摘要：本文通过智能张拉在工程中的实际应用，对传统预应力张拉工艺与智能张拉工艺进行了系统的分析。指出了智能张拉工艺的优点及传统预应力张拉工艺的众多缺点，论述了智能张拉技术在预应力张拉中的优势，以及智能张拉设备的功能特点。旨在推广智能张拉技术在工程中的应用。
关键词：智能张拉 预应力 传统预应力张拉
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，延延项目管理处组织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、传统预应力张拉工艺控制方法及缺点
目前在土木工程领域中，传统预应力张拉施工工艺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）由于传统的张拉机具普遍存在压力表读数不稳定、油压表控制误差大等问题，造成张拉力控制误差过大；2）预应力筋伸长值采用钢尺人工测量的方式来控制，造成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。6）效率低下。
3、智能张拉工艺的控制方法
预应力智能控制张拉系统内置嵌入式微电脑，利用计算机技术，改进传统的预应力张拉工艺中目前存在的问题，对千斤顶中的压力进行精准控制，对钢绞线的伸长量进行精确测试。采用数字显示仪直接显示当前所施加的张拉力值和钢绞线的实时伸长量，解决了油表读数误差大及钢绞线伸长量测量人为误差的问题，也给施工人员及现场的监理、技术人员等提供更直接的实时监测施加力值及钢绞线在当前受力情况下的实时伸长量，不用工作人员现场采集数据、然后计算来判定施加力及伸长量的情况，可以更直观的做出判断。
4、主要功能及特点
1）精确施加应力
预应力智能控制张拉系统能精确控制施工过程中所施加的预应力值，将误差范围由传统张拉的±15％缩小到±1％。（JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范7.12.2 第2款规定“张拉力控制应力的精度宜为±1.5％”）
2）及时校核伸长量，实现“双控”
系统传感器实时采集钢绞线伸长量数据，反馈到控制主机，自动计算伸长量，及时校核伸长量是否在±6%范围内，实现应力与伸长量同步“双控”。（JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范7.6.3 第3款规定“预应力筋采用应力控制方法进行张拉时，应以伸长量进行校核。其偏差应控制在±6％以内”）
3）同步张拉
一台遥控器控制两台或四台千斤顶同时、同步对称张拉，实现“多顶同步张拉”工艺。（JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范7.12.2 第1款规定“各千斤顶之间同步张拉力的允许误差为±2％）
4）智能控制，规范张拉过程
实现了张拉程序智能控制，不受人为、环境因素影响；停顿点、加载速率、持荷时间等张拉过程要素完全符合桥梁设计和施工技术规范要求。（JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范7.12.2第2款规定“保证千斤顶具有足够的持荷时间（5分钟））
5）张拉力双重保护功能
为了保证张拉压力的精确可靠，系统采用双重油压传感器设计，用一个独立的系统监测千斤顶油压，如果压力值超过设计压力，断开油泵电源，确保系统的可靠性。
6）控制主机可以独立工作
控制主机具备独立的显示、人机交互单元，可以工作在遥控组网模式，便于多台设备同步张拉；也可以工作在单机模式，方便某些特殊场合下使用。
7）完善的计算机管理软件
对张拉信息及过程数据精确记录，杜绝了人为造假质量数据的可能，可进行真实的质量追溯。实现预先将张拉信息下载到遥控器，张拉控制力与钢绞线伸长量、油表压力等数据量的曲线显示，张拉数据的调取、打印、报表统计及自动生成测试报告等功能。
8）具备自动保护机制及自动侦错能力
设备开机时对关键部件进行自检，运行中对主、副油压进行监控与保护。
9）具备处理张拉过程中遇到的突发事件（如锚具滑丝等）的功能
如果发生突发事件，设备自动停机，并报警。
10）多样化数据备份管理
测试数据可以SD卡导出到PC机，也可以直接与电脑通过USB口连接导出；测试数据自动生成报表。
5、施工实例
延延高速LJ-9标段预制梁场预制箱梁共计1235片，采用智能张拉工艺进行预应力张拉。采用两台智能设备控制四台千斤顶实现两侧对称张拉。经过实践表明，智能张拉工艺存在以下优点：
1）精确了施加张拉力，将误差范围控制在±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）系统传感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”。
3）采用四台千斤顶同时张拉，实现了多顶同步张拉，消除了张拉不同步对结构造成的扭曲等危害。
4）规范了张拉过程，张拉过程中一键完成，不受人为、环境的影响。控制应力、持荷时间完全符合规范要求。
5）实现了业主、监理、施工、检测单位实时信息交换，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。
6）提高了工作效率，减少了操作人员数量及工作强度。采用智能张拉仅需四人即可完成全部操作过程，日张拉梁片6～8片。而传统张拉设备日张拉梁片仅为3～4片，且操作人员工作强度大。
6、结束语
预应力智能张拉施工工艺在施工中真正实现了张拉过程智能控制，减少了人为、环境因素的影响。使得预应力张拉施工质量控制真正达到了规范要求，实现了施工标准化，做到了张拉施工质量管理的“实时跟踪、智能控制、及时纠错”，提高了施工管理水平和效率。智能张拉工艺在预应力张拉施工中是值得推广的。
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论文作者:张智清
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第20期
论文发表时间:2019/4/29
标签：预应力论文; 应力论文; 拉力论文; 千斤顶论文; 智能论文; 工艺论文; 实时论文; 《建筑细部》2018年第20期论文;