铁路桥梁静载试验自控装置铁科院演示文稿20160624郑州

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、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。科技成果评审

该装置于2016年4月29日顺利通过铁总科技管理部组织的科技成果评审。工程试运用

该装置在石济客专、济青高铁等项目建设中进行了成功试应用。二、组成结构

试验人员完成梁型、梁号等基础信息参数配置后一键启动试验，本装置

静载试验自控装置采用模块化结构，由主控、加载、荷载测量、挠度测量、安全监测、裂缝检测、数据传输、安全应急报警八个模块组成，配置对应软件程序和接口。工作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输入输出试验启动后，主控模块发送流程控制指令给加载模块，加载模块按照指令进行自动加载；加载过程中，荷载测量模块、挠度测量模块、安全监测模块和裂缝检测模块将采集的检测数据实时传输到主控模块，主控软件按照预定算法进行计算、分析和判断，完成数据记录、传输、报告输出。加载控制闭环结构主要设备-控制柜

主控柜：集成工业控制计算机、显示器、UPS应急电源、打印机、语音播报音箱、声光报警器等设备。

分控柜：集成仪表、变频器串口集线器、动力供电等设备。主要设备-电动机械千斤顶万向压帽底垫板机械千斤顶电机传感器减速器最大加载能力2000kN最大行程250mm150t疲劳性能﹥200次

变频电机、减速器、机械千斤顶与数字式压力传感器集成为加载一体化机械组件（总高度790mm，适用现有试验台高度），通过变频器控制加载。主要设备-荷载检测与监测传感器 分别采用轮辐式双功能数字压力传感器的两路独立输出进行荷载测量与监测。

输出A\B两路测量范围（0-2000）kN准确度0.1%F.S

该传感器是在同一个压力传感器的内部安置两套完全独立的弹性应变体、独立的电路、独立的传输系统，形成两套完全独立、性能等同的压力检测系统。主要设备-挠度测量与监测仪器 分别采用6个光栅位移计和6个机械式百分表进行挠度测量和监测。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挠度测量用光栅位移计主要设备-图像识别裂缝检测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识别裂缝检测仪安装示意图横向检测范围为梁底板中心线跨中左右各2m，纵向检测范围为梁底板及下翼缘底角15cm的全部范围，检测面积为22m2。

梁底板轮廓线梁底板轮廓线图像识别裂缝检测仪走行装置主要设备-振弦应变裂缝检测仪名称数量主要参数振弦传感器41个测量范围（-3000～+3000）uε；测量精度：≤1uε

采集仪1套通道数量：48路；轮循时长：≤40s；测量精度：频率：0.1Hz；温度：0.5℃振弦传感器振弦传感器安装位置示意

将振弦传感器以“工”字形安装在梁体底部，共布置41路。

由于振弦传感器的物理特性和安装尺寸的限制，其只能对梁体指定部位进行检测。为了保证裂缝检测范围全面覆盖，需要现场试验人员对未覆盖的区域（含应力集中的底角）进行人工观测。

5m梁底板轮廓线梁底板轮廓线人工观测区域人工观测区域三、主要功能与性能1.主要功能（1）自动加载 自动计算生成《静载试验计算单》并按照试验流程自动控制各加载点达到并保持在试验规定的荷载值，一键启动全过程（两个循环）自动化加载控制；（2）自动检测 自动检测实际荷载值和挠度，计算挠跨比并动态绘制跨中弯矩—挠度曲线图；梁体受力裂缝自动检测。（3）自动判定 挠跨比及梁体受力裂缝合格智能化判定，自动输出《静载试验报告》,并具备电子签章功能；

三、主要功能与性能（4）自动报警 试验过程中出现不合格结果或系统工作故障时自动报警。（5）安全应急 加载异常或出现故障、断电等突发情况时可立即停止加载并保存数据。（6）加载手动控制 可手动控制千斤顶加载及卸载，以适应千斤顶安装调整及故障处置。

三、主要功能与性能（7）设备状态自检 设备仪器状态自诊断；（8）安全监测 荷载及挠度实际测量值的独立、实时监测；（9）数据传输 具备标准通信接口，可接入梁场生产管理系统信息系统和铁路工程管理平台，实现标准梁型参数自动下载，试验数据、试验报告实时上传和试验数据、图像的远程监控。

三、主要功能与性能2.主要性能（1）适用范围 满足TB/T2092-2003《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》规定，适用于T型、箱型、槽型等类型预应力混凝土铁路桥简支梁的静载试验。按照T型梁5套、单箱单孔箱梁（槽型梁）10套、单箱双室梁配置15套加载及荷载检测模块。（2）加载性能

a.加载持荷相对偏差：≤1%；

b.加载过程同步偏差：≤20kN；

c.加载速度：≤3kN/s；（3）挠度测量相对偏差：≤0.1%F.S；

三、主要功能与性能（4）裂缝检测 a.裂缝检测识别能力(最小裂缝宽度)： 图像识别：≤0.02mm；（振弦检测：≤0.01mm）。 b.裂缝检测单次循环用时： 图像扫描并识别：≤5min；（振弦检测：≤50s）。 c.裂缝检测范围： 图像识别：涵盖梁体跨中左、右各不小于2.0m的下缘底角及梁底面的全部范围；（振弦检测：传感器安装在梁底面的跨中线及两侧边缘位置，即

