铁路桥梁预应力自动张拉系统适用性分析

铁路桥梁预应力自动张拉系统适用性分析

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