智能張拉概念

智能張拉是指不依靠工人手動控制，而利用計算機(jī)智能控制技術(shù)，通過儀器自動操作，完成鋼絞線的張拉施工。

在如今的橋梁道路建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力施工被廣泛應(yīng)用，其中關(guān)鍵工序——張拉，其施工質(zhì)量的好壞，會直接影響結(jié)構(gòu)的耐久性，但是傳統(tǒng)張拉施工，純靠施工人員憑經(jīng)驗手動操作，誤差率很高，無法保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。不少橋梁因為預(yù)應(yīng)力施工不合格，被迫提前進(jìn)行加固，嚴(yán)重的甚至突然垮塌，給社會造成了巨大的生命財產(chǎn)損失。

智能張拉技術(shù)由于智能系統(tǒng)的高精度和穩(wěn)定性，能完全排除人為因素干擾，有效確保預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量，是國內(nèi)預(yù)應(yīng)力張拉領(lǐng)域最先進(jìn)的工藝。

測力系統(tǒng)精度 1%F.S

位移測量精度 0.2mm

雙頂對拉不平衡度 20KN

無線傳輸距離 2KM

液壓站工作電壓 380±10%

控制系統(tǒng)工作電壓 220±10%

1、保證張拉數(shù)據(jù)安全

為了保證張拉數(shù)據(jù)可靠性，本全自動張拉系統(tǒng)采用三重保護(hù)：

A、張拉數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場專用存儲器進(jìn)行實時數(shù)據(jù)存儲。

B、張拉數(shù)據(jù)通過通訊接口以無線方式傳入梁場信息管理系統(tǒng)，可以實時顯示張拉數(shù)據(jù)、張拉力曲線及伸長量曲線，同時進(jìn)行本地記錄保存。

C、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：通過專用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并可通過專用程序再現(xiàn)顯示張拉數(shù)據(jù)、張拉力曲線及伸長量曲線。

2、自動平衡緩釋泄壓技術(shù)，防止滑束、避免沖擊夾片。

最新的預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)可使千斤頂張拉完成后緩慢卸壓，從而保證鋼絞線的張拉力從工具錨更穩(wěn)定的過渡到工作錨具上，尤其在卸壓過程中通過緩釋泄壓技術(shù)避免了對工作夾片的沖擊，防止出現(xiàn)滑束，該方法已于2011年在大西鐵路沿線多個個梁場獲得認(rèn)可。

3、方便的操作

根據(jù)梁場信息管理中心下發(fā)的張拉數(shù)據(jù)，現(xiàn)場輸入箱梁梁號、梁型、孔道并校核張拉力目標(biāo)值及伸長量值后。只需按下按鍵，張拉過程全自動完成。無需配備專業(yè)技術(shù)人員，即使是工地上文化素質(zhì)不高的普工也能夠輕松操作。

4、標(biāo)定功能

可以通過標(biāo)準(zhǔn)測力系統(tǒng)和伸長量對系統(tǒng)張拉力進(jìn)行標(biāo)定。

5、自動故障檢測

針對張拉過程中可能會出現(xiàn)的問題，我們通過歷時叁年的梁場使用經(jīng)驗，在德國西門子公司的協(xié)作下開發(fā)出故障自動監(jiān)測功能，對使用過程中的傳感器故障，誤操作引起的超行程或超張拉力等都會通過故障提示功能進(jìn)行顯示，并且故障不解決不開機(jī)以保證使用過程中的安全和準(zhǔn)確。

6、監(jiān)理審核和互聯(lián)網(wǎng)查看數(shù)據(jù)功能

依靠計算機(jī)遠(yuǎn)程通訊，可為業(yè)主、監(jiān)理、施工方提供遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，方便質(zhì)量管理，提高管理效率。監(jiān)理工程師可以通過互聯(lián)網(wǎng)查看張拉數(shù)據(jù)，并對張拉過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并在簽名認(rèn)可后輸出打印報表。

7、精確施加應(yīng)力

智能張拉依靠計算機(jī)運算，能精確控制施工過程中所施加的預(yù)應(yīng)力力值，將誤差范圍由傳統(tǒng)張拉的±15%縮小到±1%。

8、及時校核伸長量，實現(xiàn)“雙控”

