自动张拉控制系统在大西铁路客运专线箱梁预制中的应用

刘学宏

(中铁十九局集团第五工程有限公司,山西运城 044000)

自动张拉控制系统在大西铁路客运专线箱梁预制中的应用

刘学宏

(中铁十九局集团第五工程有限公司,山西运城 044000)

通过对自动张拉控制系统在运城临猗牛杜梁场中的应用,提高了箱梁张拉施工质量,有效地控制了张拉不同步率的问题,阐述系统原理及组成,总结箱梁自动张拉控制系统的施工工艺及特点,并结合实际应用提出改进建议。

预应力混凝土;箱形梁;预制;张拉自动控制系统

1 概述

我国建设的高速铁路和客运专线以及城际轨道交通工程大多是采用无砟轨道这一新型轨道形式,无砟轨道相对于以前传统的有砟轨道的最大特点就是提高了轨道的稳定性和平顺性,因此要求轨道基础必须坚实、稳定。对于客运专线和高速铁路的桥梁而言,就是要严格准确控制桥梁的工后沉降和箱梁的徐变上拱,而箱梁的徐变上拱主要就是靠预应力的准确施加来控制。预应力是箱梁施工的关键工序,决定箱梁的使用寿命、铁路桥梁行车的安全。

传统的后张法箱梁预应力施工为4台穿心式千斤顶,对应4台液压泵站,每一个都是独立的施加预应力系统。张拉过程中是通过工人观测压力表读数来控制张拉力,用钢板尺测量张拉钢绞线的伸长量进行校核。张拉施工全部是人工操作,误差太大,测量精度很低,而且4台泵站、4台千斤顶各自独立运行,张拉的同步性很难控制,难以保证箱梁预应力施工的质量。为了保证铁路箱梁预应力施工的质量,准确控制梁体的徐变上拱度,大西铁路客运专线临猗牛杜梁场联合河北石家庄益通科技开发有限公司联合研制开发铁路箱梁预应力数控张拉系统,在梁场成功使用。

2 工程概况

中铁十九局第五工程有限公司临猗牛杜制梁场位于大西铁路客运专线站前10标,承担572榀预应力混凝土简支箱梁的预制任务,其中32 m箱梁553榀, 24m箱梁19榀,合同工期28个月。该梁场主要负责本标段南姚村特大桥307榀、大张村特大桥265榀箱梁的预制任务。这段线路处于山西省南部,地处湿陷性黄土的地质上,所以对桥梁的工后沉降和梁的徐变上拱提出了更高的要求。

3 张拉自动控制系统构成及原理

张拉自动控制系统包括2台自动控制柜,其中1台为主控制柜,1台为从控制柜,4台液压泵站、4台千斤顶、8个压力传感器、4个位移传感器、PLC控制器。箱梁张拉作业时,2台控制柜放置梁的两端,他们之间通过1根信号线连接,用来实现自动控制4台液压泵站和4台千斤顶的同步张拉作业。与传统的张拉设备相比,张拉自动控制系统采用德国进口电磁阀,并且在阀组的出口安装了高精度的压力传感器,在千斤顶的缸体端安装了红外线位移传感器,用来测量油缸的伸长量。电动控制柜主要由工业显示屏、微电脑运动控制器、信号采集模块、信号无线接收模块、数据分析处理模块、数据存储模块等组成。控制系统和梁场办公室服务器采用无线连接,从而保证了数据可以实时上传。

自动控制张拉系统采用红外线位移传感器测量伸长量,压力传感器测量张拉力,传感器实时采集张拉油缸的伸长量和压力的数据给控制器,控制器通过事先设定的PID调节模块,自动控制调节千斤顶的伸长量和压力。即主控制柜实时通过读取4台千斤顶的压力传感器的信号和位移传感器信号,经过运算处理与设定的张拉力和伸长量对比实时调整每台千斤顶的压力和伸长量,从而保证张拉的同步性和伸长量同步均衡增长。

其系统原理如图1所示。

图1 自动控制张拉系统

4 系统参数

测力系统精度 1%F.S

位移测量精度 0.2mm

双顶对拉不平衡度 20 kN

控制系统工作电压 (1±10%)22 V

最大油压 50MPa

流量 2 L/min

电机功率 3 kW

使用电压 (1±10%)380 V

公称张拉力 2 000～5 000 kN

张拉行程 200mm

行程允许偏差 ±2mm

5 施工工艺

5.1 现场设备就位连接与检查

(1)连接液压设备,确保设备安装准确可靠,无漏油。

(2)主控制柜与从控制柜连接完成,接通电源,确保信号可远程传输。

(3)检查触摸屏与PLC有无故障,检查压力传感器和位移传感器数据是否正常。

5.2 操作过程

(1)点击【设置】按钮,进入系统登录界面,如图2所示。

图2 自动张拉系统登录界面

(2)点“账号:”后的“号号号号号”区域,输入“1”,点【Enter】,相同的步骤在“密码:”后输入“xxxx”,点【Enter】。然后点【登录】界面回到图2,保持不变,但右侧区域的几项均可进入。

(3)点击图2右侧区域的【系统参数设置】,界面如图3所示。

图3 系统参数设置界面

在“系统参数设置”项中,对相应参数可进行一一输入,方法:点击“黑色数字区”之后在弹出的数字键上点击输入需要使用的数据,在点击数字键盘上的“Enter”键,输入完成后,点“修改”存储,完毕之后点击“返回”键,返回到主界面图2。

(4)主界面点击【系统调试参数】进入调试参数界面,如图4所示。

图4 系统调试参数界面

图4所示为张拉过程中所需要的基本参数,参数的设置按图4显示的数据进行修改,修改方法同“系统参数修改”。只需在黑色区域点击,使用弹出键盘输入对应数据,最后在“调试参数”界面点击“修改”数据便会存储,完毕后点击“返回”。

