新技术新工艺２０１５年第６期 预应力全自动智能张拉系统设计研究＊ 李峰泉 （西安外事学院工学院，陕西西安７１００７７） 摘 要：桥梁施工中的预应力张拉是关键工序之一，其施工的质量直接关系到桥梁结构的安全性和 耐久性。传统的人工张拉存在诸多弊端，很难达到新的施工技术规范。针对人工张拉的缺点，研究设计 了一个全自动智能化的预应力张拉系统，由计算机实时检测、存储、传输和分析张拉数据，智能调整泵站 的工作状态，自动完成张拉全过程，实现了张拉过程的数字化、标准化、规范化和信息化。 ．关键词：预应力；全自动；智能张拉；设计 中图分类号：ＴＰ ３９３ 文献标志码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉ．Ｉ Ｆｅｎｇｑｕａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７ １００７７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｄｉ— ｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｌｏｔｓ ｏｆ ｄｒａｗｂａｃｋ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｔｅｎ ｓｔｏｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｆｕｌｌｙ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ， ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｄａｔａ ｂｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｌｙ ａｄｊｕｓｔｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｍｐｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ，ａｕｔＯ－ｃｏｍｐｌｅｔｅｓ ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ，ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ，ｆｕｌｌｙ ａｕｔｏｍａｔｉｃ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ，ｄｅｓｉｇｎ 随着我国经济的迅猛发展，公路交通运输事业 凝土桥梁建造的必然选择 。］。 预应力张拉是在构件中提前施加拉力，使得被 施加预应力张拉构件承受拉应力，进而使其产生一 定的形变，来应对结构本身所受到的荷载，包括结构 自身质量的荷载、风荷载、雪荷载和地震荷载作用 也随之大力发展，大量的预应力混凝土桥需不断建 造。大量的试验和事实证明，预应力是桥梁的生命， 如果设计不准确和施工质量不达标，将会直接影响 到桥梁结构的安全性和耐久性，导致梁体开裂、下 挠，甚至坍塌ｌ１］。交通运输部为了保障桥梁的安全 和耐久， 台了新修订的ＪＴＧ／Ｔ ＦＳ０—２０１１《公路 桥涵施工技术规范》。实际经验表明，传统人工张拉 技术基本上已经难以达到新的施工技术规范中对多 台千斤顶在张拉过程中的质量控制要求。随着相关 技术的成熟，预应力张拉系统逐渐向数字化和智能 等。本文主要研究采用计算机对多台千斤顶进行同 步张拉控制和施＿Ｔ管理的系统功能设计。 １ 系统的基本组成和功能 １．１ 系统的基本组成部分 本系统主要由智能张拉主控计算机、智能张拉 控制器、智能张拉泵站、张拉千斤顶以及传感器检测 与反馈系统等组成（见图１）。 化方向发展。应用传感技术、通信技术、计算机技术 和控制技术的智能化的预应力张拉系统已经成为混 ［５］殷骁．特大型国有施Ｔ集团企业ＥＲＰ项日建设研究 参考文献 ［１］林斌．Ｏｒａｃｌｅ ＥＲＰ实施方在汽车制造企业的应用 研究ＥＤ］．重庆：重庆Ｔ商大学，２００９．［２］汪晓华．Ｏｒａｃｌｅ ＥＲＰ实施和估算方法的改进研究与应用［Ｄ］．