CN106049880B - 一种先张法预应力施工自动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了预制梁施工技术领域，特别涉及一种先张法预应力施工自动控制系统及方法，本发明的自动控制系统包括自动控制中心和动力系统，自动控制中心连接着监测装置和控制装置，所述监测装置包括用于监测钢绞线张拉参数、动力系统压力的器件，自动控制中心还配置有信号接收装置和微处理模块，信号接收装置接收原始数据信号后通过微处理模块进行分析处理，再转化为控制信号输送至控制装置，通过控制装置对动力系统的控制完成张拉过程，该自动控制系统解决了人工控制存在的读数不精确，难以准确控制张拉应力的问题，使张拉应力得到较好的控制，钢绞线的张拉过程满足工艺性要求，改善了预制梁的质量，而且也促进了产品的标准化生产。

Description

一种先张法预应力施工自动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及预制梁施工技术领域，特别涉及一种先张法预应力施工自动控制系统及方法。

背景技术

先张法是为了提高钢筋混凝土构件的抗裂性能以及避免钢筋混凝土构件过早出现裂缝，而在混凝土构件预制过程中对其预先施加应力以提高构件性能的一种方法。通常在浇灌混凝土之前张拉钢筋的制作方法也称为先张法，它在工程建设中起着重要作用。

在生产预制梁时，采用先张法预应力的工艺方式对改善梁体结构和性能具有较大作用，首先在浇筑混凝土前张拉固定钢绞线，并将张拉的固定钢绞线临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到混凝土设计强度值，保证钢绞线与混凝土有足够的粘结时，放松钢绞线，借助于混凝土与钢绞线的粘结，对混凝土施加预应力的施工过程。

在采用先张法预应力进行张拉过程中，使用的先张法预应力施工装置为张拉台座，张拉台座是主要承力构件，两端布置有张拉横梁，钢绞线两端锚固于张拉横梁上，通过张拉装置向两侧拉动张拉横梁，使钢绞线达到设计预应力张拉状态，张拉台座需要承载较大的张拉载荷，必须具有足够的承载能力、刚度和稳定性，但是，由于施加的张拉应力较大，张拉台座始终存在一定的变形量，预应力会有部分损失，传统的先张法预应力施工过程中，主要采用人工监测钢绞线的张拉量，根据经验来控制预应力大小，这种采取人工监测和控制张拉应力大小的方法比较粗糙，测量张拉量时存在较大误差，而且对张拉应力的控制也比较困难，不仅使张拉质量受到影响，并最终影响到预制梁的质量，而且每次施加的张拉应力均存在差异，难以实现标准化生产。

发明内容

本发明的目的在于：针对在先张法预应力施工过程中，由于采用人工监测张拉量和手动控制预应力大小的方法比较粗糙，每次张拉过程中，均存在读数不精确，难以准确控制张拉应力，从而导致发生无法标准化生产、张拉钢绞线不到位、影响预制梁质量的问题，提供一种先张法预应力施工自动控制方法，该方法通过在张拉过程中引入自动控制系统，通过本先张法预应力施工自动控制系统及方法，准确有效地监测到钢绞线的张拉量等相关张拉参数，施加的张拉应力得到较好的控制，使钢绞线的张拉过程满足工艺性要求，改善了预制梁的质量，而且也促进了产品的标准化生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种先张法预应力施工自动控制系统，包括自动控制中心和动力系统，所述自动控制中心连接有用于控制动力系统的控制装置，动力系统连接至先张法预应力施工装置，施工装置上设置有监测装置，所述监测装置包括用于监测钢绞线张拉参数的电阻应变式传感器和用于监测动力系统压力的压力传感器，所述自动控制中心还配置有信号接收装置和微处理模块，信号接收装置接收到从监测装置反馈回来的原始数据信号后通过微处理模块进行分析处理，再转化为控制信号输送至控制装置，通过控制装置对动力系统的控制完成张拉过程。

