xiàn)異常（如滑絲或斷絲等），需人為終止張拉，存在安全隱患。

（3）施工過程中人為因素影響大，難以確保數(shù)據(jù)的有效性和客觀真實性，如包括“力值與伸長量雙控法”的具體實施和工程資料的整理、歸檔等。

（4）施工過程中，完全依靠人工手動操作和測量，不僅導(dǎo)致施工效率低、精準(zhǔn)度不高，而且還存在嚴(yán)重的安全隱患。

2 智能張拉技術(shù)及特點

智能張拉技術(shù)是利用電腦、電路控制開關(guān)控制整個預(yù)應(yīng)力施工全過程的新型預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)[1]。該技術(shù)通過計算機(jī)軟件控制實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉全過程自動化，杜絕人為因素干擾，能有效確保預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量，是目前我國預(yù)應(yīng)力張拉領(lǐng)域一種先進(jìn)的工藝，可以實現(xiàn)張拉過程控制自動化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化，讓預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量符合設(shè)計與使用要求，保障橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性。預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)構(gòu)造見圖1。

智能張拉技術(shù)通過油壓傳感系統(tǒng)回饋的信息，通過電腦控制閥門可以對施工過程中施加的作用力進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)控。系統(tǒng)以智能泵站替代手動泵站進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加，以智能操控平臺替代人工控制，通過工程數(shù)據(jù)信息化和網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)行質(zhì)量管理，將預(yù)應(yīng)力施工自動控制、過程監(jiān)控及結(jié)果評價進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代施工建設(shè)中的信息化和智能化發(fā)展要求及趨勢。

圖1 預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)構(gòu)造

3 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)通過計算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控預(yù)應(yīng)力張拉的整個過程，具有準(zhǔn)確、自動、同步等特點，同時還具有能夠?qū)崟r管理監(jiān)控的功能，可以規(guī)范整個施工過程，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤及真實。在實際工程應(yīng)用中，相比于傳統(tǒng)張拉施工具有一定的優(yōu)勢。

3.1 張拉控制精度大幅提高

張拉力是預(yù)應(yīng)力施工控制的主要關(guān)鍵點，其控制精度直接關(guān)系到構(gòu)件是否按照設(shè)計要求施加預(yù)應(yīng)力。傳統(tǒng)的人工張拉作業(yè)通過人的視覺觀察指針式壓力表再由手動控制閥門的操作方式，張拉力偏差范圍最大會達(dá)到±5%左右，但在應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)后，這種誤差被壓縮到不到±1%，這種偏差的大幅縮小，可以有效地減輕由于所施加作用力大小的偏差所引起的工程建設(shè)期間出現(xiàn)的工程質(zhì)量問題，在一定程度上提高了在建工程的質(zhì)量，提高了工程使用年限，同時降低了后期對該項工程的維護(hù)費用[3]。

預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)可以將鋼絞線延伸量通過位移傳感器進(jìn)行相應(yīng)的測量與監(jiān)控，該技術(shù)能自動精確獲取初張應(yīng)力點，張拉力自動控制，伸長量自動讀取，確保整個預(yù)應(yīng)力施工數(shù)據(jù)的精確性，大幅提高了預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中的控制精度，有效排除張拉過程中的人為影響因素。當(dāng)延伸量沒有達(dá)到設(shè)計要求時，預(yù)應(yīng)力智能張拉控制系統(tǒng)就會自動發(fā)出提示。在同一片預(yù)制箱梁上，采用上述2種張拉方式，進(jìn)行10 d強(qiáng)度57．8 MPa的張拉，對預(yù)應(yīng)力伸長量進(jìn)行比較（見表1）。

通過對比實驗數(shù)據(jù)的結(jié)果可以得出結(jié)論，自動智能張拉技術(shù)比傳統(tǒng)張拉所產(chǎn)生的伸長值更加接近理論標(biāo)準(zhǔn)，所產(chǎn)生的伸長量偏差也較傳統(tǒng)張拉小。因此可以得知智能張拉相比傳統(tǒng)張拉更加精準(zhǔn)，在施工過程中能夠減少不必要的測量誤差，使高鐵橋梁預(yù)應(yīng)力工程的施工質(zhì)量得到明顯提升。

