铁路桥梁静载试验自控装置

微控铁路桥梁静载试验系统
概述
微控铁路桥梁静载试验系统是武汉希萌工程咨询有限公司和武汉远通路桥物资有限公司联合开发的全新计算机全自动控制桥梁静载试验系统。

它集桥梁静载试验前期准备（包括：桥梁静载试验加载计算，千斤顶自动配套标定和线性回归计算，试验加载循环历程确定，试验大纲自动输出为word文档），试验过程的全自动加载控制和加载过程信息的全记录（可以做到试验过程一人完成，自动加载到各级载荷，在各级载荷处自动持荷保压和全过程地记录加载载荷，梁在加载过程中的个点挠度，及时就算出加载过程的中跨弯矩和梁的挠跨比，加载和记录精准），和试验完毕后，立刻自动输出word文档的试验报告（包括：加载设备布置一览表、加载历程一览表、百分表布置一览表、试验加载记录表、试验挠度记录表、试验时间记录表、产品质量检验报告等）于一体。

有了本系统，彻底改变制梁厂在做桥梁静载试验时，全厂停工参与试验的现状。

极大地减少桥梁静载试验的工作量。

使得桥梁静载试验的常态化和可控化得到保障。

本系统主要由试验软件系统、试验控制计算机、试验液压站控制系统和试验用液压站四部分组成。

各部分相对独立又极易组合。

整套设备及其适合目前流动制梁厂使用。

软件部分
软件系统主界面
试验梁信息、参数录入、加载设备安排和百分表布置对话框
加载载荷计算对话框
加载循环历程编辑对话框
液压张、千斤顶配套标定对话框
配套标定计算机制动数据采集界面。

第二章 静载试验北浩龙江大桥位于广西省柳州市柳城县，采用40+64+40m 三跨一联预应力砼变高度箱形连续梁，属于新建铁路桥梁。

根据结构特点，静载试验选择3跨（0#台~1#墩边跨、中跨、1#墩~2#墩边跨）进行试验，经过各方单位几天的密切配合和精心准备，于2008年7月10日上午6:30至下午18:00完成了对0#桥台到3#墩之间的桥跨的全部3种工况的现场静载试验。

柳州贵阳图2.1北浩龙江大桥立面布置图（单位:m ）2.1测点布置与测试方法2.1.1 控制截面应力测试应变测试主要采用表面式振弦式应变计，配合读数仪，测量精度控制在±0.2MP 以内。

应变值通过记录的N 或L 值得到：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=-=∆20219211110N N K εεε=-1L 0L式中，K=4.062，N、1L——当前值，0N、0L——初始值。

1为消除温度变化的影响，在梁体非受力位置布置一个应变温度补偿测点。

下游(a)跨中截面测点布置图下游(b)墩顶截面测点布置图图2.2 梁体控制截面应变测点布置示意图2.1.2 梁体竖向静挠度测试在边跨跨中、中跨跨中、中跨L/4、中跨3L/4及各支座截面布置挠度测点，上下游两侧对称布置。

考虑到连续梁桥的特点，各控制截面加载时，除了测试本试验跨支点外，还需测试两相邻桥跨跨中、支点处布置挠度测点，测点布置如图2.3所示。

挠度测试主要采用高精密水准仪进行，测试时，须找取不受荷载影响的稳定的后视点。

此项内容主要为评判桥梁的竖向刚度提供依据。

同时，还可监测各支点的沉降。

试验跨试验跨试验跨图2.3 挠度测点布置示意图2.1.3 裂缝观测为了确保梁体的工作状态，试验过程中及加载后，须对梁体控制截面进行详细观测，包括裂缝的出现及扩展情况。

若混凝土出现裂缝，则进行裂缝状况描绘，并采用20倍的刻度放大镜或安装千分表进行裂缝宽度量测。

2.2 理论分析为了准确分析该的结构特性和确定最不利轮位布载，理论分析主要采用“桥梁博士”系统3.03版以及MIDAS大型有限元分析程序分别计算内力影响线、控制截面的应力和变形等参数。

桥梁结构静载试验的量测仪器的使用事物的量变是质变的重要反映，桥梁结构也不例外。

所以桥梁检验不公要观察结构的变化的形态。

更重要的要取得反映结构性能变化的定量数据，只有取得了可靠的数据，才能对结构的性能做出正确的结论，以达到试验目的。

随着科学技术的不断发展，各学科互相渗透，新的量测仪器也不断涌现，从最简单的逐个测读，手工记录的仪表到应用计算机快速采集和处理数据的复杂系统，种类繁多，原理各异，量测系统基本上由三部分组成：如图1—1所示：图1-1感受部分把直接从测点上感受的被测信号传给放大部分，通过各种元件（机械式，电子式或光学式的）转换放大后传给最后部分，启动指针或码管或屏幕等进行指示，显示或记录设备进行记录。

