JSZK-Ⅰ型铁路桥梁静载试验自动控制装置

主讲：姜会增2017/2JSZK-Ⅰ型铁路桥梁静载试验自动控制装置铁路工程信息化系统培训讲义目录四、安装、使用及维护一、产品简介三、主要功能与性能二、组成结构一、产品简介

JSZK-Ⅰ型铁路桥梁静载试验自动控制装置是铁科院结合铁路工程建设信息化项目研制的自动化和信息化新装备。依托：总公司铁路工程管理平台BIM中心桥梁静载试验模块项目。

2015年度铁总重点课题：《铁路线桥隧工程建造技术深化研究——铁路桥梁静载试验自动控制装置的研制》（合同编号：2015D001-A）具备：自动加载、自动检测计算、自动记录报告、自动数据传输等功能满足：TB/T2092《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准》；工管科信函[2015]331号《铁路预应力混凝土简支梁静载试验自动控制系统数据接口暂行规定》。实现：试验过程自动化控制：自动加载；自动检测；自动判定；自动输出；试验数据信息化管理：基本信息；过程数据；试验报告；现场视频。铁路桥梁静载试验自动控制装置试验实景铁路桥梁静载试验现状

目前，我国各梁场铁路桥梁静载试验还停留在人工加载、人工读数、人工观测、人工判定的落后现状，试验时由人工操作10台油泵分别控制液压千斤顶进行加载，采用6块百分表测量挠度值。

主要存在以下几方面问题：需耗费大量的人力，试验效率低；难以保证加载同步及精度，试验质量难以保证；千斤顶液压控制装置笨重且需配套标定，使用和维护复杂；人工读数记录、人工计算，数据量大，计算繁琐，出错几率高；大人为因素影响较大，难以保证试验数据的准确可靠；不能实现静载试验信息化管理。

铁路桥梁静载试验现状试验全过程自动化控制

试验人员完成梁型、梁号等基础信息参数配置后，本装置自动生成《静载试验计算单》，一键启动试验即可按照标准自动循环加载、同步加载、自动平衡、自动检测判定、自动输出《静载试验报告》，自动传输试验数据及图像。一键启动、全过程自动完成。操作简单，使用方便，工作效率高；闭环控制，自动测量。加载同步、动态平衡、数值准确，试验质量高；试验数据信息化管理数据内容下载制梁场试验梁制梁信息、静载试验计算基本参数上传静载试验基本信息、荷载计算参数信息、各级加载弯矩参数计算单、荷载参数计算结果、静载试验过程信息、静载试验报告远程实时监控试验进程信息、试验实时数据、试验现场视频

配置标准接口及视频监控设备，数据格式满足接口要求，实现标准梁型参数自动下载，试验数据、试验报告和试验图像远程监控实时上传，满足静载试验信息化管理要求。结构稳定、安装便捷、维护量小

电动机械千斤顶加载方式结构简单、稳定，不受环境温度影响；电动机械千斤顶、双功能轮辐式数字测力传感器、变频电机高度一体化集成，整体安装、拆卸、维护方便。

取代了高压泵站、进口高压阀件、大量油路、油表等液压设备，消除了传统液压加载方式油泵油路泄露导致的安全隐患，大大减小高压阀件等环节的维护工作量。综合安全防护、保障试验安全安全防护措施功能硬盘写入保护及RAID保证系统安全，系统快速还原。UPS防止电力系统的突然中断造成数据丢失、电气仪表损坏急停装置一键急停手动卸载手动操作卸载软件防护防火墙、设备自诊断、权限管理、安全阈值、加载荷载值动态监测、挠度值动态监测

