基于数控张拉技术的预应力张拉远程数据管理平台的开发与应用

摘要：随着现代桥梁施工技术的不断发展，预应力混凝土连续梁桥得到了越来越广泛的应用，而作为后张预应力梁施工的关键技术，预应力钢绞线的张拉技术对控制梁的质量就起着尤为重要的作用。可是传统的预应力张拉工艺存在着很多的缺点，自从智能数控张拉技术的出现，在很大程度上改善了之前存在的很多问题。本文就将基于数控张拉技术的预应力张拉远程数据管理平台的开发与应用谈谈数控张拉技术在预应力张拉中的优势。

关键字：预应力混凝土；张拉技术；数控张拉；远程数据管理平台

在新时期下，公路工程技术、工艺、设备均取得新的发展，移动互联网、物联网等信息科技取得长足进步。因此，通过物联网等信息科技为交通建设工程施工管理水平的提升提供技术支持，是交通建设工程随社会发展的必然要求。通过科学的信息传输、管理系统进行交通建设工程项目“物联网”信息化管理，保障施工质量、安全和进度。智能张拉技术就是“物联网”信息化管理最好的产物。目前，智能张拉技术在本省交通建设工程预应力施工过程中已得到普及。智能张拉技术指不依靠工人手动控制，而利用计算机智能控制张拉设备完成张拉施工的技术。该技术主要解决了张拉力控制精度、张拉同步性以及张拉数据测量准确性的问题。克服了人工张拉过程中存在的各种弊端，排出了张拉过程中的人为因素的干扰，预应力施工质量得到了极大的提升。智能张拉技术使得张拉数据实现数字化，但是张拉验收资料仍采用纸质资料，资料编写、存档、管理及查阅仍然依赖于人工，未能充分发挥智能化、数字化的优势。这造成了张拉施工资料不准确，受人为因素的影响较大，管理效率低下，不能快速有效的预警等问题。因此在智能张拉技术及移动互联网技术的基础上建立预应力张拉数据物联网管理平台成为预应力张拉数据管理新的趋势。

预应力智能张拉技术具有感知、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。

1.1 系统概述
预应力智能张拉系统是针对传统工艺中“控制精度差、施工效率低和质量管理难” 3 大问题，结合现代控制技术、液压技术及信息技术来实现预应力施工的“精确控制、高效建设和全面管理”的革新性解决方案。该系统以智能泵站替代手动泵站进行预应力施加，以智能操控平台替代人工控制，以工程数据信息化和网络化进行质量管理，将预应力施工自动控制、过程监控及结果评价进行了有机结合，其总体示意如图1所示。

图 1 智能张拉系统总体示意

1.2 系统组成与技术指标

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 4 部分组成

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。

1.3 主要功能及特点

为加强预应力混凝土工程施工质量的控制， JTG/TF50 — 2011 《公路桥涵施工技术规范》中有针对性地提高了相关要求。因此，智能张拉系统的开发充分考虑了其技术指标满足规范要求，并基于国内公路桥梁施工现状和特点，综合考虑了人员、机具、材料、工艺工法和关键控制环节等因素。其具有以下主要功能及特点。

1 ）工作过程中采用任务导入模式。该系统任务的生成和审核完全由专项管理人员负责完成。经过校验并经审核通过后的任务文件中包含了张拉、持荷、卸荷及回油全工艺流程指令，现场操作人员操作过程中仅负责常规的机具安装等准备工作，准备工作就绪后，仅通过“启动”按键即可一键完成张拉，且能有效避免人工操作对张拉质量产生的影响。

2 ）在工艺流程中采用权限管理方式。该系统将任务管理和现场操作进行了有效划分，管理人员对张拉顺序和张拉程序等工艺参数进行固化，现场操作人员无权修改、调整参数，仅能严格按照设计规定或规范要求进行张拉，以有效确保设计意图得到实现。系统在双端同步张拉过程中，双端实时通信，自动测量力值、伸长值，从而可严格保持升降压及测伸长等工作的一致性。

3 ）在内部集成无线通信模块。该系统中的各子系统之间采用专用信道进行同步，可确保在机具种类多、数量大、干扰重等极端工况的施工现场正常进行对称张拉。对称张拉过程中力值偏差严格按照规范要求控制在 2% 以内，无需通过现场操作人员步话机喊话或打手势等方式进行同步。

4 ）在系统安全性及可靠性上予以充分保障。该系统作为施工现场专业机具，设计上充分考虑了现场突发、多变等紧急情况，从保障安全、确保工期等多角度出发，采用了“手自一体”的创新设计方案，同时还配备了达到规范要求的 1.0 级防震型压力表，以辅助系统显示和紧急情况使用。

5 ）在数据处理和报告出制环节采用数据加密技术。该系统报告文档格式严格依照业主要求生成，报告内容涵盖锚固回缩量等关键数据，报告结果附带二维码防伪校验功能，用以直接存档或打印，不支持第 3 方软件或工具的编辑修改，以确保数据和报告客观、真实、有效。

6 ）在维护保养方面具有远程智能诊断功能。该系统内置定位模块和通信传输模块可实现施工信息的远程监控和设备运行状态的远程诊断，可确保业主、施工单位、监理、检测单位对施工质量和进度等情况进行统一管理。

2.1精确施加张拉力

智能张拉系统能精确控制千斤顶所施加的预应力力值，将误差缩小到± 1 ％，降低了由于预应力施加不足或超过引起的桥梁开裂、下挠等风险，有利于保证结构安全，提高耐久性，延长使用寿命，降低养护维修成本。

2.2准确测量和及时复核延伸量

实时采集钢绞线的延伸量数值，并输送到互联网，自行运算延伸量，迅速校核延伸量是否在± 6% 范围内，实现真正的“双控”。

2.3对称同步张拉

一台计算机控制两台或多台千斤顶同时、同步对称张拉，实现“多顶同步张拉”工艺，消除了对称张拉不同步对结构造成的扭曲等危害。实现了张拉控制的自动化和标准化，让预应力施工质量更加符合设计与使用要求，保证桥梁结构安全和耐久性。

2.4规范张拉过程，一键完成张拉

实现了张拉过程智能控制，不受人为、环境因素影响，控制停顿点、加载速率、持荷时间等张拉过程要素完全符合桥梁施工技术规范要求。通过规范张拉过程大幅度减小了张拉过程中预应力的损失，保证了有效预应力符合设计要求。

2.5质量管理功能

业主、监理、施工、检测单位在同一个互联网平台，实时进行交互，突破了地域的限制，及时掌控预制梁场和桥梁预应力施工质量情况，实现“实时跟踪、智能控制、及时纠错”。自动记录张拉数据，杜绝了人为造假质量数据的可能，可进行真实的质量追溯。

现在的许多预应力桥梁由于预应力张拉控制不足，导致了桥梁的下挠、裂缝，甚至断裂，大大缩短了使用寿命。根据研究发现，建立有效的预应力能提高桥梁的安全性和使用寿命。预应力张拉远程数据管理系统，改变了传统的施工工艺，实现了全过程张拉智能控制，对张拉能做到“实时跟踪、智能控制、及时纠错”。在切实保障预应力张拉施工质量的同时，大大提高了施工管理水平和效率。

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