桥梁结构静载试验对量测仪器的基本要求：1． 性能必须满足试验的具体要求，如合适的灵敏度，足够的精度和量程；2． 安装在结构上的仪表，要求质量轻，体积小，不影响被测结构的工作性能和受力情况；3． 选用的仪表种类，规格应尽量小，尽可避免繁杂的换算而引进误差；4．仪器对环境的适应性要强，且使用方便，工作可靠和经济耐用等。

一． 应变量测仪表结构在外力作用下，内部产生应力，不同部位的应力值是评定结构性质的重要指标，也是建交结构理论的重要依据。

但目前直接测定应力还没有较好的方法，一般均采用测定应变，而通过公式б=E ε求得，或由已知的б-ε曲线查得。

应变的量测通常是在预定的标准长度范围L 内，量测长度变化，增量的平均值△L ，由ε=△L/L 得，这是应变量测的基本原理。

应变量测方法和仪表很多，主要有电测和机测两类，电测法以电阻应变仪量测为主。

（一） 电阻应变仪变仪量测是通过粘贴在试件测点的感受元件电阻应变计与式主义试件同步变形，输出电信号进行量测与处理，其简单流程如下：△I d k △I d ±k △I d±цε图1-2它具有感受元件重量轻，体积小，量测系统信号传递迅速，灵敏度高，可遥测，便于与计算机联用和实现自动化等优点，从而得到大量应用。

桥梁静动载试验检测技术方案（实施细则）1.1 检测目的（1 ）对工程实体进行检测，并重点对施工中已出现的问题和设计要点、重点进行详细检查。

依据检查结果对所发现的问题做出相应的评估，以消除工程质量隐患，为工程的交工验收质量评定提供可靠的资料及确定目前存在的病害对桥梁的使用功能及耐久性能的影响程度及整改的初步评价与方案。

（2 ）通过荷载试验测定该桥在试验荷载作用下控制断面的应变和挠度等参数，判定桥跨结构的实际工作状态和静力性能；通过荷载试验测定该桥结构在动力荷载作用下的受迫振动特性和自振特性、测定桥梁结构的模态参数，判定桥跨结构的动力性能。

（3 ）综合评价桥梁的工程质量，为桥梁后期养护维修工作及运营期间积累原始科学资料。

1.2 检测项目桥梁静载试验前应进行桥梁外观检测，静载试验时，测试桥梁结构在试验荷载作用下控制截面的应变（应力）、变形、裂缝开展情况等。

动载试验时，测试桥梁结构的自振频率、振型和阻尼系数，桥梁结构在动力荷载作用下的振动频率、冲击系数等。

1.3 检测方案word 专业资料外观检查桥梁外观质量检查采取向相关单位（建设单位、监理单位、施工单位）调查、现场外观检查相结合的方式进行。

荷载试验前，通过向相关单位问询及搜集施工技术资料，调查试验桥梁在施工过程中是否存在施工质量问题；另一方面，对试验桥梁的桥面系、上部结构、支座及下部结构进行现场外观质量检查，以查明各部位的实际状况。

对荷载试验结果有直接影响的问题，如上下部结构物的有无影响结构受力的缺陷或损坏、支座有无偏位、破损情况等，在试验过程中随时注意观察其变化，在加载试验过程中和试验结束后，也要对受加载影响较大的主要控制部位进行详细的检查。

此次桥梁外观检查以目测观察结合仪器观测进行，近距离检查桥梁各部件的缺损情况。

桥面系构造的检查①桥面铺装对桥面铺装裂缝进行逐一统计，对裂缝长度、分布位置进行逐条详细记录，并采集影像资料。

裂缝长度采用钢卷尺测量，裂缝位置用钢卷尺测量。

精心整理跨黔桂扩能铁路大桥、狮头河1号中桥、绿荫河中桥单梁静载试验方案1、工程概况跨黔桂扩能铁路大桥为跨黔桂扩能铁路和地方规划甘塘镇四号路而设，与路线成105度交角。

上部构造采用4-30m预应力T梁、先简支后结构连续；下部构造采。

1跨中桥立面图狮头河1号中桥跨越狮头河而设，路线与河沟与600交角，上部结构采用3-16m 预制预应力混凝土空心板；下部结构采用桩基础；设计荷载公路-I级；桥面宽度15.5m。