设置多项软、硬件安全防护措施，可有效应对试验过程中的突发情况，保障试验安全。科技成成果评评审该装置置于2016年4月29日顺利利通过过铁总总科技技管理理部组组织的的科技技成果果评审审。工程试试运用用该装置置在石石济客客专、、济青青高铁铁、郑郑万高高铁、、郑阜阜高铁铁、商商合杭杭高铁铁、黔黔张常常快铁铁等项项目建建设中中进行行了成成功试试应用用。二、组组成结结构试验人人员完完成梁梁型、、梁号号等基基础信信息参参数配配置后后一键键启动动试验验，本本装置置静载试试验自自控装装置采采用模模块化化结构构，由由主控控、加加载、、荷载载测量量、挠挠度测测量、、安全全监测测、裂裂缝检检测、、数据据传输输、安安全应应急报报警八八个模模块组组成，，配配置对对应软软件程程序和和接口口。工作原原理子模块名称数据类型实现功能接口类型数据流向加载模块加载指令实现试验过程自动加载RS-232输出荷载模块荷载值荷载值的实时监控、采集、存储、计算输入安全监测模块荷载校核值校核值的实时监控、采集输入挠度模块挠度值挠度值的实时监控、采集输入裂缝模块裂缝信息裂缝值的实时监控、采集输入报警模块报警指令加载预报及声光电报警输出数据传输模块试验数据下载试验梁标准信息及上传试验数据RJ-45输入输出试验启启动后后，主主控模模块发发送流流程控控制指指令给给加载载模块块，加加载模模块按按照指指令进进行自自动加加载；；加载载过程程中，，荷载载测量量模块块、挠挠度测测量模模块、、安全全监测测模块块和裂裂缝检检测模模块将将采集集的检检测数数据实实时传传输到到主控控模块块，主主控软软件按按照预预定算算法进进行计计算、、分析析和判判断，，完成成数据据记录录、传传输、、报告告输出出。加载控控制闭闭环结结构主要设设备-控制柜柜主控柜柜：集成工工业控控制计计算机机、显显示器器、UPS应急电电源、、打印印机、、语音音播报报音箱箱、声声光报报警器器等设设备。。分控柜柜：集成仪仪表、、变频频器串串口集集线器器、动动力供供电等等设备备。主要设设备-电动机机械千千斤顶顶最大加载能力2000kN最大行程250mm150t疲劳性能﹥200次变频电电机、、减速速器、、机械械千斤斤顶与与数字字式压压力传传感器器集成成为加加载一一体化化机械械组件件（总总高度度790mm，适用用现有有试验验台高高度）），通通过变变频器器控制制加载载。主要设设备-荷载检检测与与监测测传感感器分别采采用轮轮辐式式双功功能数数字压压力传传感器器的两两路独独立输输出进进行荷荷载测测量与与监测测。输出A\B两路测量范围（0-2000）kN准确度0.1%F.S该传感感器是是在同同一个个压力力传感感器的的内部部安置置两套套完全全独立立的弹弹性应应变体体、独独立的的电路路、独独立的的传输输系统统，形形成两两套完完全独独立、、性能能等同同的压压力检检测系系统。。主要设设备-挠度测测量与与监测测仪器器分别采采用6个光栅栅位移移计和和6个机械械式百百分表表进行行挠度度测量量和监监测。。数字式光栅位移计机械式百分表量程10mm（4个）50mm（2个）10mm（4个）50mm（2个）分辨率0.005mm0.01mm挠度测测量用用光栅栅位移移计主要设设备-图像像识识别别裂裂缝缝检检测测仪仪名称数量主要参数千兆网工业面阵相机4个500w像素、黑白高清低畸变工业镜头4个8mm，变焦LED条形光源4组白色，发光面积130*45mm导轨1套（含2辆小车）满足检测范围要求图像处理单元1套单幅图像处理速度小于300ms软件1套图像采集控制及处理识别算法图像像识识别别裂裂缝缝检检测测仪仪安安装装示示意意图图横向向检检测测范范围围为为梁梁底底板板中中心心线线跨跨中中左左右右各各2m，纵纵向向检检测测范范围围为为梁梁底底板板及及下下翼翼缘缘底底角角15cm的全全部部范范围围，，检检测测面面积积为为22m2。梁底底板板轮轮廓廓线线梁底底板板轮轮廓廓线线图像像识识别别裂裂缝缝检检测测仪仪走走行行装装置置主要要设设备备-振弦弦应应变变裂裂缝缝检检测测仪仪名称数量主要参数振弦传感器34个测量范围（-3000～+3000）uε；测量精度：≤1uε