采用先张法预应力施工自动控制系统，通过设置自动控制中心和动力系统来完成整个先张法张拉过程，避免了采用人工监测手动控制的方式所遇到的问题。安装电阻应变式传感器和压力传感器等监测装置并连接到自动控制中心，可以将张拉时钢绞线的张拉量、受到的扭力，以及对动力系统施加的动力大小等参数直观无误地被监测、接收到，避免了采取人工读数存在的误差问题，控制中心还配置有信号接收装置和微处理模块，信号接收装置使监测装置监测到的数据同步反馈至自动控制中心，再通过微处理模块的分析处理转换成直观有用的调整控制数值，避免了繁琐的查表换算，提高了施工效率，同时将这些调整控制数值及时转换成调整的参数，使控制装置马上完成对输入参数的调整和控制，使张拉应力得到精确的控制，保证了张拉过程的工艺要求和预制梁的质量标准。并且，每次的张拉过程相同，施加的张拉应力也一样，保证了预制梁的质量稳定性和标准化生产。

优选的，所述微处理模块包括多个针对不同设计参数的预制梁进行分析处理的模块。微处理模块包括多个针对不同设计参数的模块，可以针对不同的需求快速换用不同的微处理模块，从而在保证质量可靠的前提下，迅速生产出不同参数的预制梁，并且采用自动控制系统，实现标准化生产。

优选的，所述监测装置还包括安装于张拉装置上的位移传感器，所述位移传感器连接至信号接收装置。根据位移传感器所监测到的张拉装置移动的距离，反馈至控制中心，控制中心根据张拉装置移动距离的大小，输出控制信号至控制装置，从而调整每个张拉装置的移动速度，使得几个张拉装置移动的距离均是相同的，从而实现同步张拉。

优选的，所述控制中心还设置有人机交互界面，在张拉台座上还设置有远程监控装置。通过人机交互界面，在控制中心实现远程监控，可以对张拉设备和张拉过程进行监控，确保张拉设备处于正常、安全的工作状态，同时，保证张拉过程有序实施。

优选的，所述动力系统为连接于穿心式千斤顶上的泵站，每个泵站设置有控制穿心式千斤顶的同步工作子站，用于同步控制连接着钢绞线的多个穿心式千斤顶。在张拉钢绞线的过程中，由于一个穿心式千斤顶所提供的张拉力非常有限，连接着钢绞线的张拉横梁上一般同时设置有多台穿心式千斤顶，为了同时实现张拉，需要通过多台穿心式千斤顶对张拉横梁进行张拉，在泵站设置同步工作子站，即可用于同时控制多台穿心式千斤顶，完成钢绞线的张拉或放张过程。

优选的，所述自动控制中心还预留有单束钢绞线张拉设备压力控制接口，且施工装置上设置有用于监测单束钢绞线张拉应力的数显传感器。在采用二次张拉的工艺方法生产预制梁体时，通过预留的接口，将单束钢绞线张拉设备的自动控制装置连接至自动控制中心，再使用张拉设备对单束钢绞线进行首次张拉过程中，通过数显传感器传递反馈的信号，分析计算出需要施加的张拉力大小，然后通过自动控制中心对自动控制装置传输的信号，完成远程操作，实现初步张拉，应力控制精度高。

优选的，所述自动控制系统中还设置有系统报警器和用于关闭系统电源的临停系统，所述系统报警器为声光报警器且安装于监测装置和控制装置上。当自动控制系统的某个监测装置或控制装置出现故障时，系统报警器会自动报警，并根据故障情况的严重程度，自动启动临停系统，关闭自动控制系统，保证工作设备和工作人员的安全性。

相应地，本发明还提供了一种先张法预应力施工自动控制方法，该方法包括以下步骤：

a、将需要批次生产的预制梁的张拉预应力和张拉量等参数输入至微处理模块，并将微处理模块接入自动控制中心；

b、在张拉横梁的预留孔道内穿钢绞线，使用锚具将钢绞线锚固在张拉横梁上，同时安装千斤顶，并将动力泵接入千斤顶；

c、安装、调整好监测装置和控制装置，并将监测装置和控制装置连接至自动控制中心，检测整个自动控制系统的是否接入到位并处于正常状态；

d、通过现场或远程控制启动动力系统，并通过步骤a中的微处理模块控制程序完成张拉；

e、自动控制系统根据设定的时间持荷完成后，进行混凝土浇筑；

f、混凝土浇筑完成后，自动控制中心根据电阻应变式传感器所检测到的钢绞线的受力状态来分析计算出钢绞线与混凝土之间粘接力的大小，当粘接力满足要求时，自动控制中心即进行卸荷阶段；

