CN102744785A - 一种砼箱梁预应力张拉系统自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种砼箱梁预应力张拉系统自动控制方法，采用一套箱梁预应力张拉系统，包括主控制器和两套分别位于箱梁两端的前端子系统，其特征在于：主控制器通过两个前端控制器实时检测两端的位移传感器，得到钢筋拉伸量x₁、x₂，并计算x₁-x₂的差值，得到△x；当|△x|＜0.2mm时，不进行任何调节；当△x≥0.2mm时，则令a%=△x/x₁，调节左端油泵电机的转速为：VP₁=VP₁×(1-2a%)，之后，循环读取x₁、x₂并相减，直到满足x₁-x₂＜0.2mm，则令左端油泵电机的转速为VP₁=VP₁×(1+a%)；若△x≤-0.2mm，则调节右端的油泵电机，直至钢筋拉伸量达到规定值为止。

Description

一种砼箱梁预应力张拉系统自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种后预应力张拉控制的方法，特别是公开一种岩土工程中砼箱梁制造过程中的后预应力张拉控制。

背景技术

在后张法混凝土箱梁（即砼箱梁）制造过程中，先浇灌水泥箱梁，后在预留的孔道内穿入钢筋，在钢筋的两端用穿心千斤顶将其拉伸到预定的长度，再固定灌浆，即完成了一次预应力钢筋作业。在这个过程中，需要有两台油泵车分别驱动固定在箱梁孔道两端的液压穿心千斤顶，用于拉伸孔道内的钢筋。

按照施工规范，张拉过程分为三个阶段，即预张拉、初张拉和终张拉。前两次拉伸是为了使被拉钢筋受力平衡。在终张拉过程中需保持钢筋的拉伸长度一致，而且，需要同步进行对称两组、四组或更多组的拉伸，在拉伸的过程中，需保持钢筋拉伸量同步误差小于1%，其目的是为了使得混凝土箱梁各部分所受的应力均匀，以减少龟裂现象，从而提高箱梁的使用寿命。

以往的张拉工艺多为两名施工人员分别站在箱梁的两端，人工操作油泵车，依靠哨音、手势等同时控制张拉过程，这样很难保证张拉同步。

在专利CN201010057059.2和专利CN03111812.7中，均提到了采用电控操作油泵车来操作张拉过程，以降低人工操作带来的同步误差。但没有叙述如何控制油泵车实现同步拉伸。

由于预应力张拉系统在多组钢筋对称张拉过程中，需实时同步采集多组钢筋伸长量、油压等信息，并实时处理控制同步拉伸，若采用复杂的PID（比例微积分）调节模式，虽可以比较完美的进行同步调节，但考虑到各比例因子的自适应循环采样计算，整个过程需花费较长的时间，甚至必须降低拉伸速度，以适应同步调节过程，使得拉伸效率降低。

发明内容

本发明的目的解决现有技术效率低下问题，提出一种在终张拉过程中，实现全自动预应力同步张拉的控制方法，以期达到在保证拉伸同步的前提下提高拉伸效率。

本发明是这样实现的：一种砼箱梁预应力张拉系统自动控制方法，采用一套箱梁预应力张拉系统，包括主控制器和两套分别位于箱梁两端的前端子系统，每套前端子系统包括一台带有变频驱动功能的前端控制器，一台油泵车、一个油压穿心千斤顶和一个用于检测钢筋拉伸量的位移传感器，张拉过程开始时，由主控制器发出开始张拉指令给两台前端控制器，两台前端控制器分别控制各自的油泵车上的油泵电机向油压穿心千斤顶注油加压，使得油压穿心千斤顶向外拉伸钢筋，其特征在于：主控制器通过两个前端控制器实时检测两端的位移传感器，得到钢筋拉伸量x₁、x₂，并计算x₁-x₂的差值，得到△x；当|△x|＜0.2mm时，不进行任何调节；当△x ≥0.2mm时，则令a% =△x/x₁，调节左端油泵电机的转速为：VP₁=VP₁×(1-2a%)，之后，循环读取x₁、x₂并相减，直到满足x₁-x₂＜0.2mm，则令左端油泵电机的转速为VP₁=VP₁×(1+ a%)；若△x≤-0.2mm，则调节右端的油泵电机，调节方法与调节左端油泵电机的相同；如此循环调节，直至钢筋拉伸量达到规定值为止。

根据油泵工作原理，油泵电机转速与油压速度成正比，而油压速度又与油压穿心千斤顶拉伸钢筋速度成正比，因此油泵电机转速与油压穿心千斤顶拉伸钢筋速度成正比的关系。本发明就是利用了这一原理，通过调节油泵电机的速度，使得拉伸钢筋的速度发生改变，从而达到拉伸钢筋同步的目的。

在拉伸过程中，主控制器实时检测两套张拉子系统中拉线式位移传感器测得的钢筋拉伸值。若发现两端拉伸不同步，通过变频器调频控制油泵向千斤顶输油的速率，使得千斤顶拉伸钢筋的速度发生改变。以此达到控制两端拉伸量同步的目的。

主控制器控制拉伸的数学模型如下：

设：x₁为钢筋左端瞬时拉伸量，x₂为钢筋右端瞬时拉伸量，VP₁为左端油泵电机转速，VP₂为右端油泵电机转速。

在拉伸作业的某一时刻，主控制器检测到两端钢筋拉伸量之差：△x =x₁-x₂；其百分比误差为：a% =△x/x₁；则指令变频器调速油泵电机转速为：VP₁=VP₁ ×（1-2a%）；直至P₁ ≤P₁× (1 - a%)；再指令变频器调速油泵电机转速为：VP₁=VP₁×（1 + a%）。