(5)点【预张】进入操作界面,如图5所示。

图5 预张拉任务参数界面

“任务参数表”界面中,是电脑通过无线通讯直接传输到系统中,从而显示到界面上,分别有梁号、梁型、台座编号、以及对应钢束编号和对应所需张拉力,点击启动任务栏下的灰色区域选择需要张拉的钢束编号,确认参数无误后点击“确定”。

(6)单击“张拉数据”菜单,可以查看实际张拉过程中采集的具体数据,这里是和曲线图相对应的。张拉数据参数界面如图6所示。

图6 张拉数据界面

(7)单击“张拉结果”菜单,出现张拉报表界面,如图7所示,双击左右梁号或直接输入梁号然后回车,则在右边出现对应梁的整体张拉结果。

在界面右边的表格中双击某束钢筋,则出现此钢束的张拉数据和曲线界面,如图8所示,左键按住鼠标拖动曲线图中的垂直线,则在图上部会出现相应节点的时间和张拉力值、张拉位移,或拉力、位移,且随着垂直线的移动发生变化。通过钢束端位选择也可以只看其中一端的曲线图。

图7 张拉报表界面

图8 单根钢束的张拉数据和曲线界面

(8)点击数据读取,将该孔道张拉数据全部提取检查,并自动计算伸长量、回缩量、伸长量偏差率、不同步率,如有异常及时查询曲线图进行分析,最后点击数据保存。

(9)一个孔道张拉过程全部结束,继续下一个孔道同样的张拉操作。

6 应用效果

我梁场在与益通公司的研发过程中多次对系统进行改进和完善,经过反复试验与调整更新,目前已经达到设计指标。现在使用的数控张拉系统是预制箱梁预应力张拉领域新的科研项目,具有操作简便、控制精准、高效、稳定等特点,实现了预期的箱梁预应力张拉自动化控制目标。

(1)箱梁张拉的同步率对后期预应力的二次分布影响较大,按照目前箱梁预应力施工的要求,不同步率不得大于10%,而该系统在张拉过程中张拉力和伸长值均实现同步控制,有效地解决了不同步率控制的问题,不同率有效控制在5%以内。

(2)现场测量伸长值由红外线传感器自动测量,其精度达到0.1mm,此项技术的应用消除了人为量测误差,测量精准度大大提高。

(3)数控张拉系统采用传感器与传感器之间的标定,并直接进入控制系统,减少了回归方程标定和人工计算误差,提高了张拉过程中张拉力控制的准确性。

(4)实现了张拉数据的自动读取,避免了人为读数误差,提高了张拉力的控制精度。

(5)设置的数据自动量测、计算及生成结果表格的系统,减少了人为计算的工作量,避免了人为计算可能出现的错误,数据准确性大大提高。

(6)实现了无线数据传输,在终端电脑中可以有效地监控张拉过程及结果,并通过自动生成的力与伸长值曲线、力与时间曲线、伸长值与时间曲线,可以有效地分析张拉过程的数据,为张拉过程的数据分析和结果判定,提供了直接、有效的判定依据。同时,无线数据传输在终端电脑中可以实时监控张拉过程及结果。

(7)该系统增加的在卸荷至100 kN力时锚固回缩值测量功能,可以有效地解决回缩值的测试问题,并在测量精度上超过原先压力表读数控制精度。

7 结语

通过200多榀箱梁张拉作业的验证,该系统实现了以下功能:伸长量和力值测量准确、数据自动采集存储、两端张拉同步率高、操作简单、安全措施完善,数据实现远程传输。但在使用过程有些问题需要进一步改进和完善。

(1)该系统的液压管接头拆卸频率较高,应提高接头的质量,防止漏油影响张拉精度。

(2)系统的泵站、千斤顶、控制柜等组成,应对系统进行结构优化组合,建议配备车载式以方便移动。

(3)张拉自动控制系统目前已臻于完善,技术上的难题已基本解决,通过改用进口阀组大大提高了传感器的稳定性,下一步需要进一步提高数据无线传输的稳定性。

[1] 中铁工程设计咨询集团有限公司.通桥(2008)2322A时速350 km客运专线铁路无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁(双线) [Z].北京:中铁工程设计咨询集团有限公司,2008.

[2] 中华人民共和国铁道部.铁建设[2010]241号 铁路混凝土工程施工技术指南[S].北京:中国铁道出版社,2010.

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[4] 中华人民共和国铁道部.TB10424—2010 铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[5] 中华人民工和国铁道部.TB10752—2010 高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[6] 中华人民共和国铁道部,铁科技[2004]120号 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2004

[7] 中华人民共和国铁道部.TB/T3193—2010 铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹片和连接器技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[8] 周兆春.寒冷干旱地区铁路预应力混凝土T梁批量制造工艺实践[J].铁道标准设计,2012(3):54 -57.

Application of Automatic Stretching-Control System in Prefabrication of Box Girder on Datong-Xi'an Passenger-dedicated Line

LIU Xue-hong
(No.5 Engineering Corporation of China Railway 19 Bureau Group,Yuncheng 044000,China)

The application of automatic stretching-control system at the girder prefabrication yard in Niudu Town,Linyi County,Yuncheng City,has improved the construction quality of the box girder stretching,and then the problem of desynchronized stretching are also controlled effectively.This paper expounds the system theory and composition,sums up the construction process and characteristics of box girder automatic stretching-control system,and puts forward the improving suggestions in combination with its practical application.

pre-stressed concrete;box girder;prefabrication;automatic stretching-control system

U238;U445.47+1

A

1004 -2954(2012)10 -0054 -04

2012 -03 -17

刘学宏(1974—),男,工程师,1996年毕业于吉林大学。