CN111665137A - 一种公路单梁静载试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及试验系统技术领域，具体涉及公路单梁静载试验系统，静载试验加载系统设置于待测梁上侧，计算机控制系统与静载试验加载系统信号连接，用于控制静载试验加载系统对待测梁提供向下加载力，荷载数据采集系统与静载试验加载系统相连，用于测量静载试验加载系统对待测梁所提供的荷载大小，应变数据采集系统设置于待测梁表面，用于检测待测梁的应变数据，位移数据采集系统设置于待测梁的下侧，用于测量待测梁的位移量，计算机控制系统与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统信号连接，用于接收并存储位移数据、应变数据和荷载数据，计算机控制系统根据待测梁参数，结合位移数据、应变数据、荷载数据，生成单梁静载试验报告。

Description

一种公路单梁静载试验系统

技术领域

本发明涉及试验系统技术领域，具体涉及一种公路单梁静载试验系统。

背景技术

在单跨跨径小于40m的公路桥梁建设中，预制板梁、箱梁或T梁桥占据了相当大的比重，在制梁场预制完成后，需要随机抽取一部分预制梁进行单梁静载试验，以检验预制梁的承载能力，主要测试参数包括梁控制截面的应变和挠度，加载方式有重物堆载，选择本梁场其他梁作为压重梁加载，并以荷载传感器或液压千斤顶控制加载力的大小。

传统的单梁静载试验方法均为人工控制加载力大小，挠度测试采用机械百分表人工读数或采用桥式位移传感器接入静态数据采集仪在人工控制下采集读数，应变测试采用电阻应变片接入静态数据采集仪在人工控制下采集读数。传统方式下，静载试验的加载量需要提前计算，现场加载程序人工控制，因此，效率较低，需要投入人员较多，不利于静载试验过程的标准化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种公路单梁静载试验系统，解决传统的单梁静载试验方法下会导致效率较低、需要投入人员较多且误差较大的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种公路单梁静载试验系统，包括计算机控制系统、位移数据采集系统、应变数据采集系统、荷载数据采集系统和静载试验加载系统；

所述静载试验加载系统设置于待测梁的上侧，所述计算机控制系统与静载试验加载系统信号连接，用于控制静载试验加载系统对待测梁提供向下的加载力；

所述荷载数据采集系统与静载试验加载系统相连，用于测量静载试验加载系统对待测梁所提供的荷载大小；

所述应变数据采集系统设置于待测梁的底面及侧面，用于检测待测梁的应变数据；

所述位移数据采集系统设置于待测梁的下侧，用于测量待测梁的位移量；

所述计算机控制系统与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统信号连接，用于接收并存储位移数据、应变数据和荷载数据；

所述计算机控制系统根据待测梁参数，结合位移数据、应变数据、荷载数据，生成单梁静载试验报告。

进一步的技术方案是，还包括静载数据采集仪，所述静载数据采集仪与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统信号连接，用于接收位移数据、应变数据和荷载数据；

所述静载数据采集仪与计算机控制系统信号连接，用于将接收到的位移数据、应变数据、荷载数据实时传输至计算机控制系统中。

更进一步的技术方案是，所述计算机控制系统包括方案编制模块、加载控制模块、数据存储模块、数据分析模块和结果报告模块；

所述方案编制模块根据待测梁设计参数，计算满足加载效率的试验荷载值，以及计算试验荷载下静态挠度和应变的理论值；

所述加载控制模块与静载试验加载系统信号连接，用于控制静载试验加载系统的启停和加载速率；

所述数据存储模块用于接收和存储位移数据、应变数据和荷载数据，并将接收的数据在显示界面以数值或曲线图的方式进行展示；

所述数据分析模块根据检测到位移数据、应变数据与理论值进行比较，计算出校验系数，并计算出卸载后的挠度和应变的相对残余。

更进一步的技术方案是，所述静载试验加载系统包括变频电机控制器、千斤顶，所述千斤顶设置于待测梁的顶部，在千斤顶的上端设有横担梁，所述横担梁的上侧设有压重梁；

所述变频电机控制器与千斤顶信号连接，用于控制千斤顶的启停和加载速率；

所述变频电机控制器与加载控制模块信号连接。

更进一步的技术方案是，所述荷载数据采集系统为桥式加载力传感器，所述桥式加载力传感器设置于千斤顶与横担梁之间。

更进一步的技术方案是，所述位移数据采集系统包括十支桥式位移计，在待测梁左右两侧的断面均设有两支桥式位移计，在待测梁的四分之一长度断面、二分之一长度断面和四分之三长度断面均设有两支桥式位移计。

更进一步的技术方案是，所述数据分析模块根据位移实测值，绘制待测梁左右侧或平均值的挠曲线，并与理论值的挠曲线对比，同时根据各测点的实测值绘制荷载-位移曲线，分析曲线的线性度。

更进一步的技术方案是，所述应变数据采集系统包括十个电阻应变片，十个电阻应变片在待测梁的跨中断面上形成十个应变测量点，所述待测梁的底板有两个应变测量点，所述待测梁两侧翼缘板均有一个应变测量点，所述待测梁两侧腹板的四分之一高度、二分之一高度和四分之三高度均有一个应变测量点。

更进一步的技术方案是，所述数据分析模块根据应变实测值，绘制应变-梁高关系曲线，分析应变在待测梁测试断面上的分布情况，同时根据各测点实测值绘制荷载-应变曲线，分析曲线的线性度。