在上述过程中，假定x₁＞x₂。反之当x₁＜x₂时，调节原理是一样的，只不过调节的对象换成右端的变频器。

在完成一次调节之后，主控制器再次检测两端钢筋拉伸量之差，重复上述过程。

为了提高拉伸效率，当x₁- x₂＜0.2mm时，则不进行调节。

由于调节频率相对于钢筋拉伸速率高得多，在拉伸过程中的任意时刻，两端钢筋拉伸量之差都不会超过0.2%，故上述方法可以有效的控制拉伸过程中的不同步。

本发明的有益效果是：本发明解决了现有技术的缺陷，不需要进行复杂的PID（比例微积分）计算调节，即可快速的控制钢筋同步拉伸。而快速控制同步拉伸钢筋，在一个箱梁中进行多组钢筋同时拉伸控制的情况下，是非常重要的。本发明具有快速、高效及控制张拉同步的优点，并使得砼箱各部分所受应力均匀，减少龟裂现象，从而提高了箱梁的使用寿命。

附图说明

图1  是本发明砼箱梁预应力张拉系统结构示意图。

图2  是本发明张拉控制流程示意图。

图中：1、主控制器；2、左前端控制器；3、左端油泵电机；4、左端油泵车；5、左端油压穿心千斤顶；6、被拉伸钢筋；7、左端位移传感器；8、箱梁；9、右端位移传感器；10、右端油压穿心千斤顶；11、右端油泵车；12、右端油泵电机；13、右前端控制器。

具体实施方式

根据附图1，本发明一种砼箱梁预应力张拉系统自动控制方法，设计一套预应力张拉系统，其硬件包括一台主控制器、两套张拉子系统。其中每套张拉子系统包括一个油压穿心千斤顶，一台油泵车，一台带有变频驱动功能的前端控制器和一个用于检测钢筋拉伸量的位移传感器。

为了叙述方便，设一套张拉子系统为箱梁左端子系统，简称左端系统，其中各部件称为左端部件，另一套则简称为右端系统和右端部件。

本发明工作原理如下：

由主控制器1向左两前端控制器2、右两前端控制器13同时发出开始张拉指令，各前端控制器分别控制左右两台油泵电机即左端油泵电机3和右端油泵电机12全速运行，使得左端油泵车4和右端油泵车11分别向左端油压穿心千斤顶5、右端油压穿心千斤顶10注油加压，使得左端油压穿心千斤顶5和右端油压穿心千斤顶10沿着箱梁8向外张拉钢筋6。

根据图2，本发明的张拉控制过程是这样的：

在张拉过程开始后，由左前端控制器2和右前端控制器13分别采集左端位移传感器7和右端位移传感器9的钢筋拉伸量信号x₁、x₂，并将这两个信号数字化后传输给主控制器。主控制器将x₁、x₂相减，得到△x，若|△x| ＜0.2mm，则不对左端油泵电机3、右端油泵电机12的转速进行任何调节。若△x≥+0.2mm，则说明左端拉伸速度高于右端，令百分表误差a% = △x / x1，调节左端油泵电机3的转速为：VP₁=VP₁×(1 - 2a%)，之后，循环读取x₁、x₂并相减，直到满足x₁-x₂＜0.2mm，则令左端油泵电机3的转速为VP₁=VP₁×(1+ a%)。

若△x ≤-0.2mm，则调节右端的油泵电机12的转速，调节原理与调节左端的相同。

完成一次调节后，返回调节起点，再次采样调节。如此循环控制调节，直到达到要求的最大拉伸量。

根据实测，钢筋的拉伸速率约为1.5mm/s，而采样调节的速率约为每秒20次，即在一次调节过程中，左右两端钢筋拉伸量为0.075mm，拉伸量差△x肯定小于0.075mm，而调节的最小量差为0.2mm。故采用上述方法可以满足实时调节的要求。

在箱梁进行预应力张拉时，为保持箱梁的应力平衡，常采用两组、四组同时对称平衡张拉。本发明所述调控方法的计算量很小，使得调节速度很快。在一台主控制器控制多组钢筋同时进行预应力张拉时，不用降低拉伸速度以求达到同步拉伸的目的。具有快速高效控制张拉同步的优点。

Claims (1)

1.一种砼箱梁预应力张拉系统自动控制方法，采用一套箱梁预应力张拉系统，包括主控制器和两套分别位于箱梁两端的前端子系统，每套前端子系统包括一台带有变频驱动功能的前端控制器，一台油泵车、一个油压穿心千斤顶和一个用于检测钢筋拉伸量的位移传感器，张拉过程开始时，由主控制器发出开始张拉指令给两台前端控制器，两台前端控制器分别控制各自的油泵车上的油泵电机向油压穿心千斤顶注油加压，使得油压穿心千斤顶向外拉伸钢筋，其特征在于：主控制器通过两个前端控制器实时检测两端的位移传感器，得到钢筋拉伸量x₁、x₂，并计算x₁-x₂的差值，得到△x；当|△x|＜0.2mm时，不进行任何调节；当△x≥0.2mm时，则令a% = △x/x₁，调节左端油泵电机的转速为：VP₁=VP₁×(1-2a%)，之后，循环读取x₁、x₂并相减，直到满足x₁-x₂＜0.2mm，则令左端油泵电机的转速为VP₁=VP₁×(1+ a%)；若△x≤-0.2mm，则调节右端的油泵电机，调节方法与调节左端油泵电机的相同；如此循环调节，直至钢筋拉伸量达到规定值为止。

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