鐵路橋梁靜載試驗自控裝置鐵科院演示文稿20160624鄭州

JSZK-Ⅰ型鐵路橋梁靜載試驗自動控制裝置是鐵科院結(jié)合鐵路工程建設(shè)信息化項目研制的自動化和信息化新裝備。依托：總公司鐵路工程管理平臺BIM中心橋梁靜載試驗?zāi)K項目。

2015年度鐵總重點課題：《鐵路線橋隧工程建造技術(shù)深化研究——鐵路橋梁靜載試驗自動控制裝置的研制》（合同編號：2015D001-A）具備：自動加載、自動檢測計算、自動記錄報告、自動數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ軡M足：TB/T2092《預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標(biāo)準(zhǔn)》；工管科信函[2015]331號《鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁靜載試驗自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口暫行規(guī)定》。實現(xiàn)：試驗過程自動化控制：自動加載；自動檢測；自動判定；自動輸出；試驗數(shù)據(jù)信息化管理：基本信息；過程數(shù)據(jù)；試驗報告；現(xiàn)場視頻。鐵路橋梁靜載試驗自動控制裝置試驗實景試驗全過程自動化控制

試驗人員完成梁型、梁號等基礎(chǔ)信息參數(shù)配置后，本裝置自動生成《靜載試驗計算單》，一鍵啟動試驗即可按照標(biāo)準(zhǔn)自動循環(huán)加載、同步加載、自動平衡、自動檢測判定、自動輸出《靜載試驗報告》，自動傳輸試驗數(shù)據(jù)及圖像。一鍵啟動、全過程自動完成。操作簡單，使用方便，工作效率高；閉環(huán)控制，自動測量。加載同步、動態(tài)平衡、數(shù)值準(zhǔn)確，試驗質(zhì)量高；試驗數(shù)據(jù)信息化管理數(shù)據(jù)內(nèi)容下載制梁場試驗梁制梁信息、靜載試驗計算基本參數(shù)上傳靜載試驗基本信息、荷載計算參數(shù)信息、各級加載彎矩參數(shù)計算單、荷載參數(shù)計算結(jié)果、靜載試驗過程信息、靜載試驗報告遠程實時監(jiān)控試驗進程信息、試驗實時數(shù)據(jù)、試驗現(xiàn)場視頻

配置標(biāo)準(zhǔn)接口及視頻監(jiān)控設(shè)備，數(shù)據(jù)格式滿足接口要求，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)梁型參數(shù)自動下載，試驗數(shù)據(jù)、試驗報告和試驗圖像遠程監(jiān)控實時上傳，滿足靜載試驗信息化管理要求。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安裝便捷、維護量小

電動機械千斤頂加載方式結(jié)構(gòu)簡單、不受環(huán)境溫度影響；電動機械千斤頂、雙功能輪輻式數(shù)字測力傳感器、變頻電機高度一體化集成，整體安裝、拆卸、維護方便。

取代了高壓泵站、進口高壓閥件、大量油路、油表等液壓設(shè)備，消除了傳統(tǒng)液壓加載方式油泵油路泄露導(dǎo)致的安全隱患，大大減小高壓閥件等環(huán)節(jié)的維護工作量。綜合安全防護、保障試驗安全安全防護措施功能硬盤寫入保護及RAID保證系統(tǒng)安全，系統(tǒng)快速還原。UPS防止電力系統(tǒng)的突然中斷造成數(shù)據(jù)丟失、電氣儀表損壞急停裝置一鍵急停手動卸載手動操作卸載軟件防護防火墻、設(shè)備自診斷、權(quán)限管理、安全閾值、加載荷載值動態(tài)監(jiān)測、撓度值動態(tài)監(jiān)測

設(shè)置多項軟、硬件安全防護措施，可有效應(yīng)對試驗過程中的突發(fā)情況，保障試驗安全?？萍汲晒u審

該裝置于2016年4月29日順利通過鐵總科技管理部組織的科技成果評審。工程試運用

該裝置在石濟客專、濟青高鐵等項目建設(shè)中進行了成功試應(yīng)用。二、組成結(jié)構(gòu)