系統(tǒng)傳感器實時采集鋼絞線伸長量數(shù)據(jù)，反饋到計算機(jī)，自動計算伸長量，及時校核伸長量是否在±6%范圍內(nèi)，實現(xiàn)應(yīng)力與伸長量同步“雙控“。

9、實現(xiàn)多頂兩端同步張拉

一臺計算機(jī)控制兩臺或多臺千斤頂同時、同步對稱張拉，實現(xiàn)“多頂同步張拉”工藝。

10、智能控制，規(guī)范張拉過程

實現(xiàn)了張拉程序智能控制，不受人為、環(huán)境因素影響；停頓點、加載速率、持荷時間等張拉過程要素完全符合橋梁設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范要求。

11、質(zhì)量管理功能

業(yè)主、監(jiān)理、施工、檢測單位在同一個互聯(lián)網(wǎng)平臺，實時進(jìn)行交互，突破了地域的限制，及時掌控預(yù)制梁場和橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量情況，實現(xiàn)“實時跟蹤、智能控制、及時糾錯”。

自動記錄張拉數(shù)據(jù)，杜絕了人為造假質(zhì)量數(shù)據(jù)的可能，可進(jìn)行真實的質(zhì)量追溯。

技術(shù)比較表

國內(nèi)對智能張拉開展研究的單位有很多，如湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司、上海同禾土木工程科技有限公司、上海耐斯特液壓設(shè)備有限公司、柳州泰姆預(yù)應(yīng)力機(jī)械有限公司等，但在市場領(lǐng)域，傳統(tǒng)張拉技術(shù)產(chǎn)品仍然占據(jù)主要市場。

當(dāng)然，在智能張拉技術(shù)的推廣上也有一些企業(yè)取得了突破。比如湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司研發(fā)的預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)，已經(jīng)在湖南省所有在建高速公路，以及全國超過22個省區(qū)市的交通、市政項目得到了廣泛應(yīng)用，該課題還被納入了由部公路科研院和部工程質(zhì)量監(jiān)督局牽頭承擔(dān)的《公路工程施工質(zhì)量安全智能控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控》科研課題的一部分繼續(xù)進(jìn)行深入研究，并于2012年5月20日在云南昆明通過了交通運輸部組織的由中國工程院院士組成的專家委員會鑒定，成果認(rèn)定為國際先進(jìn)水平。。

參數(shù)下發(fā)

(1)開機(jī)后首先打開計算機(jī)上的“橋梁預(yù)應(yīng)力張拉自動控制系統(tǒng)”。

(2)進(jìn)入后點擊“參數(shù)下發(fā)”，進(jìn)入?yún)?shù)修改及下發(fā)界面：選擇相應(yīng)的橋梁類型和橋梁位置，并輸入橋梁編號和臺座編號，及所要張拉鋼束的設(shè)計張拉力值，理論伸長值和張拉次數(shù)等張拉工藝參數(shù)。

(3)輸入完成后，點擊“參數(shù)下發(fā)”，會提示“參數(shù)下發(fā)成功”，這樣表示張拉參數(shù)已經(jīng)下發(fā)到操作的屏幕內(nèi)。

張拉控制屏幕的操作

(1)選擇需要張拉的梁型和類型。

(2)進(jìn)入張拉任務(wù)表，確定梁號、梁型、臺座號是否和下發(fā)的一致，之后在需要張拉的鋼束后打鉤，點擊確定后進(jìn)入張拉控制界面。

(3)進(jìn)入后如果張拉數(shù)據(jù)無誤，等待千斤頂安裝完畢后，主控制柜先按【油泵】按鈕打開泵站電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，再點擊主屏幕上的張拉作業(yè)按鈕在新打開的界面中按【啟動】按鈕等待輔機(jī)開始啟動，主機(jī)點擊【啟動】按鈕變?yōu)椴豢蛇x狀態(tài)，然后在按輔控制柜【油泵】按鈕啟動輔機(jī)泵站，按下綠色的【啟動】按鈕就開始張拉了。

(4)張拉過程：

①點擊【啟動】按鈕進(jìn)入第一個張拉控制階段，張拉力目標(biāo)值為15%σcon，系統(tǒng)自動控制張拉力值達(dá)到目標(biāo)值進(jìn)入持荷計時階段，自動補壓控制張拉力保持在目標(biāo)值上下1%范圍內(nèi)，持荷完成后系統(tǒng)自動記錄實際張拉力和油缸伸長值，千斤頂操作工人測量工具夾片外露量并記錄。