采集仪1套通道数量：40路；轮循时长：≤40s；测量精度：频率：0.1Hz；温度：0.5℃振弦弦传传感感器器振弦弦传传感感器器安安装装位位置置示示意意将振振弦弦传传感感器器按按两两排排平平行行安安装装在在梁梁体体底底部部，，共共布布置置34路。由于于振振弦弦传传感感器器的的物物理理特特性性和和安安装装尺尺寸寸的的限限制制，，其其只只能能对对梁梁体体指指定定部部位位进进行行检检测测。。为了了保保证证裂裂缝缝检检测测范范围围全全面面覆覆盖盖，，需需要要现现场场试试验验人人员员对对未未覆覆盖盖的的区区域域（（含含应应力力集集中中的的底底角角））进进行行人人工工观观测测。。梁底底板板轮轮廓廓线线梁底底板板轮轮廓廓线线人工工观观测测区区域域三、、主主要要功功能能与与性性能能1.主要要功功能能（1）自自动动加加载载自动动计计算算生生成成《静载载试试验验计计算算单单》并按按照照试试验验流流程程自自动动控控制制各各加加载载点点达达到到并并保保持持在在试试验验规规定定的的荷荷载载值值，，一一键键启启动动全全过过程程（（两两个个循循环环））自自动动化化加加载载控控制制；；（2）自自动动检检测测自动动检检测测实实际际荷荷载载值值和和挠挠度度，，计计算算挠挠跨跨比比并并动动态态绘绘制制跨跨中中弯弯矩矩—挠度度曲曲线线图图；；梁梁体体受受力力裂裂缝缝自自动动检检测测。。（3）自自动动判判定定挠跨跨比比及及梁梁体体受受力力裂裂缝缝合合格格智智能能化化判判定定，，自自动动输输出出《静载载试试验验报报告告》,并具具备备电电子子签签章章功功能能；；三、、主主要要功功能能与与性性能能（4）自自动动报报警警试验验过过程程中中出出现现不不合合格格结结果果或或系系统统工工作作故故障障时时自自动动报报警警。。（5）安安全全应应急急加载载异异常常或或出出现现故故障障、、断断电电等等突突发发情情况况时时可可立立即即停停止止加加载载并并保保存存数数据据。。（6）加载手动动控制可手动控制制千斤顶加加载及卸载载，以适应应千斤顶安安装调整及及故障处置置。三、主要功功能与性能能（7）设备状态态自检设备仪器状状态自诊断断；（8）安全监测测荷载及挠度度实际测量量值的独立立、实时监监测；（9）数据传输输具备标准通通信接口，，可接入梁梁场生产管管理系统信信息系统和和铁路工程程管理平台台，实现标标准梁型参参数自动下下载，试验验数据、试试验报告实实时上传和和试验数据据、图像的的远程监控控。三、主要功功能与性能能2.主要性能（1）适用范围围满足TB/T2092-2003《预应力混凝凝土铁路桥桥简支梁静静载弯曲试试验方法及及评定标准准》规定，适用用于T型、箱型、、槽型等类类型预应力力混凝土铁铁路桥简支支梁的静载载试验。按按照T型梁5套、单箱单单孔箱梁（（槽型梁））10套、单箱双双室梁配置置15套加载及荷荷载检测模模块。（2）加载性能能a.加载持荷相相对偏差：：≤1%；b.加载过程同同步偏差：：≤20kN；c.加载速度：：≤3kN/s；（3）挠度测量量相对偏差差：≤0.1%F.S；三、主要功功能与性能能（4）裂缝检测测a.裂缝检测识识别能力(最小裂缝宽宽度)：图像识别：：≤0.02mm；（振弦检检测：≤0.01mm）。b.裂缝检测单单次循环用用时：图像扫描并并识别：≤≤5min；（振弦检检测：≤50s）。c.裂缝检测范范围：图像识别：：涵盖梁体体跨中左、、右各不小小于2.0m的下缘底角角及梁底面面的全部范范围；（振弦检测测：传感器器安装在梁梁底面的两两侧边缘位位置，即按按两排平行行设置34个测点）。。四、安装、、使用及维维护1.现场安装条条件应配有足够够强度、刚刚度的反力力架，反力力架梁能提提供的反力力应不小于于计算最大大试验荷载值的1.5～2.0倍。在最大试验验荷载下反反力架的上上拱和试验验梁下挠的的总变形，，不应超过过加载千斤斤顶最大行行程。（通通常反力架架上拱变形形最大不应应超过150mm）配备安装反反力架、千千斤顶等的的吊装机具具及安装竖竖拉杆专用用扭矩扳手手。加载试验必必要时应设设置防风、、防倾支护护。电气设备应应具有综合合接地装置置，且接地地电阻应小小于4Ω。应具备三相相交流380V和220V、50Hz供电和发电电条件。应具备10M带宽以上的的网络端口口。按照TB/T2092标准要求安安装好试验验梁。备用发电机机应在试验验时做好应应急准备。。四、安装、、使用及维维护2.设备安装（1）加载千斤斤顶安装沿试验梁梁梁顶标出的的腹板中心心线用墨线线清晰弹出出纵横向““十字”线线作为千斤斤顶安放的的中心位置置。