g、逐步卸荷完成后，自动控制中心会自动关闭张拉系统，从而完成整个先张法预应力施工自动控制过程。

采取上述方式，实现了自动控制系统正常、有序、高效地运行和工作，使整个钢绞线张拉过程满足工艺性要求，使张拉应力得到精确的控制，保证了预制梁的质量要求和设计标准，也促进了预制梁的质量稳定性和标准化生产，提升了生产效率。

优选的，所述步骤c中，在安装、调整监测装置和控制装置的同时，检查动力系统、自动控制中心等全部装置是否处于良好的工作状态。对所有装置进行检查，保证设备安全，使设备正常运行，避免出现在运行过程中由于前期检查不足而出现的运行故障，提高施工效率。同时，保障设备运行正常，对人员安全也起到了积极作用。

优选的，所述步骤d包括以下步骤：

d1、启动动力系统后，动力泵向千斤顶输送动力，千斤顶开始工作带动张拉横梁张拉；

d2、自动控制系统根据钢绞线的张拉量和张拉设备的压力来及时调整张拉的速度和施加的动力，使钢绞线以设计的张拉速度和张拉量来完成第一阶段的张拉；

d3、自动控制系统根据设定的时间持荷后，控制装置再次启动同步工作子站，带动穿心式千斤顶同步移动，使张拉横梁带动所有的钢绞线进行张拉；

d4、根据位移传感器和压力传感器监测到的数值，施加预应力达到设定预应力的一定百分比范围；

d5、重复d3步骤，当张拉到设计要求的状态时，自动控制系统自动停止张拉。

采取上述方式，对钢绞线进行二次张拉，有效地改善了张拉质量的工艺性要求，并且通过自动控制的方法，使张拉过程在各个阶段的预应力控制更加准确，对提高预制梁的质量具有较大帮助。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、采用先张法预应力施工自动控制系统，通过设置自动控制中心和动力系统来完成整个先张法张拉过程，使张拉应力得到精确的控制，保证了张拉过程的工艺要求和预制梁的质量标准，而且，每次的张拉过程相同，施加的张拉应力也一样，保证了预制梁的质量稳定性和标准化生产；

2、在自动控制中心设置多个针对不同设计参数的微处理模块，可以针对不同的需求快速换用不同的微处理模块，从而在保证质量可靠的前提下，迅速生产出不同参数和类型的预制梁，并且采用自动控制系统，实现标准化生产；

3、在张拉装置上安装位移传感器，位移传感器连接至信号接收装置，可以根据位移传感器所监测到的张拉装置移动的距离，反馈至控制中心，控制中心根据张拉装置移动距离的大小，输出控制信号至控制装置，从而调整每个张拉装置的移动速度，使得几个张拉装置移动的距离均是相同的，从而实现同步张拉；

4、在自动控制中心预留单束钢绞线张拉设备压力控制接口，可以在采用二次张拉的工艺方法生产预制梁体时，通过预留的接口，将单束钢绞线张拉设备的自动控制装置连接至自动控制中心，再使用张拉设备对单束钢绞线进行首次张拉过程中，通过数显传感器传递反馈的信号，分析计算出需要施加的张拉力大小，然后通过自动控制中心对自动控制装置传输控制信号，实现远程操作，初步张拉的应力控制精度较高。

附图说明：

图1为本发明的先张法预应力施工自动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图1所示，先张法预应力施工自动控制系统，包括自动控制中心和动力系统，自动控制中心连接有用于控制动力系统的控制装置，动力系统连接至先张法预应力施工装置，施工装置上设置有监测装置，所述监测装置包括用于监测钢绞线张拉参数的电阻应变式传感器和用于监测动力系统压力的压力传感器，所述控制中心还配置有信号接收装置和微处理模块，信号接收装置接收到从监测装置反馈回来的原始数据信号后通过微处理模块进行分析处理，再转化为控制信号输送至控制装置，通过控制装置对动力系统的控制完成张拉过程。

