中铁十四局集团第五工程有限公司 山东省兖州市 272000
摘要：目前国内工程用预应力张拉设备大部分仍采用传统液压油泵来施加张拉力进行张拉施工，传统张拉工艺中存在人为控制、手动测量、人工计算、人工记录、精度低等各种不可控的因素。工艺过程完全依靠操作工人的操作熟练程度及施工管理完善程度来保障，由此，造成的施工过程中预应力构件质量安全事故并不鲜见，给工程本身造成了质量隐患。但随着液压伺服控制技术与变频控制技术的日益成熟，将液压伺服与变频控制技术引入预应力工程施工技术中，以替代传统节流控制方式，并结合自动化控制技术、通信技术与现代工程管理技术相关研究部门、企业开发了全自动智能张拉设备，为工程提供更加完美的混凝土构件提供了有力保障，下面就根据我项目部案例加以解析。
关键词：预制箱梁 后张法 预应力 自动张拉系统 对比分析
一、工程概况
中铁十四局集团第五工程有限公司费县制梁场承担预制新建鲁南高速铁路临沂至曲阜段LQTJ-1标DK150+000～DK170+061.8段范围内465孔双线箱梁（32m共442片梁、24m共23片梁），LQTJ-2标DK170+061.800～DK175+336.224段范围内155孔箱梁（32m共154片梁、24m共1片梁），共计620孔。梁型为时速350公里高速铁路预制无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁（双线）通桥（2016）2322A-Ⅱ-1、通桥（2016）2322A-V-1。
我梁场于2017年2月引进了中国铁道科学研究院研发的TYZ/60Ⅶ/TKY型自动张拉系统，并应用于箱梁生产中，并取得了良好的应用效果。
二、自动张拉系统简介
TYZ/60Ⅶ/TKY型自动张拉系统由4台千斤顶，4台电动液压站、4台高精度测力传感器、8支高精度压力传感器、4个高精度位移传感器、PLC控制器、主机等组成，微电脑预设张拉工艺，一键操作实现张拉过程的自动化控制，伸长值显示，张拉数据实时曲线采集及校核告警，张拉结果记录存储、无线数据传输及网络传输，链接铁路制梁场生产过程管理系统信息化管理。可同时控制2对千斤顶同步工作，两束钢绞线4锚同步平衡对称张拉。
2.实测伸长值计算公式
张拉过程中设备采用动态控制，以计算伸长值为基准分为两阶段，第一阶段为单端伸长值的95％，不考虑张拉力以0.2mm精度校准伸长值，通过对两端实时控制加载速度，达到伸长同步，控制伸长值偏差。第二阶段以张拉力控制，采用慢加载模式加载速度约为2-4KN，两端达到设计张拉力时进入静停模式，实时补压，张拉力偏差在1％以内。20%σcon、100%σcon皆以此控制。
四、张拉数据统计分析
我梁场于2017年5月底启用智能张拉设备，此前采用传统张拉设备。
（1）采用传统设备张拉数量为42榀。此次验证取磨阻实验后20榀32m双线箱梁梁终张数据。
数据统计如下：
伸长值偏差数据1080个、不同步率数据1080个，钢绞线回缩数据2160个。
经统计伸长值偏差合格（±6％）数据为762个，占总数70.6％。不合格数据为318个，占总数29.4％。不合格数据中偏差小于-6％数据为23个，占不合格总数7.2％；偏差为6％～10％数据为232个，占不合格总数73.0％；偏差为10％～15％数据为45个，占不合格总数14.2％；
偏差大于15％数据为18个，占不合格总数5.7％。
不同步率数据合格（5％）数据为604个，占总数56.0％。不合格数据为476个，占总数44.1％。其中不同步率在5％～10％数据为395个，占不合格总数83.0％；不同步率在10％～20％数据为69个，占不合格总数14.5％。；不同步率大于20％数据为12个，占不合格总数2.5％。
钢绞线回缩数据合格（6mm）数据为1988个，占总数92.0％。不合格数据为172个，占总数8.0％。
传统设备油泵使用ZB4-500型油泵，千斤顶采用YCW300B的穿心式千斤顶，张拉油压表采用防震型，其精度等级采用0.4级。最小分刻度为0.2MPa。操作人员6人，皆有5年以上工作经验。
张拉控制过程中油表读数不可避免的存在偏差，约为±0.4Mpa之间，以N9钢束为例，锚外控制应力1371.57Mpa，锚外张拉力1728.18KN。取最后一次千斤顶及油表校验数据回归方程P=a+bF，
1# a=0.05942 b=0.01753 终张拉力油表读数P=30.4Mpa，反算得出，油表读数偏差（±0.4Mpa）计算张拉力为1707.96～1753.60KN，偏差为-1.17％～1.47％。
2# a=0.07914 b=0.01746 终张拉力油表读数P=30.3Mpa，反算得出，油表读数偏差（±0.4Mpa）计算张拉力为1707.95～1753.77KN，偏差为-1.17％～1.48％。
3# a=0.10496 b=0.01744 终张拉力油表读数P=30.2Mpa，反算得出，油表读数偏差（±0.4Mpa）计算张拉力为1702.70～1748.57KN，偏差为-1.47％～1.18％。
