智能化靜載試驗在京雄城際鐵路箱梁預制場的應用

常 寬

（中交二公局鐵路建設有限公司，陜西西安 710018）

國內鐵路橋梁建筑工程中，對橋梁的使用性能進行評價分析時，基本均利用靜載彎曲試驗確定。靜載試驗智能化自控系統可以有效地實現自動化評估規范要求的加載試驗全過程，實現靜載試驗的自動化管理與信息化管理，且系統操作性不強、整體結構組成簡單、安全性較高。

1 工程概況

以固安南制梁場建設項目為研究對象，預制梁場位于施工現場DK90+100處，場地剛好垂直于沿線主路。預制梁場占地面積為158 746 m2，項目雙線箱梁總重900 t，共354榀，單線箱梁總重450 t，共190榀。

箱梁的總重為900 t，跨徑長度設計為32 m，箱梁的長度為32.6 m；主梁兩側的懸臂長度為2.95 m，橫橋方向的支座中心間距為4.5 m。

2 智能化靜載試驗系統應用

2.1 準備工作

（1）應在預應力張拉作業結束30 d后進行靜載試驗。

（2）梁體兩側的支座高度差異應保持為10 mm內，同一個支座部位兩側或相同方向的兩個支座高度差控制為2 mm，箱梁四個支點的平整度差異控制為2 mm內。

（3）試驗梁被移動至靜載試驗臺座上后，標記梁體的中間線，將其作為加載的中心線，每一個加載點均應該設置墊層或放置鋼墊板。

（4）靜載試驗支座的中間線與梁體的跨度線應保持在同一個水平線上，梁體放置在指定部位后拆除連接板。

（5）反力架應具備較強的剛度與強度，反力的反作用力不得低于試驗荷載最大值的1.5～2.0倍。

（6）配備6個百分表與6個支架。

（7）螺紋鋼拉桿的長度必須滿足實際施工需求，螺母安裝完成后，螺母的外露長度不得超過100 mm。

（8）施工現場應準備不低于25 t的吊車、不低于2 t的叉車，便于現場施工。

（9）施工現場配備攀爬扶梯，確保施工過程中施工人員進出的安全性，便于物資運輸。

（10）配備三相交流電發電機。

（11）配備至少10 M的寬帶接口。

（12）設置防風、防傾覆支護體系。

2.2 設備安裝

（1）機械千斤頂。

①梁體頂部各個加載點應使用細砂設置墊層，每加載一個加載點均應設置墊層，墊層鋪設完成后使用水平尺調節。

②利用吊車裝置千斤頂，確保安裝千斤頂的過程不會影響墊層的平整度。

③千斤頂的中心點部位應與加載點位置保持吻合，誤差不超過10 mm。

④利用吊車將控制柜與變頻柜調運至試驗梁側面，沿試驗臺座安放。

⑤千斤頂與馬達保持同一個方向。

（2）反力架。

①對靜載試驗臺架機進行檢查，保證上橫梁、下橫梁相互平行，試驗臺架的部位符合設計要求。

②千斤頂的中心點與橫梁中心線的偏差不超過10 mm。

③千斤頂升降最頂面與反力架的橫梁下方應使用鋼板或錨固墊進行填充，縫隙不超過10 mm。

④螺紋鋼應與梁體底面相互垂直。

⑤螺母安裝完成后，外露部分長度不超過100 mm，螺母與梁體底部必須連接牢固。

⑥對螺紋鋼進行逐一檢查，有螺母出現松動時，應進行加固處理。

（3）撓度測量光柵位移計。

①使用光柵位移計、百分表檢測支座的支點沉降量。

②使用量程為50 mm的光柵位移計、百分表檢測梁體的位移量。

③檢測設備的金屬桿應始終保持垂直狀態，觸頭部位應預留一定壓縮量。在檢測初始階段，觸頭部分不可以處于懸空狀態。

④在特殊情況下，施工人員可以將玻璃片粘貼在光柵位移計的觸頭上，有效提高檢測結果的精準性。

（4）裂縫檢測設備。

①圖像識別裂縫檢測儀借助真空吸盤完成圖像的識別，真空吸盤直接吸附在梁體下方，攝像機啟動后，可以對梁體表面進行識別。

②振弦應變裂縫檢測儀利用振弦傳感器進行識別，應設置在梁體底部，必須連接牢固。

（5）電氣連線。