②第一階段持荷計時完成后進(jìn)入第二個張拉控制階段，張拉力目標(biāo)值為30%σcon，系統(tǒng)自動控制張拉力值達(dá)到目標(biāo)值進(jìn)入持荷計時階段，自動補壓控制張拉力保持在目標(biāo)值上下1%范圍內(nèi)，持荷完成后系統(tǒng)自動記錄實際張拉力和油缸伸長值，千斤頂操作工人測量工具夾片外露量并記錄。

③第二階段持荷計時完成后進(jìn)入第三個張拉控制階段，張拉力目標(biāo)值為103%σcon，系統(tǒng)自動控制張拉力值達(dá)到目標(biāo)值進(jìn)入持荷計時階段，自動補壓控制張拉力保持在目標(biāo)值上下1%范圍內(nèi)，持荷完成后系統(tǒng)自動記錄實際張拉力和油缸伸長值，千斤頂操作工人測量工具夾片外露量并記錄。持荷5分鐘計時完成后進(jìn)入錨固控制階段，系統(tǒng)自動控制卸荷錨固。

④錨固結(jié)束后系統(tǒng)自動控制千斤頂回頂，卸除工具錨及千斤頂，千斤頂操作員測量工作錨夾片的外露量并記錄，準(zhǔn)備進(jìn)行下一組鋼束張拉。

(5)各階段控制要點

第一個張拉控制階段：15%σcon應(yīng)力為使鋼絞線從松弛狀態(tài)達(dá)到受力狀態(tài)，消除伸長值測量誤差，并使同束各根鋼絞線受力趨于一致。當(dāng)鋼絞線張拉達(dá)到15%σcon時，持荷，同時松開千斤頂?shù)趵K。自動記錄油缸伸長值，測量并記錄工具夾片外露量。

第二個張拉控制階段：自動控制升壓速度，平穩(wěn)升壓，自動平衡同一束預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端張拉力值及油缸伸長值。當(dāng)張拉力接近30%σcon時自動減緩升壓速度，精確控制，直到到達(dá)30%σcon，持荷，同時自動記錄油缸伸長值，測量并記錄工具夾片外露量。

第三個張拉控制階段：自動控制油泵繼續(xù)張拉，控制升壓速度，平穩(wěn)升壓，自動平衡同一束預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端張拉力值及油缸伸長值。當(dāng)張拉力接近103%σcon時自動減緩升壓速度，精確控制，直達(dá)到103%σcon。

持荷階段：當(dāng)張拉力達(dá)到103%σcon時靜停持荷（5min），自動補壓，控制張拉力保持在103%σcon上下1%范圍內(nèi)，持荷完畢系統(tǒng)自動記錄油缸伸長值，測量并記錄工具夾片外露量。

錨固階段：持荷時間到，控制緩釋系統(tǒng)自動緩慢卸荷錨固。

回頂階段：錨固結(jié)束后系統(tǒng)自動控制千斤頂回頂，卸除工具錨及千斤頂，測量并記錄工作錨夾片的外露量，并在距離夾片端頭2-75px處的鋼絞線上用石筆劃出標(biāo)記，觀察24小時再次測量，以判斷是否存在滑絲斷絲情況。

(6)繼續(xù)選擇第二組鋼束繼續(xù)張拉，操作順序一樣。

張拉結(jié)果數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出

(1)點擊主機(jī)“張拉報表”后進(jìn)入張拉報表操作界面

(2)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，直接點擊“U盤讀寫”，在彈出的對話界面選擇張拉時間，再點【導(dǎo)出數(shù)據(jù)】按鈕即可導(dǎo)出相應(yīng)的張拉數(shù)據(jù)報表，所導(dǎo)出的文件在D:\UDisk內(nèi)。

(3)張拉結(jié)果上報

張拉過程中自動上傳張拉力和伸長值的變化曲線，張拉完成自動上傳張拉結(jié)果。梁場管理計算機(jī)同時將張拉過程曲線和張拉結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上報到上級信息監(jiān)控中心，以便查閱和審核。2100433B