上海：上海交 通大学，２００９． ［Ｄ］．上海：上海交通大学，２０１２． ［６］罗永强．中小企业ＥＲＰ实施与应用研究［Ｄ］．广州：广 东Ｔ业大学，２Ｏ１３． 作者简介：张忠伟（１９７７一），男，硕十研究生，主要从事公共管 理等方面的研究。 收稿日期：２Ｏｌ４—１２—２２ Ｅ３］代碧波．企业ＥＲＰ实施知识管理绩效评价研究ＥＤ］．哈 尔滨：哈尔滨Ｔ程大学，２０１２． Ｅ４］章林．ＤＩ 公司ＥＲＰ系统应用研究［Ｄ］．昆明：云南大 学，２Ｏ１Ｏ． 责任编辑郑练 ＿ｌ 《新技术新工艺》试验与研究 试验 研究 压力、位移传感器 限位板 限位板 压力、位移传感器 器测量千斤顶所受的背压。２个传感器数据的差值 工具锚、 锚、 工具夹片 夹片 更真实地反映了千斤顶的张拉力。 ２ 系统的操作设计 信号 本系统的操作设计了张拉数据、梁型设置、张拉 设置、系统参数以及数据维护等５大功能模块，操作 流程如图２所示。 锶能张拉控制系统 磊 图１全自动智能张拉系统基本组成 １．２ 系统各组成部分的功能 张拉数据ｌ ｌ粱型设置ｌ Ｉ张拉设置ｌ ｌ系统参数ｌ Ｉ数据维护 １．２．１主控计算机 主控计算机是张拉施工时张拉数据的控制、管 历ｌ盍 ｌ张ｌＩ历 理和存储中心，支持张拉任务的创建、设置和执行， 线Ｉ Ｉ录ｌ ｌ录 控制张拉数据的接收、审核和储存，通过打印机输出 ＩｌＪ 报表。 １．２．２智能张拉控制器 智能张拉控制器是自动张拉过程的控制中心， 堡垫望垂Ｉ ｌ 皇些垡 接收主控计算机发出的张拉任务，并控制自动张拉 ———生——一 打印输出Ｉ 泵站的＿Ｔ作。在张拉过程中，系统把自动泵站数据 采集模块采集到的位移传感器和油压传感器的实时 图２全自动智能张拉系统操作流程 信号，经过分析和处理，将结果通过输出模块输出， 输入正确的用户名、密码以及端口号后进入系 控制和调整自动张拉泵站的Ｔ作状态，保证千斤顶 统。在张拉任务开始前，需要先进行基本参数和任 的张拉力值和伸长值同步平衡增长，实现张拉过程 务设置。 的全自动控制。张拉的同时，将张拉数据通过自动 ２．１ 梁型设置 控制及通信模块，实时上传至主控电脑，显示实时张 选择梁型输入菜单，设置好常用的桥梁类型、桥 拉曲线，并存储数据，输出施＿Ｔ报表。 梁长度、相应的钢束数量及编号等基本信息，来建立 １．２．３ 自动张拉泵站 梁型库。将已设置好的桥梁梁型、长度和钢束等基 自动张拉泵站可以是２台或４台，是整个张拉 本信息之间的相互关系对应好，建立好梁型基本数 过程的动力源，通信模块将接收到的任务通过智能 据关联。钢束按照实际张拉顺序导入，方便张拉时 张拉控制器以电控信号自动控制压力油输出，按要 按顺序张拉。 求输送至张拉千斤顶，实现全自动平衡张拉。 ２．２ 张拉设置 １．２．４张拉千斤顶 １）对张拉参数进行设置。根据不同的梁型和长 张拉千斤顶同样可以是２台或４台，将电液控 度，设置对应钢束的张拉力值及设计伸长值。可以 自动张拉油泵输出的压力油转换成张拉力的输出， 修改张拉顺序、钢束编号和设计力值等数据，修改完 完成预应力梁预施应力的施加。 毕后进行保存，数据将永久存入计算机系统数据库 １．２．５传感器检测系统 中，根据需要可以随时调用。张拉数据的记忆功能 传感器检测系统由位移传感器和液压传感器２ 最大限度地减少了数据的输入量，避免了重复录入 而出现人为失误。 个部分组成。 每台千斤顶均安装有高精度位移传感器，实时 ２）对张拉任务进行设置。根据施＿丁要求，依据 所要张拉的桥梁的桥梁编号，确定每一片梁所对应 将千斤顶活塞的伸长值通过信号采集模块传输给智 的梁型、梁长、张拉力和额定伸长量等相关数据并进 能张拉控制器，减少了人工测量的工作量，同时提高 了数据的准确性。 行具体设置。在“新增梁号”功能中输入梁号、选择 梁型和梁长等添加新的张拉任务，张拉任务可一次 测力系统安装有２个压力传感器，分别安装在 全部设置完成，也可多次完成；同时，支持对已经设 千斤顶的供油端和液压站的回油端，回油端的传感 《新技术新工艺））试验与研究 新技术新工艺２０Ｉ５年第６期 置好的任务进行数据修改。 认各项设置参数）。在张拉过程中，张拉数据实时记 ２．