按“工”字形设置41个测点）。

四、安装、使用及维护1.现场安装条件应配有足够强度、刚度的反力架，反力架梁能提供的反力应不小于计算最大试验荷载值的1.5～2.0倍。在最大试验荷载下反力架的上拱和试验梁下挠的总变形，不应超过加载千斤顶最大行程。（通常反力架上拱变形最大不应超过150mm）配备安装反力架、千斤顶等的吊装机具及安装竖拉杆专用扭矩扳手。加载试验必要时应设置防风、防倾支护。电气设备应具有综合接地装置，且接地电阻应小于4Ω。应具备三相交流380V和220V、50Hz供电和发电条件。

应具备10M带宽以上的网络端口。按照TB/T2092标准要求安装好试验梁。备用发电机应在试验时做好应急准备。四、安装、使用及维护2.设备安装

（1）加载千斤顶安装沿试验梁梁顶标出的腹板中心线用墨线清晰弹出纵横向“十字”线作为千斤顶安放的中心位置。梁顶各加载点铺设垫层（细砂）及钢座板。钢座板用水平尺调平后，移入千斤顶。移入千斤顶时注意轻缓，不破坏调平后的钢座板和垫层。各千斤顶中心与梁顶加载中心线纵横向位置偏差均不大于10mm。连接机械千斤顶电机电源线至变频器输出插座。使用中高压动力线缆不要绕环堆放，防止电磁涡流效应；电机电源线必要时采用金属丝网包裹屏蔽并可靠接地。连接测力传感器信号线至荷载采集仪。信号电缆与动力线缆要分开敷设。检查核对千斤顶、传感器、荷载采集仪端口编号对应一致。加载系统手动操作控制正常。四、安装、使用及维护2.设备安装（3）光栅位移计及百分表安装量程为10mm的光栅位移计和百分表用于测量两侧支座的支点沉降量；量程为50mm的光栅位移计和百分表用于测量梁体跨中位移量。位移计和百分表的金属检测杆保持铅垂，触头预留1.0mm～2.0mm的压缩量。检测杆的触头初始安装不能悬空。四、安装、使用及维护2.设备安装（4）裂缝检测设备安装图像识别裂缝检测仪：将图像识别检测装置采用真空吸盘吸附置于梁体下方，高清相机镜头盖开启，准备对梁体下表面进行扫描。b）振弦应变裂缝检测仪：将用于应变测量的振弦传感器以“工”字形布设在梁体底部密贴安装，粘贴稳固、牢靠。布设41路时，按编号1～41与桥梁检测数据采集仪的CH1～CH41接线端对应连接。四、安装、使用及维护2.设备安装

（5）主控柜与分控柜

主控柜稳定放置在试验梁一侧的中间位置。

仪表柜和变频器柜稳定放置在试验梁上。（6）电力与信号接线

按照随机提供的电气连接图操作。四、安装、使用及维护3.操作使用（1）运行主控软件，主控软件进行运行环境和程序自检后自动读取预存桥梁静载试验参数并自动计算试验梁各级加载的跨中弯矩、荷载值、设计挠跨比判别值等。点击工控机“开始”按钮，电动机开始运转，试验按照计算的荷载值一键“全自动”完成第一加载循环、第二加载循环的试验。（2）开始加载后，操作人员密切注意各测力传感器荷载上升是否正常，关注各挠度检测数据是否正常，振弦应变仪数据采集是否正常，数据图像监控是否正常。若有问题，点击“暂定”按钮，检查和处理问题；处理完毕，点击“继续”，继续试验。（3）加载过程中，每一级加载时均由主控程序控制音箱进行语音播报。现场参与试验人员根据语音得知加载进度及加载的具体情况，协调一致进行操作。四、安装、使用及维护3.操作使用

（4）主控程序实时接收并自动显示荷载值，根据预存的桥梁静载试验参数和实时测量的光栅位移计的位移数据，动态计算各级实际挠跨比和跨中弯矩，荷载-挠度曲线体现加载进度。主控程序根据振弦传感器的实时检测数据，自动显示振弦应变仪的线性相关系数并给出合格与否的判别提示。

（5）加载试验中梁顶及梁底各设1人，配合图像监控，巡视硬件设备工作状况。第一加载循环完毕后休息10分钟进行第二加载循环试验，在此期间，检查各千斤顶、光栅位移计是否回位，精轧螺纹钢是否松动，各种设备是否正常。遇紧急情况可一键按下急停按钮断电，停止所有加载操作，保证试验安全。

（6）试验完成后系统自动生成“静载试验计算单”和输出“静载试验报告”。四、安装、使用及维护加载进度条持荷计时器实测荷载值数据跨中弯矩-挠度曲线图加载和持荷进度条试验梁信息挠度数据实际和理论荷载与跨中弯矩功能按钮振弦应变仪布置示意图及实时数据振弦配置按钮3.操作使用-主控界面四、安装、使用及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-图像识别裂缝检测操作界面四、安装、使用及维护加载过程动态图菜单栏工具栏预设荷载与持荷时