張拉整體結(jié)構(gòu)是一類輕質(zhì)、網(wǎng)格狀的空間結(jié)構(gòu)體系，由預(yù)拉伸的繩和預(yù)壓縮的桿通過球鉸連接而成，在航天航空、土木建筑、仿生機(jī)械、生物力學(xué)等領(lǐng)域具有許多重要應(yīng)用，被譽為“未來的結(jié)構(gòu)體系”。張拉整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)與幾何外形密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)的構(gòu)型控制對實現(xiàn)其功能具有重要意義。將驅(qū)動器與張拉整體結(jié)構(gòu)的單元相結(jié)合而組成自適應(yīng)的智能張拉整體結(jié)構(gòu)，在振動控制、結(jié)構(gòu)外形控制和精密定位領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。本項目對含電驅(qū)動元件的張拉整體結(jié)構(gòu)的力電耦合響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，開展了理論建模、數(shù)值模擬和實驗測試三方面結(jié)合的研究內(nèi)容，涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計、變形分析、驅(qū)動控制等研究環(huán)節(jié)。理論研究方面，發(fā)展了大規(guī)模張拉整體結(jié)構(gòu)的組合式構(gòu)型設(shè)計理論，提出了基于力密度矩陣特征值多項式系數(shù)行列式的張拉整體結(jié)構(gòu)找形解析求解格式，建立了張拉整體結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)力電耦合響應(yīng)分析理論框架；模擬研究方面，提出了基于結(jié)構(gòu)剛度矩陣法的張拉整體結(jié)構(gòu)力電耦合響應(yīng)的求解數(shù)值方法，模擬研究了棱柱狀結(jié)構(gòu)、截角正多面體狀結(jié)構(gòu)等多種張拉整體結(jié)構(gòu)的力電耦合響應(yīng)；實驗研究方面，選用電動推桿和PZT壓電堆棧為驅(qū)動元件以實現(xiàn)不同尺度的變形量，分別搭建了適用于宏觀位移測量和微觀位移測量的實驗測試系統(tǒng)，對棱柱狀結(jié)構(gòu)和類擴(kuò)展八面體球狀結(jié)構(gòu)等典型張拉整體結(jié)構(gòu)的力電耦合響應(yīng)進(jìn)行了實驗研究；實例研究方面，設(shè)計了由六根桿和三十根繩組成的柔性張拉整體式智能循跡機(jī)器人、四棱柱狀張拉整體結(jié)構(gòu)便攜帳篷、棱柱狀張拉整體式電致位移平臺等原理性應(yīng)用實例。本項目的實施有助于深入理解張拉整體結(jié)構(gòu)在多場耦合作用下的變形響應(yīng)特性，研究成果可為智能張拉整體結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用提供重要的理論參考。 2100433B

張拉整體結(jié)構(gòu)是一類輕質(zhì)、網(wǎng)格狀的空間結(jié)構(gòu)體系，由預(yù)拉伸的繩和預(yù)壓縮的桿通過球鉸連接而成，在航天航空、土木建筑、仿生機(jī)械、生物力學(xué)等領(lǐng)域具有許多重要應(yīng)用，被譽為“未來的結(jié)構(gòu)體系”。張拉整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)與幾何外形密切相關(guān)，因此結(jié)構(gòu)的構(gòu)型控制對實現(xiàn)其使用功能具有重要意義。本項目在結(jié)構(gòu)力學(xué)與智能材料學(xué)的基礎(chǔ)上，擬對壓電式智能張拉整體結(jié)構(gòu)的力電耦合響應(yīng)進(jìn)行研究，將涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計、變形分析、驅(qū)動控制等研究環(huán)節(jié)，目標(biāo)是建立適用于含壓電元件的張拉整體結(jié)構(gòu)力電耦合變形行為分析的理論框架，為此，將開展結(jié)構(gòu)的力電耦合理論研究，發(fā)展非線性數(shù)值求解方法，實測典型結(jié)構(gòu)的耦合響應(yīng)，并進(jìn)一步探索壓電式智能張拉整體結(jié)構(gòu)的自校正、自適應(yīng)、自修復(fù)等智能化功能，以期實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)型的智能控制。本項目的實施將有助于深入理解張拉整體結(jié)構(gòu)在多場耦合作用下的變形響應(yīng)特性，研究成果將為智能張拉整體結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用提供重要的理論參考。

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