３参数设置 录并自动生成张拉曲线，准确、直观，方便查看和复 首先，要建立千斤顶库，本系统设计支持多种吨 核；同时，设置了不同颜色的通信状态指示灯，来表 位的千斤顶与泵站的灵活组合使用，输入各种千斤 明张拉时的不同状态信息，遇到紧急情况时可急停 顶相关参数以建立千斤顶库；然后，分别针对各个千 张拉。 斤顶与泵站的配组进行张拉力和伸长量的标定，并 ２．６ 张拉数据的记录、存储及输出 分别设置相应张拉参数。张拉前，只需选定所需的 当张拉结束后，可查看张拉记录以及历史记录 千斤顶组，系统自动将千斤顶的标定参数和张拉参 等信息，包括具体的数据信息和完整的张拉曲线信 数写入智能张拉控制器。 息，并根据张拉记录自动生成张拉记录表。张拉报 张拉力标定设置主要是通过标准测力系统对油 表的自动生成，真实完整，减少了人工录入和计算， 压传感器与千斤顶进行标定 ］。在张拉力标定中， 提高了Ｔ作效率，并可根据需要，设置多模板输出方 可以对所有参加本系统张拉的千斤顶进行标定，选 式，使得输出报表更加灵活多样ｌ５］。 择泵站，选择连接泵站的千斤顶组号，输入要标定的 数据，标定完毕后将数据存储并写入智能控制器中。 ３ 结语 需要验证数据时，选择读取数据即可。本设计中支 本系统设计克服了传统人Ｔ操作张拉模式下的 持补偿量输入，即标定好标率之后，使千斤顶加载至 各种缺陷，包括不能保证严格按照设计要求和施Ｔ 张拉力达到某个值时，如果显示力值与标准测力系 规范施工，随意性大，同步性差，安全性差，测量精度 统显示的力值有偏差，则在对应的补偿量控制栏中 低，误差较大，不能完全保证所记录张拉数据的真实 输入相应的反向（高减低加）补偿值即可。 性、可靠性以及可追溯性，施＿Ｔ人员较多，成本较高 伸长值标定设置主要是标准长度计量器具对位 等，严格按照施工规范的要求，通过实时检测、存储 移传感器进行标定，选择泵站，选择连接当前泵站的 和传输张拉数据，并由数据处理模块对检测到的数 千斤顶组号，选取对应千斤顶。同样提供了补偿方 据进行运算和分析，智能调整泵站的＿Ｔ作状态，自动 法，标定好标率之后，让千斤顶活塞伸出到某个值 完成张拉全过程，做到了预应力梁预施应力的精准 时，如果显示伸长值与实际测量伸长值有偏差，则在 控制和同步平衡张拉，实现了张拉过程的数字化、标 对应的补偿量控制栏中输入补偿值即可。 准化、规范化和信息化，保证了预应力梁的张拉质 ２．４系统参数设置 量，完善了施＿丁要求及过程管理 系统参数设置主要是针对系统张拉过程的控制 参数、保护参数及持荷时间等的设置；同时，根据施 参考文献 工需要，也可以将每个张拉过程按照百分比进度进 ［１］邓年春．预应力智能张拉系统研究及其工程应用ＥＪ］．预 行阶段划分，便于多阶段张拉施＿Ｔ。根据不同的张 应力技术，２０１４（３）：２４—２５． 拉力，可灵活设置张拉曲线的坐标值，便于输出显示 ［２］肖云，罗意钟，唐祖文，等．预应力智能张拉系统的设计 结果。 ‘ 与应用研究ＥＪ］．西部交通科技，２０１４（１０）：４３ ４７． 本系统设计支持多泵站对多千斤顶＿Ｔ作，更换 Ｅ３］沈新慧．浅析智能张拉系统在预应力桥梁施＿丁中的应用 ［Ｊ］．中国新技术新产品，２０１３（８）：５４ ５５． 千斤顶时，点选泵站选取与该泵站已经标定的千斤 ［４］陈红杰．预应力智能张拉系统在Ｔ梁预制中的应用［Ｊ］． 顶，选择不同顶张拉进行组合确认，保存后将相关已 石家庄铁路职业技术学院学报，２０１４（３）：５０—５４． 标定和设置参数下发到泵站智能张拉控制器，即可 ［５］柴延伟，鲁琦．一种公路桥梁自动张拉智能控制装置：中 换顶成功。 国，２０１３２０８３２５３２．２［Ｐ］．２０１４—０６—１８． ２．５张拉过程 ＊陕西省教育厅专项科研计划项目（２０１３ＪＫ０３９８） 张拉数据设置和系统参数设置以及张拉任务录 入等设置完成后，施工人员就可以根据设置好的张 作者简介：李峰泉（１９７７一），男，讲师，硕士，主要从事图像处 拉任务进行张拉。系统具有操作人员与监理人员的 理和计算机网络技术等方面的研究。 现场拍照存档功能，点击拍照，就可分别记录张拉技 收稿日期：２０１４—１２—２６ 术员和监理的图像；选择梁号和台座编号，点击起动 责任编辑郑练 按钮，即可起动要张拉的钢束（该过程中需要再次确 ９４ 《新技术新工艺》试验与研究