試驗人員完成梁型、梁號等基礎(chǔ)信息參數(shù)配置后一鍵啟動試驗，本裝置

靜載試驗自控裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主控、加載、荷載測量、撓度測量、安全監(jiān)測、裂縫檢測、數(shù)據(jù)傳輸、安全應(yīng)急報警八個模塊組成，配置對應(yīng)軟件程序和接口。工作原理子模塊名稱數(shù)據(jù)類型實現(xiàn)功能接口類型數(shù)據(jù)流向加載模塊加載指令實現(xiàn)試驗過程自動加載RS-232輸出荷載模塊荷載值荷載值的實時監(jiān)控、采集、存儲、計算輸入安全監(jiān)測模塊荷載校核值校核值的實時監(jiān)控、采集輸入撓度模塊撓度值撓度值的實時監(jiān)控、采集輸入裂縫模塊裂縫信息裂縫值的實時監(jiān)控、采集輸入報警模塊報警指令加載預(yù)報及聲光電報警輸出數(shù)據(jù)傳輸模塊試驗數(shù)據(jù)下載試驗梁標(biāo)準(zhǔn)信息及上傳試驗數(shù)據(jù)RJ-45輸入輸出試驗啟動后，主控模塊發(fā)送流程控制指令給加載模塊，加載模塊按照指令進行自動加載；加載過程中，荷載測量模塊、撓度測量模塊、安全監(jiān)測模塊和裂縫檢測模塊將采集的檢測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街骺啬K，主控軟件按照預(yù)定算法進行計算、分析和判斷，完成數(shù)據(jù)記錄、傳輸、報告輸出。加載控制閉環(huán)結(jié)構(gòu)主要設(shè)備-控制柜

主控柜：集成工業(yè)控制計算機、顯示器、UPS應(yīng)急電源、打印機、語音播報音箱、聲光報警器等設(shè)備。

分控柜：集成儀表、變頻器串口集線器、動力供電等設(shè)備。主要設(shè)備-電動機械千斤頂萬向壓帽底墊板機械千斤頂電機傳感器減速器最大加載能力2000kN最大行程250mm150t疲勞性能﹥200次

變頻電機、減速器、機械千斤頂與數(shù)字式壓力傳感器集成為加載一體化機械組件（總高度790mm，適用現(xiàn)有試驗臺高度），通過變頻器控制加載。主要設(shè)備-荷載檢測與監(jiān)測傳感器 分別采用輪輻式雙功能數(shù)字壓力傳感器的兩路獨立輸出進行荷載測量與監(jiān)測。

輸出A\B兩路測量范圍（0-2000）kN準(zhǔn)確度0.1%F.S

該傳感器是在同一個壓力傳感器的內(nèi)部安置兩套完全獨立的彈性應(yīng)變體、獨立的電路、獨立的傳輸系統(tǒng)，形成兩套完全獨立、性能等同的壓力檢測系統(tǒng)。主要設(shè)備-撓度測量與監(jiān)測儀器 分別采用6個光柵位移計和6個機械式百分表進行撓度測量和監(jiān)測。數(shù)字式光柵位移計機械式百分表量程10mm（4個）50mm（2個）10mm（4個）50mm（2個）分辨率0.005mm0.01mm撓度測量用光柵位移計主要設(shè)備-圖像識別裂縫檢測儀名稱數(shù)量主要參數(shù)千兆網(wǎng)工業(yè)面陣相機4個500w像素、黑白高清低畸變工業(yè)鏡頭4個8mm，變焦LED條形光源4組白色，發(fā)光面積130*45mm導(dǎo)軌1套（含2輛小車）滿足檢測范圍要求圖像處理單元1套單幅圖像處理速度小于300ms軟件1套圖像采集控制及處理識別算法圖像識別裂縫檢測儀安裝示意圖橫向檢測范圍為梁底板中心線跨中左右各2m，縱向檢測范圍為梁底板及下翼緣底角15cm的全部范圍，檢測面積為22m2。

梁底板輪廓線梁底板輪廓線圖像識別裂縫檢測儀走行裝置主要設(shè)備-振弦應(yīng)變裂縫檢測儀名稱數(shù)量主要參數(shù)振弦傳感器41個測量范圍（-3000～+3000）uε；測量精度：≤1uε

采集儀1套通道數(shù)量：48路；輪循時長：≤40s；測量精度：頻率：0.1Hz；溫度：0.5℃振弦傳感器振弦傳感器安裝位置示意

將振弦傳感器以“工”字形安裝在梁體底部，共布置41路。

由于振弦傳感器的物理特性和安裝尺寸的限制，其只能對梁體指定部位進行檢測。為了保證裂縫檢測范圍全面覆蓋，需要現(xiàn)場試驗人員對未覆蓋的區(qū)域（含應(yīng)力集中的底角）進行人工觀測。

5m梁底板輪廓線梁底板輪廓線人工觀測區(qū)域人工觀測區(qū)域三、主要功能與性能1.主要功能（1）自動加載 自動計算生成《靜載試驗計算單》并按照試驗流程自動控制各加載點達到并保持在試驗規(guī)定的荷載值，一鍵啟動全過程（兩個循環(huán)）自動化加載控制；（2）自動檢測 自動檢測實際荷載值和撓度，計算撓跨比并動態(tài)繪制跨中彎矩—撓度曲線圖；梁體受力裂縫自動檢測。（3）自動判定 撓跨比及梁體受力裂縫合格智能化判定，自動輸出《靜載試驗報告》,并具備電子簽章功能；

