CN202826047U - 预应力张拉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种预应力张拉系统，包括控制部分以及与控制部分连接的两个呈对称设置的执行部分，每个执行部分包括张拉千斤顶及其驱动装置，所述驱动装置包括油箱、电控液压油泵，所述驱动装置分别连接用于调节电控液压油泵转速的第一调节机构和用于调节液压油流向及压力的第二调节机构，所述第一调节机构与所述第二调节机构均与控制总成连接，所述控制总成通过通信模块与控制部分连接。本系统严格执行《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）的预应力张拉施工的工艺流程；由第二调节机构控制油泵的出油张拉、保压持荷和回油收顶；由第一调节机构控制张拉速率实现两端对称张拉的同步性及张拉控制应力和有效预应力的均匀度。

Description

预应力张拉系统

技术领域

本实用新型涉及土木工程施工设备领域，尤其涉及一种预应力张拉系统。

背景技术

预应力张拉工艺是预应力混凝土桥梁张拉施工的重要环节，通过千斤顶拉紧预应力筋，预先给桥梁施加应力，使桥梁产生向上的拱度，以提高桥梁的承载能力。预应力张拉分为“先张法”和“后张法”，“先张法”是指先在台座上拉紧预应力筋，通过锚具将预应力筋固定在台座上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到规定强度时，卸掉锚具，放松预应力筋，与混凝土结合的那部分预应力筋的力量就传递到混凝土上；“后张法”是指先浇筑混凝土后张拉，浇筑混凝土前预先留有孔道，待混凝土达到强度，在孔道内穿入预应力筋，然后张拉锚具，最后在孔道内注入水泥浆。

预应力张拉工艺中对张拉力和预应力筋伸长量控制，会直接影响预应力结构使用寿命。在预应力混凝土桥梁建设工程的设计与施工中，有效应力是其关键所在，如果有效应力过大，将危及施工材料（如锚索）的强度，同时导致承载体的过大变形，而危及工程安全；如果有效应力过小，应力会不足，在运营中将导致变形过大，致使工程失效。

传统的预应力张拉机具设备由人工控制高压电动油泵，无法有效地控制张拉时的同步性、持荷时间、张拉控制应力和有效预应力的均匀度；张拉力和预应力筋伸长量等张拉基础数据由施工单位和监理单位人工填写完成，一般只记录结果数据，张拉的中间过程无任何记录；施工单位在实际操作过程中没有严格执行施工规范，加上监理单位监察力度不足，旁站效果不佳，很难保证桥梁建设施工质量。

2011年8月1日国家实施新版《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）行业标准。第7.12.2节增加了预应力混凝土工程施加预应力质量控制与检验内容。增加的内容如下：

7.12.2对预应力筋施加预应力时，宜对多台千斤顶张拉时的同步性、持荷时间、锚下的有效预应力及其均匀度进行质量控制，并应符合下列规定:

1、在采用两台以上千斤顶实施对称和两端张拉时，各个千斤顶之间同步张拉力的允许误差宜为±2%；

2、张拉至控制应力时，应按照本规范相应章节的规定，保证千斤顶具有足够的持荷时间（5min），张拉控制应力的精度宜为±1.5%；

3、张拉锚固后，预应力筋在锚下的有效预应力应符合设计张拉控制应力，两者的相对偏差应不超过±5%，且同一断面中的预应力束其有效预应力的不均匀度应不超过±2%。

中国专利文献CN 1373347A公开一种“预应力张拉锚固自动控制综合测试仪”，其包括计算机、位移传感器、压力传感器、比例压力阀，其特征在于前置箱的箱盖上有五个外置接口，计算机通过信号线与其连接；安装在预应力张拉机构泵站上的比例压力阀通过比例压力阀控制线与其连接，安装在预应力张拉机构千斤顶上的位移传感器和压力传感器分别通过位移传感器控制线和压力传感器控制线与其连接，电源通过电源线与其连接。采用该设备可使整个张拉操作实现了自动化，并对施工过程进行检测与监控，大大减轻了施工人员的劳动强度，排除了人为的影响，确保了工程质量。其存在的缺陷在于：对两端对称张拉的同步性未做具体研究。

中国专利文献CN 102031874A公开一种“智能型同步预应力张拉系统”，包括控制组件以及与控制组件相连的两个呈相对布置的张拉组件，所述张拉组件包括张拉油缸装置和驱动装置，所述驱动装置包括油箱以及装设于油箱内的驱动泵、电机和驱动控制机构，所述电机的输出端与驱动泵相连，所述油箱通过管路与张拉油缸装置相连通。其采用计算机控制张拉组件，将压力传感器和位移传感器内置在油缸内，完成张拉的自动控制，尽管实现了对称张拉的同步性，但对张拉速率的控制也没有做具体研究。