图3狮头河1号中桥立面图为保证桥梁施工质量及施工安全，需对这3座桥梁的预制单梁进行静载检测，234本次桥梁检测的的主要仪器设备见下表：5、板梁静力荷载试验静力荷载试验是检验单梁承载能力最直接有效的手段和方法，主要是通过测量30m对狮头河5.1-I级，之S——静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力s或变位的最大计算效应值；S'——控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值；μ——按规范取用的冲击系数值。

5.2、加载方案本次静力荷载试验初步拟定采用液压千斤顶在跨中施加荷载，为了防止结构在加载过程中意外损伤，静力试验荷载采用分级加载的方式。

本次荷载试验初步拟定分五级加载，然后分三级卸载。

在加载过程中通过实时监测各测点挠度及应变变化来控制实际加载进度。

采用液压千斤顶在跨中施加荷载，应在千斤顶处参照下图布置分配梁，不可将千图4应变测试方法：在跨中截面的应变测试点处粘贴电阻应变片，通过静态电阻应变仪测得相应的应变值。

5.4、测点布置应变测点：布设于各试验对象的跨中截面处，沿截面底板布置4个测试点。

挠度测点：布设于各单梁的跨中截面、L/4截面、3L/4截面，其中跨中布置3个，L/4截面、3L/4截面各布置1个。

支点沉降位移测点：布设于单梁两端的支点处，共2个位移测点，均采用百分表顶支于支座截面测量。

图5挠度测点布置示意图图6应变测点布置示意图（2）实验准备：提前组织相应数量的堆载重物及堆载人员、设备，同时组织现场供电、照明设施等相关工作，检测方应校验检测仪器设备。

目前，我国铁路桥梁按照T B/T 2092—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》[1]进行静载弯曲试验，该试验是评定桥梁使用性能的主要手段。

铁路桥梁静载试验智能化自控系统能够自动完成评定标准所规定加载试验的全过程，加载同步，操作简单，结构稳定、安全，一体化程度高，实现了铁路桥梁静载试验全过程的自动化和信息化。

新建郑州—阜阳铁路ZFZQ-2标扶沟制梁场总面积11.6万m2（174亩），共承担470榀预应力简支箱梁预制及架设任务。

为满足施工需要，保证产品质量，制梁场采用JSZK-Ⅰ型静载试验智能化自控系统。

1 系统原理静载试验智能化自控系统采用模块化结构设计，由主控、加载、校核、荷载测量、挠度测量、裂缝检测、BIM数据传输、安全应急及报警8个模块组成（见图1），配置对应软件程序和接口。

主控模块是加载智能化自控系统的核心，按照预定算法进行计算、分析和判断，完成数据记录、传输以及报告输出；加载模块按照主控模块指令为静载试验提供加载动力；校核、荷载测量模块采用轮辐测量传感器，用于智能化自控系统在高铁预制箱梁静载试验中的应用■　刘志战 刘玉卿 陈宏君 张金帆 郭文昌 尹晓夏摘 要：为满足施工需要，保证产品质量，制梁场在进行铁路桥梁静载试验时采用智能化自控系统，可实现静载试验全过程的自动化和信息化。

介绍智能化自控系统的组成原理，从准备工作、设备安装、应用过程、注意事项等方面分析系统应用情况，并与传统试验方法进行对比，结果表明智能化自控系统具有显著优越性，可确保试验数据的精确性，减少人工投入，提高试验效率及试验结果的可靠性。

关键词：铁路桥梁；智能化；信息化；自控系统；静载试验中图分类号：U24 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2018）05-0028-05 DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2018.05.028图1 智能化自控系统组成加载模块荷载测量模块校核模块挠度测量模块主控模块BIM数据传输模块安全应急及报警模块裂缝检测模块采集加载的力值并检校，为主控模块提供数据并形成闭环；挠度测量模块采用光栅位移计，用于测量梁体在受力后发生的挠度变形，并将数据提供给主控模块进行计算；裂缝检测模块采用振弦检测及图像识别，用于梁体下缘底面及侧面受力裂缝的检测，并提供裂缝的数据及影像资料；BIM数据传输主要通过主控模块的软件程序实现与信息化平台的互联互通；安全应急及报警模块用于防止断电、加载异常等突发情况对静载试验装置的软硬件造成损坏，并实施设备自检、不合格预警、异常情况的报警及处置。