三、主要功能與性能（4）自動報警 試驗過程中出現(xiàn)不合格結(jié)果或系統(tǒng)工作故障時自動報警。（5）安全應(yīng)急 加載異?；虺霈F(xiàn)故障、斷電等突發(fā)情況時可立即停止加載并保存數(shù)據(jù)。（6）加載手動控制 可手動控制千斤頂加載及卸載，以適應(yīng)千斤頂安裝調(diào)整及故障處置。

三、主要功能與性能（7）設(shè)備狀態(tài)自檢 設(shè)備儀器狀態(tài)自診斷；（8）安全監(jiān)測 荷載及撓度實際測量值的獨立、實時監(jiān)測；（9）數(shù)據(jù)傳輸 具備標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可接入梁場生產(chǎn)管理系統(tǒng)信息系統(tǒng)和鐵路工程管理平臺，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)梁型參數(shù)自動下載，試驗數(shù)據(jù)、試驗報告實時上傳和試驗數(shù)據(jù)、圖像的遠程監(jiān)控。

三、主要功能與性能2.主要性能（1）適用范圍 滿足TB/T2092-2003《預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，適用于T型、箱型、槽型等類型預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁的靜載試驗。按照T型梁5套、單箱單孔箱梁（槽型梁）10套、單箱雙室梁配置15套加載及荷載檢測模塊。（2）加載性能

a.加載持荷相對偏差：≤1%；

b.加載過程同步偏差：≤20kN；

c.加載速度：≤3kN/s；（3）撓度測量相對偏差：≤0.1%F.S；

三、主要功能與性能（4）裂縫檢測 a.裂縫檢測識別能力(最小裂縫寬度)： 圖像識別：≤0.02mm；（振弦檢測：≤0.01mm）。 b.裂縫檢測單次循環(huán)用時： 圖像掃描并識別：≤5min；（振弦檢測：≤50s）。 c.裂縫檢測范圍： 圖像識別：涵蓋梁體跨中左、右各不小于2.0m的下緣底角及梁底面的全部范圍；（振弦檢測：傳感器安裝在梁底面的跨中線及兩側(cè)邊緣位置，即

按“工”字形設(shè)置41個測點）。

四、安裝、使用及維護1.現(xiàn)場安裝條件應(yīng)配有足夠強度、剛度的反力架，反力架梁能提供的反力應(yīng)不小于計算最大試驗荷載值的1.5～2.0倍。在最大試驗荷載下反力架的上拱和試驗梁下?lián)系目傋冃?，不?yīng)超過加載千斤頂最大行程。（通常反力架上拱變形最大不應(yīng)超過150mm）配備安裝反力架、千斤頂?shù)鹊牡跹b機具及安裝豎拉桿專用扭矩扳手。加載試驗必要時應(yīng)設(shè)置防風(fēng)、防傾支護。電氣設(shè)備應(yīng)具有綜合接地裝置，且接地電阻應(yīng)小于4Ω。應(yīng)具備三相交流380V和220V、50Hz供電和發(fā)電條件。

應(yīng)具備10M帶寬以上的網(wǎng)絡(luò)端口。按照TB/T2092標(biāo)準(zhǔn)要求安裝好試驗梁。備用發(fā)電機應(yīng)在試驗時做好應(yīng)急準(zhǔn)備。四、安裝、使用及維護2.設(shè)備安裝