如上所述，在目前绝大部分的预应力张拉施工过程中存在如下缺点：

1、预应力混凝土桥梁张拉施工工艺执行问题：①、传统的张拉机具设备不能满足新版《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的张拉施工工艺；②、张拉工艺标准要求高，质量控制严格，专用的张拉机具操作复杂，施工单位需要专门配备一支技术过硬的专业队伍；③、预应力张拉速率不易控制，直接影响两端对称张拉的同步性及张拉控制应力和有效预应力的均匀度。

2、预应力混凝土桥梁张拉施工质量控制问题：①、人工操作传统张拉机具，采用喊话方式完成两端对称张拉，张拉质量控制存在不确定性；②、张拉力及预应力筋伸长量等张拉基础数据记录方式缺少管控措施，数据分析原始化；③、数据上报不及时，数据查询流程复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种预应力张拉系统，其严格执行《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的预应力张拉施工的工艺流程，实现了张拉施工的自动化，并通过控制张拉速率实现两端对称张拉的同步性及张拉控制应力和有效预应力的均匀度。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种预应力张拉系统，包括控制部分以及与控制部分连接的两个呈对称设置的执行部分，每个执行部分包括张拉千斤顶及其驱动装置，所述驱动装置包括油箱、电控液压油泵、用于调节电控液压油泵转速的第一调节机构和用于调节液压油流向及压力的第二调节机构，所述第一调节机构与所述第二调节机构均与控制总成连接，所述控制总成通过通信模块与控制部分连接。

进一步的，所述驱动装置具有用于测量电控液压油泵出油端的油压值并将该油压值传送至控制总成的压力传感器。

进一步的，所述千斤顶上设置用于测量张拉过程中千斤顶轴心带动预应力钢筋束的伸长量并将该伸长量传送至控制总成的位移传感器。

优选的，所述第一调节机构采用数字变频器或者液力耦合器。

优选的，所述第二调节机构采用电磁控制阀。

优选的，所述控制总成采用可编程逻辑控制器PLC。

优选的，所述千斤顶采用穿心式千斤顶。

优选的，所述控制部分具有张拉作业启闭控制单元。

进一步的，所述可编程逻辑控制器PLC通过有线通信模块或者无线通信模块与所述控制部分连接。

进一步的，所述可编程逻辑控制器PLC和/或控制部分具有用于采集并处理张拉作业时各种数据的数据控制单元。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果：

1、采用工业级可编程逻辑控制器PLC进行张拉液压电控油泵动作控制，环境温度、湿度、电磁干扰的适应性更强；

2、采用数字变频技术进行张拉速度调节控制，张拉速度自动均匀可连续调节，持荷周期泵组可以不工作，降低能耗和设备损耗；

3、根据压力传感器和位移传感器采集张拉力值和预应力筋伸长量值，可实时自动调节两端对称张拉同步动作，严格执行新版施工规范要求；

4、通过数据控制单元对张拉基础数据加密保存，数据分析图形化，自动绘制二位彩色图形，直观分析张拉施工的质量；

5、数据上报网络化，通过有线或者无线通信模块将施工张拉基础数据及时上传到监理、质检等单位信息管理平台；

6、控制部分具有张拉作业启闭控制单元，通过控制程序操作的“一键式”设计，提高了张拉施工操作普及率，适用于不同文化程度的技术人员。

附图说明

图1为实施例所述的预应力张拉系统的工作原理图；

图2为实施例所述的预应力张拉系统的结构示意图。

图中：

1、计算机；2、张拉机具；3、穿心千斤顶；4、油箱；5、液压电控油泵；6、数字变频器；7、电磁控制阀；8、预制梁板；9、预制钢筋束；10、锚具；11、进油高压油管；12、出油高压油管；13、位移采集集成器；14、挡板；15、位移信号线；16、无线数据传输单元；17、无线数据接受单元；18、路由器；19、远端服务器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1、2所示，一种预应力张拉系统，包括控制部分和与其相连两个呈对称设置的执行部分，控制部分为一控制计算机1，每个执行部分包括张拉机具2和与张拉机具相连的穿心千斤顶3，张拉机具2包括油箱4以及装设于油箱上的液压电控油泵5，张拉机具2上设置有数字变频器6和电磁控制阀7，数字变频器6用于调节电控液压油泵转速，电磁控制阀7用于调节液压油流向及压力，张拉机具上还设置可编程逻辑控制器PLC，用于控制数字变频器6和电磁控制阀7的动作。