4# a=0.31062 b=0.01762 终张拉力油表读数P=30.8Mpa，反算得出，油表读数偏差（±0.4Mpa）计算张拉力为1707.68～1753.09KN，偏差为-1.19％～1.44％。
综上得出人工控制张拉力偏差范围为-1.47％～1.48％，油表读数控制与工人操作水平成正比，不确定性较大。
（2）梁场取证结束后，应业主要求张拉工序全部采用自动张拉设备，费县制梁场42榀箱梁后全部采用自动张拉设备，此次取之后20榀32m双线箱梁梁终张数据做对比分析。
数据统计如下：
伸长值偏差数据1080个、不同步率数据1080个，钢绞线回缩数据2160个，张拉力偏差数据2160个。
经统计伸长值偏差合格（±6％）数据为978个，占总数90.6％。不合格数据为102个，占总数9.4％。不合格数据中偏差小于-6％数据为0；偏差为6％～10％数据为96个，占不合格总数94.1％；偏差为10％～15％数据为6个，占不合格总数5.9％；偏差大于15％数据为0。
不同步率数据合格（5％）数据为1007个，占总数93.2％。不合格数据为73个，占总数6.8％。其中不同步率在5％～10％数据为51个，占不合格总数69.9％；不同步率在10％～20％数据为12个，占不合格总数16.4％。；不同步率大于20％数据为0
钢绞线回缩数据合格（6mm）数据为2031个，占总数94.0％。不合格数据为129个，占总数6.0％。
自动张拉设备张拉过程中直接控制张拉力，以预先输入的控制张拉力为基准，控制偏差范围为1％。此次统计2160个数据全部在范围内，偏差范围为0.1％～0.6％。
由以上数据统计分析得出，自动张拉设备，在预应力控制方面全面优于传统张拉设备，保证了张拉控制的准确性，张拉精度大大提高。
五、人机效率及优缺点分析
TYZ/60Ⅶ/TKY型自动张拉系统，主要分为两部分，第一部分是泵站系统，四台泵站集成电脑控制系统、液压控制系统、温度控制系统等，采用一主机四辅机的模式，数据编辑、上传、控制操作包括寒冷天气下自动为液压油加热升温全部在主机完成，由现场技术人员控制，张拉数据自动上传至主机记录、生成。第二部分为千斤顶设备，与传统设备不同，千斤顶配套设置了位移传感器、压力传感器，位移传感器用于测量油缸伸长值，压力传感器用于测量张拉力，每台设备只需一个工人操作即可，省去了传统操作时人工测量、人工记录的时间，测量精度也非常高。对比传统设备需要6～8人操作大大节省了人工。终张时节省时间大约30～60min。
传统设备张拉设备（千斤顶、油泵、油压表）配套校验，张拉千斤顶、油表要定期校正，其期限不超过一个月（或张拉不超过200次），校正系数不得大于1.05。到期后，必须由试验室进行复验。油压表每月须送到有资质的计量部门进行标定，每周由梁场计量室校准。而根据11月份中国铁路总公司发布的《铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统》（Q/CR586-2017），自动张拉设备压力传感器和位移传感器使用时间达到六个月，需重新校准，每月自校。这也减少了非工作时间的浪费。
设备配到工具加工简单，不再需要传统设备中的过渡套，限位板不需要加工二级台阶，直接卡位至压力传感器槽口中。
另外智能张拉设备还具备断电恢复、油温控制、回顶保护、故障自诊断、荷载复核、超张报警等辅助功能，且张拉数据可自动存储和远程上传至铁路工程管理平台。设备移动方便并具备防雨、防尘能力。
有利即有弊，自动张拉设备数价格高，控元件集成度高、设计精密，突发故障时很多问题不能自己解决，依赖厂家提供技术支持，维修成本、部件价格高，不易进行故障检修和日常维护。张拉过程中，工具夹片回缩仍需要手动测量、手动输入计算。千斤顶进出油口、数据接口设置不合理、易损等等仍需改善。
六、结论与体会
费县制梁场目前已生产箱梁200余榀，其中绝大部分采用此自动张拉设备，实际使用中取得了非常好的效果。本文从新型自动张拉设备与传统张拉设备做了详尽的对比分析，分析得出高新型技术设备对后张法预制桥梁生产中，能从设备和管理上保障预应力施工过程的质量管控，实现预应力张拉的数控化施工与精细化管理，提高施工效率与控制张拉预应力的准确度，大大提高预应力结构件的安全性。
参考文献：
【1】TB-T 3432-2016《高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》
【2】GB/T5224-2003《预应力混凝土用钢绞线》
【3】TBT 3193-2016《铁路工程预应力筋用锚具、夹具和连接器技术条件》
【4】JGJ 85-2010《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》
【5】Q/CR586-2017《铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统》
论文作者:张书阁
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/29
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