1、浅谈数控张拉在施工中的应用【摘 要】对传统的预应力张拉工艺进行了系统的分析，指出这种张拉工艺存在的众多缺点，论述了数控张拉技术在预应力张拉中的优势，以及智能数控张拉设备功能特点。 【关键字】数控张拉信息化预应力 中图分类号： TU394 文献标识码： A 桥梁预应力施工质量是保证桥梁结构安全和耐久性的关键工序，是结构安全的生命线。为了提高桥梁预应力施工质量，常熟至嘉兴高速公路（昆山至吴江段）在全线推广了桥梁预应力施工质量智能控制系统，改变旧有施工方法，实现了张拉全过程智能控制，真正做到张拉施工质量管理的“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
2、平和效率。 1 预应力混凝土的重要性 预应力混凝土是人为地在混凝土中引入内部应力, 通过对混凝土内部的钢筋施加拉( 压) 应力, 使之建立一种人为的应力状态, 以便抵消使用荷载作用下产生的拉应力, 从而达到混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂的目的。预应力筋的张拉是预应力施工中的关键环节。预应力筋张拉涉及到预应力筋的伸长值、预应力的锚固损失、孔道摩擦损失、应力松弛损失、混凝土弹性压缩损失、混凝土收缩徐变损失以及温度影响, 是一个复杂的非线性的力的传递、分配过程。预应力筋张拉力的大小, 直接影响到预应力的效果。张拉力越高, 建立的预应力值越大, 构件的抗裂性也越好; 但预应力筋在使用过程中经常处于
3、过高应力状态, 构件出现裂缝的荷载与破坏荷载接近, 往往在破坏前没有明显的征兆, 这是危险的。另外, 如果张拉力过大, 造成构件反拱过大或预拉区出现裂缝, 也是不利的。反之, 张拉阶段预应力损失越大, 建立的有效预应力值越低, 则构件可能过早地出现裂缝, 也是不安全的。预应力张拉精度是决定预应力结构安全与正常运营的首要条件, 一旦预应力张拉精度失控, 轻则会引起结构出现锚固端的纵向裂纹、反拱过大, 重则会引起结构出现横向裂缝、预应力筋拉断等事故, 由于预应力张拉精度失控造成预应力结构的失效、破坏以及生命财产巨大损失的事时有发生。 2 国内外现行的张拉控制方法及其缺点 目前在土木工程领域中, 预
4、应力的张拉施工采用的是由油泵和千斤顶组成的张拉系统。所采用的施工工艺可概括为: 1) 手动驱动油泵; 2) 由压力表读数控制张拉力; 3) 待压力表读数达到预定值时, 用钢尺人工测量张拉伸长值; 4) 人工记录。采用传统的张拉工艺存在很大的缺点: 1) 张拉力控制误差过大; 2) 张拉伸长值测量不准确 ; 3) 未能实现张拉力和张拉伸长值的双重同步控制; 4) 千斤顶、张拉油泵与油压表的标定次数多, 标定结果不易保持; 5) 检验预应力筋实际应力困难。 3 预应力信息化施工 随着计算机新技术在土木工程中的广泛应用, 预应力张拉精度的提高势必在预应力施工中引入计算机技术。在计算机技术与土木工程的
5、施工相结合的基础上, 提出了预应力数字化张拉技术这一新概念, 并对预应力数字化张拉技术的理论和应用研究非常有意义。 预应力数字化张拉技术是指利用数字化张拉设备直接进行预应力张拉的施工工艺, 这一概念属于结构工程和机电一体化相交叉的范畴, 是计算机技术在土木工程建造技术方面的具体应用。数字化张拉技术与信息化施工既相近又有一定的差别, 其主要区别在于: 信息化施工利用各种施工反馈信息指导或改进施工, 而数字化施工是利用数字化张拉设备直接进行预应力张拉的施工工艺。 预应力信息化施工就是在施工过程中, 通过设置各种测量元件和仪器, 实时收集现场实际数据并加以分析, 根据分析结果对原设计和施工方案进行必
6、要的调整, 并反馈到下一施工过程, 对下一阶段的施工过程进行分析和预测, 从而保证工程施工安全、经济地进行。该工艺将力传感器永久放置在钢绞线两端, 由数据采集系统将力传感器信号采集并由计算机处理, 当实际张拉力与设计要求相对误差大于 5%时, 由计算机提示用户停止张拉, 实现张拉施工的信息化, 最终获得精确的张拉结果。 4 智能张拉设备功能特点 4.1 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，将误差范围控制到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。4.2 准确测量及时复核延伸量系统传感
7、器实时采集钢绞线延伸量数据，反馈到计算机，自动计算延伸量，及时校核延伸量是否在6%范围内，实现真正“双控” 。4.3 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。该系统实现了张拉过程控制自动化、精细化、标准化，让预应力施工质量符合设计与使用要求，保证桥梁结构安全和耐久性，有利于保障人民生命财产安全和降低桥梁全寿命周期成本，是一项具有重要社会和经济价值的优秀科研成果。 4.4 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
8、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。4.5 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。 4.6 远程监控功能实现远程监控功能，方便质量管理，提高管理效率。5 结语 当前许多预应力桥梁运行一段时间后出现了下挠、裂缝，甚至断裂，危及结构安全，缩短了使用寿命。大量现役桥梁的调查和检测结果表明，有效预应力的建立直接影响桥梁的安全性、可靠性和长期使用寿命。桥梁预应力施工质量智能控制系统，改变旧有施工方法，实现了张拉全过程智能控制，真正做到张拉施工质量管理的“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。 【参考文献】 1 朱新实, 刘效尧. 预应力技术及材料设备( 第二版) M . 北京:人民交通出版社, 2005. 2 任爱珠. 土木工程计算机技术新进展及研究热点 J . 土木工程学报, 1996, 29(6) : 53.59. 3 王远平, 魏剑伟. 计算机在预应力混凝土结构张拉中的应用J . 工程力学, 2001(sup) : 40.41.