两穿心千斤顶3分别设置于预制梁板8的两端，预制钢筋束9通过锚具10设置于每个穿心千斤顶3的外端，穿心千斤顶3的一端通过进油高压油管11与油箱4连接，穿心千斤顶3的另一端通过出油高压油管12与液压电控油泵5连接，在穿心千斤顶3上设置位移采集集成器13和与其相匹配的挡板14，该位移采集集成器13优选采用超声波传感器，其通过位移信号线15与张拉机具的可编程逻辑控制器PLC连接，在张拉作业时，用于测量张拉过程中千斤顶轴心带动预应力钢筋束的伸长量并将该伸长量传送至可编程逻辑控制器PLC。

张拉机具的油箱内设置压力传感器，其用于测量电控液压油泵出油端的油压值并将该油压值传送至可编程逻辑控制器PLC。

可编程逻辑控制器PLC与计算机1通过无线模块实现数据的传输。更具体的，在张拉机具的一侧均设置无线数据传输单元16，对应的在计算机上设置无线数据接受单元17，张拉作业时，可编程逻辑控制器PLC设有数据控制单元，可将压力传感器和位移传感器采集张拉力值和预应力筋伸长量值进行处理，并传输至计算机，计算机给予其指令控制数字变频器动作，实时调节张拉速率，从而达到自动调节两端对称张拉同步动作，严格执行新版施工规范要求。

计算机具有张拉作业启闭控制单元，通过控制程序操作的“一键式”设计，提高了张拉施工操作普及率，适用于不同文化程度的技术人员。

计算机1通过路由器18实现与远端服务器19连接，实现了数据上报网络化，基础数据能及时上传到监理、质检等单位信息管理平台。

本系统的控制方法包括如下步骤：(1)、通过压力传感器测量出电控液压油泵出油处的油压值，通过油泵/千斤顶校准的线性回归方程获取当前千斤顶的张拉力值，并传输至可编程逻辑控制器PLC进行数据处理；通过位移传感器测量出张拉过程中千斤顶轴心带动预应力钢筋束的伸长量，并传输至可编程逻辑控制器PLC进行数据处理；(2)、可编程逻辑控制器PLC将采集到的张拉力值和预应力筋伸长量值进行处理后，加密保存，并自动绘制成二维彩色曲线图，实时监控、纠错；(3)、根据需要通过可编程逻辑控制器PLC控制电磁控制阀控制和调节液压油的压力、流量和方向，实现出油张拉、保压持荷和回油收顶等张拉动作；或者可编程逻辑控制器PLC控制数字变频器控制张拉速率，实现两端对称张拉的同步性及张拉控制应力和有效预应力的均匀度；或者可编程逻辑控制器PLC通过通信网络及时将张拉加密保存数据及时上传至监理、质检等信息管理平台，实现数据查询的网络化、信息化。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种预应力张拉系统，包括控制部分以及与控制部分连接的两个呈对称设置的执行部分，每个执行部分包括张拉千斤顶及其驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括油箱、电控液压油泵、用于调节电控液压油泵转速的第一调节机构和用于调节液压油流向及压力的第二调节机构，所述第一调节机构与所述第二调节机构均与控制总成连接，所述控制总成通过通信模块与控制部分连接。

2.根据权利要求1所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述驱动装置具有用于测量电控液压油泵出油端的油压值并将该油压值传送至控制总成的压力传感器。

3.根据权利要求2所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述千斤顶上设置用于测量张拉过程中千斤顶轴心带动预应力钢筋束的伸长量并将该伸长量传送至控制总成的位移传感器。

4.根据权利要求1～3任一项所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述第一调节机构采用数字变频器或者液力耦合器。

5.根据权利要求1～3任一项所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述第二调节机构采用电磁控制阀。

6.根据权利要求1～3任一项所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述控制总成采用可编程逻辑控制器PLC。

7.根据权利要求1～3任一项所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述千斤顶采用穿心式千斤顶。

8.根据权利要求1～3任一项所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述控制部分具有张拉作业启闭控制单元。

9.根据权利要求6所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC通过有线通信模块或者无线通信模块与所述控制部分连接。

10.根据权利要求9所述的预应力张拉系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC和/或控制部分具有用于采集并处理张拉作业时各种数据的数据控制单元。

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