自动静载系统在40m铁路箱梁静载试验中的应用

黄敬科 许仲琪 王森浩 张海峰 李桂洋

1. 中建铁路投资建设集团有限公司 中建股份科技研发计划资助

2. CSCEC-2020-Z-50 《高速铁路40m大跨度简支箱梁精益建造技术研究》

摘要：随着我国高速铁路的不断发展，铁路预制梁质量要求越来越高，静载试验是检验铁路预制梁整体质量最重要的一种手段。静载试验传统的加载系统是实行多个千斤顶人工控制的措施，人为误差因素较多，以及各千斤顶采用独立泵站控制，荷载加载时容易发生荷载值大小不一、持核不准现象，鄱阳制梁场采用自动静载系统对40m铁路箱梁静载试验，实现智能加载，减少人工，解决了诸多人为误差，提高了试验结果准确性，从而保证了梁体质量。自动静载在铁路行业达到了良好的效果，具有较高的推广价值。

关键词：静载试验；自动静载；40m铁路箱梁；梁体质量

0引言

静载试验，对铁路制梁场而言是生产鉴定性试验。铁路简支梁静载试验是按照简支梁试验方法预应力混凝土梁静载弯曲试验试验方案，将静止的荷载作用在铁路简支梁上的指定位置上，观测铁路简支梁结构的静力位移、静力应变、裂缝、挠度等参量的试验项目，然后根据简支梁试验方法预应力混凝土梁静载弯曲试验的评价指标，判断桥梁结构的承载能力及使用性能。鄱阳制梁场铁路简支箱梁生产中对40m简支箱梁进行静载试验，为实现减少人为因素影响，确保智能加载实验数据准确可靠，达到静载试验信息化管理，采用自动静载系统对梁体进行静载试验。

1静载试验状况分析

目前铁路静载试验可分两种试验状况：第1种状况，梁场铁路桥梁静载试验采用人工加载、人工读数、人工观测、人工计算判定数据，试验时由人工操作多台（40m箱梁采用14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。第2种状况，梁场铁路桥梁静载试验采用智能自控系统装置，试验人员完成梁型、梁号等基础信息参数配置后，智能自控系统装置自动生成《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。

2工程应用实例

2.1工程简要概况

新建南昌经景德镇至黄山铁路CJHZQJX-4标段鄱阳制梁场共计538榀箱梁的制梁任务，其中双线梁451榀，单线梁87榀。计划进行静载试验8次。

2.2静载试验技术分析

1.静载试验的目的是确保梁体质量满足要求。结合工程实际，静载试验可采用两种技术方式：方案1是采用传统静载试验方式，方案2是采用自动静载系统方式。

2.方案分析比较：

1）安全性

方案1采用人工加载，荷载值不容易控制，且采用高压油泵，液压加载方式油泵油路泄露导致的安全隐患。

方案2采用自动加载，且系统设置多项软、硬件安全防护措施（如表1），可有效应对试验过程中的突发情况，保障试验安全。

相对而言，方案2安全性更高。

表1 安全防护措施表

序号

安全防护措施

功能

1

硬盘写入保护及RAID

保证系统安全，系统快速还原。

2

UPS

防止电力系统的突然中断造成数据丢失、电气仪表损坏

3

急停装置

一键急停

4

手动卸载

手动操作卸载

5

软件防护	防火墙、设备自诊断、权限管理、安全阀值、加载荷载值动态监测、挠度值动态监测

2）操作便捷性

方案1千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。

方案2液压泵站、工控柜、千斤顶加载方式结构简单、稳定，不受环境温度影响，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，大大减小高压阀件等环节的维护工作量。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。

经比较，方案2操作更便捷。

3）经济性

方案1采用人工加载，试验过程需要20-30人。

方案2采用自动加载，试验过程仅需要3-4人即可。

通过估算，方案2人工成本显然比方案1更经济。

2.3 自动静载系统试验工作原理

1.硬件工作原理

自动静载系统硬件由4个装置组成：试验主控装置，加载执行装置，荷载测量装置，挠度、应变测量装置。

1）试验主控装置

试验主控装置由工业控制计算机（工控机），电源模块和无线数据上传模块组成，它不仅实现加载全自动控制、试验数据检测、保存和数据上传，还具备试验结果的预测和判断功能。

2）加载执行装置

加载执行装置由集中式液压泵站、分控柜和千斤顶，或机械千斤顶和对应的分控柜组成，它具有自动、手动施加荷载功能。集中式液压泵站和分控柜组装在一起，只需要连接上动力电缆，就可以利用分控柜手动控制集中泵站的各项动作。

3）荷载测量装置

荷载测量装置由测力传感器和数字变送器组成，它直接检测荷载数据，不需要再做千斤顶配套标定。本装置由有资质的第三方独立检定。一个变送器可同时连接6个工作测力仪，内部的电池可维持变送器和工作测力仪持续工作6小时。

4）挠度、应变测量装置

挠度、应变测量装置由标准电子百分表和无线发射和接收模块组成，免人工取读，可以直接将检测的挠度测量数据传输到工控机。安装使用方便，现场无需拖放大量的数据传输电缆，避免现场人员磕绊，无线模块电池能保证一次充电连续工作6个小时。

2.软件工作原理

1）静载试验数据文件

登陆软件系统后静载试验数据可直接来自于平台，只用输入梁号及梁体基本信息就得到静载试验参数。

可通过点击“提取桥梁信息”、“加载计算参数”、“计算结果”按钮，核对桥梁参数且具有完整的计算中间过程，可以一一核对。点击“输出Word文档”，可以直接输出为Word，Word文档中有更详细的图解，公式等。

2）软件主界面

软件试验主界面由6个部分组成：荷载区，挠度显示区，桥梁信息区，动态荷载区，变频器调数区，按钮操作区。

（1）荷载区

荷载区即总荷载区，显示目前要加载的荷载力，对应荷载下跨中弯矩，当前实测荷载值的平均值，当前实测的跨中弯矩，实测荷载值平均值的相对误差，实测跨中弯矩的相对误差。

（2）挠度显示区

显示6个百分表的当前实测值，跨中挠度值，和实测挠跨比。

（3）桥梁信息区

显示当前试验桥梁的基本信息。

（4）动态荷载区

显示各个测力传感器的实时显示值，荷载的相对误差，以及对各个千斤顶控制操作按钮，对电机频率的控制。在荷载数据下方有用于单独控制各顶的“加载”、“持荷”、“卸载”和传感器读数“清零”按钮。在自动加载及持荷时，按钮沉陷表明该顶正在补油/持荷。

（5）变频器调数区

用于调整总体的加载速度，在没有进行加载循环时，调整该值可以同时调整所有变频器的输出频率。

（6）按钮操作区

按钮操作区用于控制整个试验的开始、暂停、修改数据以及一键输出计算报告和试验报告，并且可以进行数据上传到网络服务器数据库中。

3结语

通过在鄱阳制梁场静载试验的实践，自动静载系统方式，相比于传统的方法，更安全、快速、便捷，减少了劳动力成本，有效提高梁场产品试验的经济效益。其他梁场同样可以推广自动静载系统在静载试验中的应用。

参考文献：

[1] 楚永亮. 铁路预制梁静载试验智能加载系统研究.工学硕士学位论文.石家庄铁道大学.