（1）加載千斤頂安裝沿試驗梁梁頂標(biāo)出的腹板中心線用墨線清晰彈出縱橫向“十字”線作為千斤頂安放的中心位置。梁頂各加載點鋪設(shè)墊層（細砂）及鋼座板。鋼座板用水平尺調(diào)平后，移入千斤頂。移入千斤頂時注意輕緩，不破壞調(diào)平后的鋼座板和墊層。各千斤頂中心與梁頂加載中心線縱橫向位置偏差均不大于10mm。連接機械千斤頂電機電源線至變頻器輸出插座。使用中高壓動力線纜不要繞環(huán)堆放，防止電磁渦流效應(yīng)；電機電源線必要時采用金屬絲網(wǎng)包裹屏蔽并可靠接地。連接測力傳感器信號線至荷載采集儀。信號電纜與動力線纜要分開敷設(shè)。檢查核對千斤頂、傳感器、荷載采集儀端口編號對應(yīng)一致。加載系統(tǒng)手動操作控制正常。四、安裝、使用及維護2.設(shè)備安裝（3）光柵位移計及百分表安裝量程為10mm的光柵位移計和百分表用于測量兩側(cè)支座的支點沉降量；量程為50mm的光柵位移計和百分表用于測量梁體跨中位移量。位移計和百分表的金屬檢測桿保持鉛垂，觸頭預(yù)留1.0mm～2.0mm的壓縮量。檢測桿的觸頭初始安裝不能懸空。四、安裝、使用及維護2.設(shè)備安裝（4）裂縫檢測設(shè)備安裝圖像識別裂縫檢測儀：將圖像識別檢測裝置采用真空吸盤吸附置于梁體下方，高清相機鏡頭蓋開啟，準(zhǔn)備對梁體下表面進行掃描。b）振弦應(yīng)變裂縫檢測儀：將用于應(yīng)變測量的振弦傳感器以“工”字形布設(shè)在梁體底部密貼安裝，粘貼穩(wěn)固、牢靠。布設(shè)41路時，按編號1～41與橋梁檢測數(shù)據(jù)采集儀的CH1～CH41接線端對應(yīng)連接。四、安裝、使用及維護2.設(shè)備安裝

（5）主控柜與分控柜

主控柜穩(wěn)定放置在試驗梁一側(cè)的中間位置。

儀表柜和變頻器柜穩(wěn)定放置在試驗梁上。（6）電力與信號接線

按照隨機提供的電氣連接圖操作。四、安裝、使用及維護3.操作使用（1）運行主控軟件，主控軟件進行運行環(huán)境和程序自檢后自動讀取預(yù)存橋梁靜載試驗參數(shù)并自動計算試驗梁各級加載的跨中彎矩、荷載值、設(shè)計撓跨比判別值等。點擊工控機“開始”按鈕，電動機開始運轉(zhuǎn)，試驗按照計算的荷載值一鍵“全自動”完成第一加載循環(huán)、第二加載循環(huán)的試驗。（2）開始加載后，操作人員密切注意各測力傳感器荷載上升是否正常，關(guān)注各撓度檢測數(shù)據(jù)是否正常，振弦應(yīng)變儀數(shù)據(jù)采集是否正常，數(shù)據(jù)圖像監(jiān)控是否正常。若有問題，點擊“暫定”按鈕，檢查和處理問題；處理完畢，點擊“繼續(xù)”，繼續(xù)試驗。（3）加載過程中，每一級加載時均由主控程序控制音箱進行語音播報。現(xiàn)場參與試驗人員根據(jù)語音得知加載進度及加載的具體情況，協(xié)調(diào)一致進行操作。四、安裝、使用及維護3.操作使用

（4）主控程序?qū)崟r接收并自動顯示荷載值，根據(jù)預(yù)存的橋梁靜載試驗參數(shù)和實時測量的光柵位移計的位移數(shù)據(jù)，動態(tài)計算各級實際撓跨比和跨中彎矩，荷載-撓度曲線體現(xiàn)加載進度。主控程序根據(jù)振弦傳感器的實時檢測數(shù)據(jù)，自動顯示振弦應(yīng)變儀的線性相關(guān)系數(shù)并給出合格與否的判別提示。

（5）加載試驗中梁頂及梁底各設(shè)1人，配合圖像監(jiān)控，巡視硬件設(shè)備工作狀況。第一加載循環(huán)完畢后休息10分鐘進行第二加載循環(huán)試驗，在此期間，檢查各千斤頂、光柵位移計是否回位，精軋螺紋鋼是否松動，各種設(shè)備是否正常。遇緊急情況可一鍵按下急停按鈕斷電，停止所有加載操作，保證試驗安全。

（6）試驗完成后系統(tǒng)自動生成“靜載試驗計算單”和輸出“靜載試驗報告”。四、安裝、使用及維護加載進度條持荷計時器實測荷載值數(shù)據(jù)跨中彎矩-撓度曲線圖加載和持荷進度條試驗梁信息撓度數(shù)據(jù)實際和理論荷載與跨中彎矩功能按鈕振弦應(yīng)變儀布置示意圖及實時數(shù)據(jù)振弦配置按鈕3.操作使用-主控界面四、安裝、使用及維護裂縫檢測參數(shù)信息操作按鈕裂縫圖像對比顯示區(qū)試驗前圖像裂縫檢測原始圖像裂縫檢測標(biāo)識圖像3.操作使用-圖像識別裂縫檢測操作界面四、安裝、使用及維護加載過程動態(tài)圖菜單欄工具欄預(yù)設(shè)荷載與持荷時