3.2 張拉過程精確同步

預(yù)應(yīng)力施加過程中構(gòu)件兩端的張拉伸長值不同步率，是構(gòu)件張拉過程中的一項關(guān)鍵質(zhì)量控制點。現(xiàn)行鐵路預(yù)制梁設(shè)計圖紙要求張拉兩端應(yīng)同步加載，不同步率控制在5%以內(nèi)。張拉不同步，嚴(yán)重的會造成有效預(yù)應(yīng)力在鋼絞線內(nèi)的分布不均衡，使梁體發(fā)生彎曲扭轉(zhuǎn)和側(cè)彎，在錨下等部位產(chǎn)生過大的附加內(nèi)力而變形。有效地張拉同步控制，特別是在50%以后至最終張拉力值的控制，將極大提高預(yù)應(yīng)力橋梁張拉的施工質(zhì)量。

表1 2種張拉方式預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)伸長量值對比

傳統(tǒng)張拉技術(shù)是通過人工把握油泵進(jìn)油速率來控制千斤頂加載速度，受操作人員操作手法等影響存在一定偏差，最終導(dǎo)致兩端張拉不同步。預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)是通過1臺計算機(jī)控制2臺或多臺千斤頂同時、同步對稱張拉，實現(xiàn)“多頂同步張拉”的工藝。同一臺計算機(jī)對各個千斤頂同步發(fā)布指令，千斤頂同步施加預(yù)應(yīng)力，力值通過預(yù)應(yīng)力智能張拉控制系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，在多頂同步對稱張拉施工過程中精確度較高，同步率有了顯著提升。在同一片梁上相同預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)，采用上述2種張拉方式，進(jìn)行10 d強(qiáng)度57．8 MPa的張拉，對比其不同步率（見表2）。

通過對比實驗數(shù)據(jù)的結(jié)果可以得出結(jié)論，傳統(tǒng)張拉技術(shù)兩端不同步率區(qū)間為2．5%～4．9%，在采用智能張拉技術(shù)后，兩端不同步率區(qū)間下降至0．3%～1．6%。智能張拉技術(shù)張拉力施加的同步性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)張拉。

3.3 數(shù)據(jù)自動處理

智能張拉系統(tǒng)軟件可以自動記錄張拉過程數(shù)據(jù)，自動量取伸長量、計算張拉結(jié)果，根據(jù)張拉值和伸長值自動繪制線形圖，自動導(dǎo)出帶有防偽功能的張拉記錄，并在連接網(wǎng)絡(luò)后能自動上傳至鐵路工程管理平臺，這在根本上避免了人為捏造假數(shù)據(jù)的可能，保證了張拉數(shù)據(jù)的真實性。

表2 2種張拉方式不同步率對比

4 技術(shù)應(yīng)用建議

（1）智能張拉技術(shù)集成了機(jī)械技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等信息化技術(shù)，能夠自動完成預(yù)應(yīng)力張拉、持荷、錨固全過程。但是針對施工現(xiàn)場實施作業(yè)的人員素質(zhì)差異，需要加強(qiáng)現(xiàn)場使用指導(dǎo)。

（2）實時采集張拉力與伸長值，顯示張拉力與時間、伸長值與時間、張拉力與伸長值的關(guān)系曲線，實現(xiàn)伸長值的動態(tài)判斷，實現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力張拉智能化施工和數(shù)據(jù)信息化管理，能夠有效提高作業(yè)效率和施工精度，為科學(xué)規(guī)范預(yù)應(yīng)力施工方面提供了巨大的便利。后續(xù)數(shù)據(jù)的存儲、管理規(guī)范還需進(jìn)一步完善，分析使用尚需完善加強(qiáng)[4]。

（3）智能張拉是一種有效的提高工程建造效率、保證工程安全的新型工程控制手段，要有效滿足工程建設(shè)的實際需求，還需考慮其性價比和耐用性。

5 結(jié)束語

通過鄭萬鐵路河南段智能張拉技術(shù)的應(yīng)用，可見智能張拉比傳統(tǒng)張拉更能保證預(yù)應(yīng)力工程設(shè)計目標(biāo)的精準(zhǔn)實現(xiàn)。智能張拉施工使橋體的承重能力更加接近理論水平，使橋梁的耐用性更加長久可靠?？梢?，推廣預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)在很大程度上能夠保證工程的質(zhì)量安全，對工程質(zhì)量建設(shè)有較大的提升。智能化施工技術(shù)是高鐵建設(shè)發(fā)展的必然趨勢，預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)在鄭萬鐵路的全面推廣與應(yīng)用，標(biāo)志著我國高鐵的建設(shè)向著“數(shù)字高鐵”“智能高鐵”的目標(biāo)又踏出堅實的一步。