在使用先张法预应力施工装置对钢绞线进行张拉时，不仅需要控制向施工装置提供动力的动力系统的压力，而且需要对钢绞线上的张拉力进行控制，这样才能更好地保证所施加的张拉应力大小准确的，同时钢绞线在拉伸的过程中，还会存在扭矩，在施工装置上设置电阻应变式传感器，可以对钢绞线张拉参数如张拉应力、扭矩进行监测，从而根据监测到的准确数据更好地控制张拉过程。

采用先张法预应力施工自动控制系统，通过设置自动控制中心和动力系统来完成整个先张法张拉过程，避免了采用人工监测手动控制的方式所遇到的问题。安装电阻应变式传感器和压力传感器等监测装置并连接到自动控制中心，可以将张拉时钢绞线的张拉量、受到的扭力，以及对动力系统施加的动力大小等参数直观无误地被监测、接收到，避免了采取人工读数存在的误差问题，控制中心还配置有信号接收装置和微处理模块，信号接收装置使监测装置监测到的数据同步反馈至自动控制中心，再通过微处理模块的分析处理转换成直观有用的调整控制数值，避免了繁琐的查表换算，提高了施工效率，同时将这些调整控制数值及时转换成调整的参数，使控制装置马上完成对输入参数的调整和控制，使张拉应力得到精确的控制，保证了张拉过程的工艺要求和预制梁的质量标准。并且，每次的张拉过程相同，施加的张拉应力也一样，保证了预制梁的质量稳定性和标准化生产。

微处理模块包括多个针对不同设计参数的预制梁进行分析处理的模块。每种规格的预制梁，使用的钢绞线是不同的，同时各种张拉参数也是有区别的，但各种规格的预制梁可以共用同一个施工装置，在实现自动控制过程中，就需要针对不同设计参数的预制梁实现不同张拉参数的控制，微处理模块包括多个针对不同设计参数的模块，可以针对不同的需求快速换用不同的微处理模块，从而在保证质量可靠的前提下，迅速生产出不同参数的预制梁，并且采用自动控制系统，实现标准化生产。

监测装置还包括安装于张拉装置上的位移传感器，所述位移传感器连接至信号接收装置。根据位移传感器所监测到的张拉装置移动的距离，反馈至控制中心，控制中心根据张拉装置移动距离的大小，输出控制信号至控制装置，从而调整每个张拉装置的移动速度，使得几个张拉装置移动的距离均是相同的，从而实现同步张拉。

控制中心还设置有人机交互界面，在张拉台座上还设置有远程监控装置。通过人机交互界面，在控制中心实现远程监控，可以对张拉设备和张拉过程进行监控，确保张拉设备处于正常、安全的工作状态，保证张拉过程有序实施，同时通过远程监控装置，也可以与控制中心进行信息沟通，向控制中心发布现场状态命令，更好地实现自动控制过程。

动力系统为连接于穿心式千斤顶上的泵站，每个泵站设置有控制穿心式千斤顶的同步工作子站，用于同步控制连接着钢绞线的多个穿心式千斤顶。在张拉钢绞线的过程中，由于一个穿心式千斤顶所提供的张拉力非常有限，连接着钢绞线的张拉横梁上一般同时设置有多台穿心式千斤顶，为了同时实现张拉，需要通过多台穿心式千斤顶对张拉横梁进行张拉，在泵站设置同步工作子站，即可用于同时控制多台穿心式千斤顶，完成钢绞线的张拉或放张过程。

自动控制中心还预留有单束钢绞线张拉设备压力控制接口，且施工装置上设置有用于监测单束钢绞线张拉应力的数显传感器。在采用二次张拉的工艺方法生产预制梁体时，通过预留的接口，将单束钢绞线张拉设备的自动控制装置连接至自动控制中心，再使用张拉设备对单束钢绞线进行首次张拉过程中，通过数显传感器传递反馈的信号，分析计算出需要施加的张拉力大小，然后通过自动控制中心对自动控制装置传输的信号，完成远程操作，实现初步张拉，应力控制精度高。