梁顶各加载载点铺设垫垫层（细砂砂）及钢座座板。钢座座板用水平平尺调平后后，移入千千斤顶。移移入千斤顶顶时注意轻轻缓，不破破坏调平后后的钢座板板和垫层。。各千斤顶中中心与梁顶顶加载中心心线纵横向向位置偏差差均不大于于10mm。连接机械千千斤顶电机机电源线至至变频器输输出插座。。使用中高高压动力线线缆不要绕绕环堆放，，防止电磁磁涡流效应应；电机电电源线必要要时采用金金属丝网包包裹屏蔽并并可靠接地地。连接测力传传感器信号号线至荷载载采集仪。。信号电缆缆与动力线线缆要分开开敷设。检查核对千千斤顶、传传感器、荷荷载采集仪仪端口编号号对应一致致。加载系统手手动操作控控制正常。。四、安装、、使用及维维护2.设备安装（3）光栅位移移计及百分分表安装量程为10mm的光栅位移移计和百分分表用于测测量两侧支支座的支点点沉降量；；量程为50mm的光栅位移移计和百分分表用于测测量梁体跨跨中位移量量。位移计和百百分表的金金属检测杆杆保持铅垂垂，触头预预留1.0mm～2.0mm的压缩量。。检测杆的的触头初始始安装不能能悬空。四、安装、、使用及维维护2.设备安装（4）裂缝检测测设备安装装图像识别裂裂缝检测仪仪：将图像像识别检测测装置采用用真空吸盘盘吸附置于于梁体下方方，高清相相机镜头盖盖开启，准准备对梁体体下表面进进行扫描。。振弦应变裂裂缝检测仪仪：将用于于应变测量量的振弦传传感器按两两排平行布布置在梁体体底部密贴贴安装，粘粘贴稳固、、牢靠。布布设34路时，按编编号1～34与桥梁检测测数据采集集仪的CH1～CH34接线端对应应连接。四、安装、、使用及维维护2.设备安装（5）主控柜与与分控柜主控柜稳定定放置在试试验梁一侧侧的中间位位置。仪表柜和变变频器柜稳稳定放置在在试验梁上上。（6）电力与信信号接线按照随机提提供的电气气连接图操操作。四、安装、、使用及维维护3.操作使用（1）运行主控控软件，主主控软件进进行运行环环境和程序序自检后自自动读取预预存桥梁静静载试验参参数并自动动计算试验验梁各级加加载的跨中中弯矩、荷荷载值、设设计挠跨比比判别值等等。点击工工控机“开开始”按钮钮，电动机机开始运转转，试验按按照计算的的荷载值一一键“全自自动”完成成第一加载载循环、第第二加载循循环的试验验。（2）开始加载载后，操作作人员密切切注意各测测力传感器器荷载上升升是否正常常，关注各各挠度检测测数据是否否正常，振振弦应变仪仪数据采集集是否正常常，数据图图像监控是是否正常。。若有问题题，点击““暂定”按按钮，检查查和处理问问题；处理理完毕，点点击“继续续”，继续续试验。（3）加载过程程中，每一一级加载时时均由主控控程序控制制音箱进行行语音播报报。现场参参与试验人人员根据语语音得知加加载进度及及加载的具具体情况，，协调一致致进行操作作。四、安装、、使用及维维护3.操作使用（4）主控程序序实时接收收并自动显显示荷载值值，根据预预存的桥梁梁静载试验验参数和实实时测量的的光栅位移移计的位移移数据，动动态计算各各级实际挠挠跨比和跨跨中弯矩，，荷载-挠度曲线体体现加载进进度。主控控程序根据据振弦传感感器的实时时检测数据据，自动显显示振弦应应变仪的线线性相关系系数并给出出合格与否否的判别提提示。（5）加载试验验中梁顶及及梁底各设设1人，配合图图像监控，，巡视硬件件设备工作作状况。第第一加载循循环完毕后后休息10分钟进行第第二加载循循环试验，，在此期间间，检查各各千斤顶、、光栅位移移计是否回回位，精轧轧螺纹钢是是否松动，，各种设备备是否正常常。遇紧急急情况可一一键按下急急停按钮断断电，停止止所有加载载操作，保保证试验安安全。（6）试验完成成后系统自自动生成““静载试验验计算单””和输出““静载试验验报告”。。四、安装、、使用及维维护3.操作使用-主控界面试验计时、、设备状态态持荷计时千斤顶加载载显示跨中弯矩-挠度曲线图图试验加载等等级指示各级加载、、持荷进度度指示条试验梁信息息光栅位移计计数值各级挠跨比比计算、判判定实际荷载、、弯矩与理理论荷载、、弯矩的比比对振弦最小相相关系数异常消息提提示栏软件操作按按键四、安装、、使用及维维护裂缝检测参数信息操作按钮裂缝图像对比显示区试验前图像裂缝检测原始图像裂缝检测标识图像3.操作使用-图像识别裂裂缝检测操操作界面四、安装、、使用及维维护3.操作使用-加载模块操操作界面自动加载与与手动加载载切换按键键加载设备连连接指示千斤顶加载载状态与荷荷载值显示示千斤顶加载载同步率指指示千斤顶操作作按键四、安装、、使用及维维护3.操作使用-主控软件数数据上传操操作界面登录BIM平台填写信息后后登录填写千斤顶顶重量填写此次静