智能化自控系統中的電氣連線至關重要，各個接口必須相互對應，否則無法與對應的傳感器傳輸數據。

①靜載試驗過程中，控制柜應設置在梁翼緣板的跨中部位，變頻柜應裝置在試驗梁上部。

②配電箱中的交流電可以直接與分控柜連接。

③分控柜中380 V開關應分離出220 V插頭，利用主控制柜中的穩定壓力系統為計算機以及檢測設備提供電源。

④將主控柜與分控規的電纜進行連接。

⑤使用分控柜的380 V交流電為變頻柜提供電壓。

⑥變頻柜通過航空插頭為千斤頂電機供電。

2.3 應用流程

智能化自控系統工作流程如圖1所示。

圖1 智能化自控系統工作流程

（1）正式試驗前，操作人員應將主控軟件打開，從平臺下載試驗技術參數，保存于計算機內，通過技術參數核對，保證下一步工序的合理性。

（2）試驗加載前，應嚴格按照說明書對系統進行調試，對系統的各個模塊進行檢查。

（3）各項準備工作完成后，試驗人員應點擊“開始”按鈕，控制系統自動運行，檢測人員應持續關注千斤頂的運行狀態、傳感器的荷載波動以及振弦應變裂縫儀器數據收集狀況。單項檢測指標檢測不合格時，立即點擊“暫停”按鈕，對系統進行全面檢查，發現問題采取合理措施，處理完成后點擊“繼續”按鈕，繼續進行試驗。

（4）試驗過程中，主控程序運行單個操作會自動接收荷載數值、位移量、撓度比例、跨中彎矩等數據，顯示在控制系統的屏幕上。傳感器會將實時檢測到的數據傳輸給控制系統，自動化控制系統自動判斷檢測結果是否合格。

2.4 注意事項

（1）試驗時，試驗人員應持續觀察千斤頂的伸長量。

（2）第一次加載循環完成后，試驗人員應檢查螺紋鋼的牢固性，發現松動時，立即進行加固處理。

（3）試驗人員應定期檢查千斤頂部位傳感器性能，保證最終檢測結果精準度與實際情況不會產生較大偏差。

（4）安裝試驗梁上部的千斤頂時，千斤頂下部設置的墊層厚度須合理，不宜過厚。

（5）千斤頂安裝完成后會與橫梁之間產生一定空隙，可以使用小鋼板填充空隙。

3 結果與分析

3.1 試驗結果輸出

試驗結束后，智能化自控系統自動將試驗數據保存，生成“靜載試驗報告”，顯示在試驗系統中。

智能化自控系統輸出的“靜載試驗報告”的具體內容、格式應符合《預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標準》（TB/T 2092—2003）的相關要求。靜載試驗報告主要包括時間記錄表、加載記錄表、撓度記錄表等[1]。

3.2 對比傳統試驗方法

將傳統試驗方法與智能化自控系統試驗方法的檢測結果進行對比分析，發現智能化自控系統試驗結果的精準度明顯高于傳統化試驗方法的檢測結果，差異較大，智能化自控系統試驗方法的優勢更為顯著。

（1）傳統試驗方法。

每一個油泵應配備2個專人負責，10個加載點需要配備20人，百分表記錄人員應配備6人，指揮、計時、記錄各配備1人，其他流程及工位需要配備總計6人。使用傳統性試驗方法需要配備35人。實際試驗過程中，人員讀數存在一定時間偏差，人員反應速度不同可能導致檢測結果精準度與實際情況存在較大偏差。傳統性試驗的結果需要人工統計，無法上傳至遠程計算機中。

（2）智能化自控系統試驗方法。

現代化的試驗方法可以有效降低人工輸出，只需要配備3人。每個組件基本均會裝置傳感器，檢測到數據時，傳感器自動將檢測結果發送給控制系統。檢測結果自動上傳至系統，生產試驗報告。

4 結語

現代化預制梁場信息管理的核心重點是信息集成，智能化自控系統是信息化數據收集的終端設備，對預制梁場的信息化管理具有重要影響。將智能化自控系統應用在預制梁場的靜載試驗活動中，可以有效規避人為因素影響，提高試驗結果的精準度，在一定限度上降低試驗成本。