自动控制系统中还设置有系统报警器和用于关闭系统电源的临停系统，所述系统报警器为声光报警器且安装于监测装置和控制装置上。当监测装置监测到所有部件均处于正常状态，信号接收装置接收到的信号就会传输到微处理模块，然后进行相应的计算和输出，使控制装置进行相应的动作，通过动力系统控制施工装置进行施工，而如果监测装置监测到自动控制系统中的某个部件出现故障，不能正常实现自动控制过程时，则启动临停系统，关闭系统电源，等待故障解除，并且触发连接在监测装置和控制装置上的系统报警器，实现自动报警，直至故障排除，设置临停系统，自动关闭电源，保证工作设备和工作人员的安全性。

在实际应用本先张法预应力施工自动控制系统时，参照以下步骤进行：

a、将需要批次生产的预制梁的张拉预应力和张拉量等参数输入至微处理模块，并将微处理模块接入自动控制中心；

b、安装好先张法预应力施工装置，在张拉横梁的预留孔道内穿钢绞线，使用锚具将钢绞线锚固在张拉横梁上，同时安装千斤顶，并将动力泵接入千斤顶；

c、安装、调整好监测装置和控制装置，并将监测装置和控制装置连接至自动控制中心，检测整个自动控制系统的是否接入到位并处于正常状态；

d、通过现场或远程控制启动动力系统，并通过步骤a中的微处理模块控制程序完成张拉；

e、自动控制系统根据设定的时间持荷完成后，进行混凝土浇筑；

f、混凝土浇筑完成后，自动控制中心根据电阻应变式传感器所检测到的钢绞线的受力状态来分析计算出钢绞线与混凝土之间粘接力的大小，当粘接力满足要求时，自动控制中心即进行卸荷阶段；

g、逐步卸荷完成后，自动控制中心会自动关闭张拉系统，从而完成整个先张法预应力施工自动控制过程。

采取上述方式，实现了自动控制系统正常、有序、高效地运行和工作，使整个钢绞线张拉过程满足工艺性要求，使张拉应力得到精确的控制，保证了预制梁的质量要求和设计标准，也促进了预制梁的质量稳定性和标准化生产，提升了生产效率。

步骤c中，在安装、调整监测装置和控制装置的同时，检查动力系统、自动控制中心等全部装置是否处于良好的工作状态。对所有装置进行检查，保证设备安全，使设备正常运行，避免出现在运行过程中由于前期检查不足而出现的运行故障，提高施工效率。同时，保障设备运行正常，对人员安全也起到了积极作用。

步骤d具体包括以下步骤：

d1、启动动力系统后，动力泵向千斤顶输送动力，千斤顶开始工作带动张拉横梁张拉；

d2、自动控制系统根据钢绞线的张拉量和张拉设备的压力来及时调整张拉的速度和施加的动力，使钢绞线以设计的张拉速度和张拉量来完成第一阶段的张拉；

d3、自动控制系统根据设定的时间持荷后，控制装置再次启动同步工作子站，带动穿心式千斤顶同步移动，使张拉横梁带动所有的钢绞线进行张拉；

d4、根据位移传感器和压力传感器监测到的数值，施加预应力达到设定预应力的一定百分比范围；

d5、重复d3步骤，当张拉到设计要求的状态时，自动控制系统自动停止张拉。

采取上述方式，对钢绞线进行二次张拉，有效地改善了张拉质量的工艺性要求，并且通过自动控制的方法，使张拉过程在各个阶段的预应力控制更加准确，对提高预制梁的质量具有较大帮助。

采用先张法预应力施工自动控制系统，通过设置自动控制中心和动力系统来完成整个先张法张拉过程，使张拉应力得到精确的控制，保证了张拉过程的工艺要求和预制梁的质量标准，同时保证了预制梁的质量稳定性和标准化生产，并且，通过自动控制系统，节约了大量人力成本。

Claims (9)

1.一种先张法预应力施工自动控制系统，其特征在于，包括自动控制中心和动力系统，所述自动控制中心连接有用于控制动力系统的控制装置，动力系统连接至先张法预应力施工装置，施工装置上设置有监测装置，所述监测装置包括用于监测钢绞线张拉参数的电阻应变式传感器和用于监测动力系统压力的压力传感器，所述自动控制中心还配置有信号接收装置和微处理模块，信号接收装置接收到从监测装置反馈回来的原始数据信号后通过微处理模块进行分析处理，再转化为控制信号输送至控制装置，通过控制装置对动力系统的控制完成张拉过程，所述自动控制中心还预留有单束钢绞线张拉设备压力控制接口，且施工装置上设置有用于监测单束钢绞线张拉应力的数显传感器。

2.根据权利要求1所述的先张法预应力施工自动控制系统，其特征在于，所述微处理模块包括多个针对不同设计参数的预制梁进行分析处理的模块。

3.根据权利要求2所述的先张法预应力施工自动控制系统，其特征在于，所述监测装置还包括安装于张拉装置上的位移传感器，所述位移传感器连接至信号接收装置。

4.根据权利要求1所述的先张法预应力施工自动控制系统，其特征在于，所述控制中心还设置有人机交互界面，在张拉台座上还设置有远程监控装置。

5.根据权利要求3或4所述的先张法预应力施工自动控制系统，其特征在于，所述动力系统为连接于穿心式千斤顶上的泵站，每个泵站设置有控制穿心式千斤顶的同步工作子站，用于同步控制连接着钢绞线的多个穿心式千斤顶。

6.根据权利要求1所述的先张法预应力施工自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统中还设置有系统报警器和用于关闭系统电源的临停系统，所述系统报警器为声光报警器且安装于监测装置和控制装置上。

7.一种先张法预应力施工自动控制方法，其特征在于，如权利要求1或6所述的先张法预应力施工自动控制系统的自动控制方法，动力系统为连接于穿心式千斤顶上的泵站，自动控制方法包括以下步骤：

a、将需要批次生产的预制梁的张拉预应力和张拉量参数输入至微处理模块，并将微处理模块接入自动控制中心；

b、在张拉横梁的预留孔道内穿钢绞线，使用锚具将钢绞线锚固在张拉横梁上，同时安装穿心式千斤顶，并将动力泵接入穿心式千斤顶；

c、安装、调整好监测装置和控制装置，并将监测装置和控制装置连接至自动控制中心，检测整个自动控制系统是否接入到位并处于正常状态，所述监测装置包括安装于张拉装置上的位移传感器，该位移传感器连接至信号接收装置；

d、通过现场或远程控制启动动力系统，并通过步骤a中的微处理模块控制程序完成张拉；

e、自动控制系统根据设定的时间持荷完成后，进行混凝土浇筑；

f、混凝土浇筑完成后，自动控制中心根据电阻应变式传感器所检测到的钢绞线的受力状态来分析计算出钢绞线与混凝土之间粘接力的大小，当粘接力满足要求时，自动控制中心即进行卸荷阶段；

g、逐步卸荷完成后，自动控制中心会自动关闭张拉系统，从而完成整个先张法预应力施工自动控制过程。

8.根据权利要求7所述的先张法预应力施工自动控制方法，其特征在于，所述步骤c中，在安装、调整监测装置和控制装置的同时，检查动力系统、自动控制中心是否处于良好的工作状态。

9.根据权利要求8所述的先张法预应力施工自动控制方法，其特征在于，每个泵站设置有控制穿心式千斤顶的同步工作子站，用于同步控制连接着钢绞线的多个穿心式千斤顶，所述步骤d包括以下步骤：

d1、启动动力系统后，动力泵向穿心式千斤顶输送动力，穿心式千斤顶开始工作带动张拉横梁向两侧张拉；

d2、自动控制系统根据钢绞线的张拉量和张拉设备的压力来及时调整张拉的速度和施加的动力，使钢绞线以设计的张拉速度和张拉量来完成第一阶段的张拉；

d3、自动控制系统根据设定的时间持荷后，控制装置再次启动同步工作子站，带动所有的穿心式千斤顶同步移动，使张拉横梁带动所有的钢绞线进行张拉；

d4、根据位移传感器和压力传感器监测到的数值，施加预应力达到设定预应力的一定百分比范围；

d5、重复d3步骤，当张拉到设计要求的状态时，自动控制系统自动停止张拉。