更进一步的技术方案是，所述加载控制模块包括自动加载模式和手动加载模式，所述自动加载模式采用单循环加载，单循环加载包括：0%-25%持荷-50%持荷-75%持荷-100%持荷-50%持荷-0%持荷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过计算机控制系统控制静载试验加载系统的启停和加载速率，然后利用位移数据采集系统、应变数据采集系统、荷载数据采集系统接收实时的位移数据、应变数据和荷载数据，再利用计算机控制系统来生成试验报告，可以使得加载和试验过程自动化、标准化，试验数据更加精准，同时降低了试验人员的劳动强度，减少了人员投入。

附图说明

图1为本发明公路单梁静载试验系统的结构框图。

图2为本发明公路单梁静载试验系统的立面布置图。

图3为图2中C断面的剖视图。

图标：1-待测梁，2-压重梁，3-横担梁，4-桥式加载力传感器，5-千斤顶，6-桥式位移计，7-试验支座，8-试验台座，9-吊装绳。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

图1-3示出了本发明公路单梁静载试验系统的一个较佳实施方式，本实施例中的公路单梁静载试验系统具体包括计算机控制系统、位移数据采集系统、应变数据采集系统、荷载数据采集系统和静载试验加载系统，静载试验加载系统设置于待测梁1的上侧，计算机控制系统与静载试验加载系统信号连接，用于控制静载试验加载系统对待测梁1提供向下的加载力，荷载数据采集系统与静载试验加载系统相连，用于测量静载试验加载系统对待测梁1所提供的荷载大小，应变数据采集系统设置于待测梁1的底面及侧面，用于检测待测梁1的应变数据，位移数据采集系统设置于待测梁1的下侧，用于测量待测梁1的位移量，计算机控制系统与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统信号连接，用于接收并存储位移数据、应变数据和荷载数据，计算机控制系统根据待测梁1参数，结合位移数据、应变数据、荷载数据，生成单梁静载试验报告。

通过计算机控制系统控制静载试验加载系统的启停和加载速率，然后利用位移数据采集系统、应变数据采集系统、荷载数据采集系统接收实时的位移数据、应变数据和荷载数据，再利用计算机控制系统来生成试验报告，可以使得加载和试验过程自动化、标准化，试验数据更加精准，同时降低了试验人员的劳动强度，减少了人员投入。

还包括静载数据采集仪，静载数据采集仪与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统信号连接，用于接收位移数据、应变数据和荷载数据，静载数据采集仪与计算机控制系统信号连接，用于将接收到的位移数据、应变数据、荷载数据实时传输至计算机控制系统中。

静载数据采集仪为一基于惠斯登电桥原理的多通道静载数据采集仪，位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统共用该静载数据采集仪，静载数据采集仪与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统之间的信号连接均可通过屏蔽信号线的接入来实现。

计算机控制系统包括方案编制模块、加载控制模块、数据存储模块、数据分析模块和结果报告模块，方案编制模块根据待测梁1设计参数，计算满足加载效率的试验荷载值，以及计算试验荷载下静态挠度和应变的理论值，加载控制模块与静载试验加载系统信号连接，用于控制静载试验加载系统的启停和加载速率，数据存储模块用于接收和存储位移数据、应变数据和荷载数据，并将接收的数据在显示界面以数值或曲线图的方式进行展示，数据分析模块根据检测到位移数据、应变数据与理论值进行比较，计算出校验系数，并计算出卸载后的挠度和应变的相对残余。

方案编制模块根据输入的待测梁1的设计参数，如设计荷载等级、车道宽度、桥梁跨径、横向梁数量、梁间距和截面尺寸等，自动计算满足规范要求加载效率的试验荷载的理论值，以及试验荷载下静态挠度和应变的理论值，以便于与之后的实测值进行对比，并且可输出格式化的静载试验方案文本。

加载控制模块根据静载试验方案，自动形成静载试验控制程序，并按照程序进行加载。

数据存储模块接收静态数据采集仪中采集到的各测点的位移、应变以及千斤顶5荷载值，实时以数值或曲线图的方式展示在计算机显示界面，并可实时存储位移时程数据、荷载时程数据和加载力数据。

结果报告模块根据静载试验结果和试验数据分析成果，将相关数据和图标导入单梁静载试验报告模板中，自动生成单梁静载试验报告，提升方案编制效率。

静载试验加载系统包括变频电机控制器、千斤顶5，千斤顶5设置于待测梁1的顶部，在千斤顶5的上端设有横担梁3，横担梁3的上侧设有压重梁2，变频电机控制器与千斤顶5信号连接，用于控制千斤顶5的启停和加载速率，变频电机控制器与加载控制模块信号连接。荷载数据采集系统为桥式加载力传感器4，桥式加载力传感器4设置于千斤顶5与横担梁3之间。

桥式加载力传感器4的荷载数值传输至计算机控制系统中后，加载控制模块会根据当前荷载值，通过变频电机控制器来控制加载启停和加载速率，其中千斤顶5设置为两个，并且在待测梁1的上侧对称设置，加载控制模块能够判断两个千斤顶5顶升力的差值，当超限时，可以通过变频电机控制器控制加载速率，保持两侧同步加载。

千斤顶5均采用500kN的电动螺旋千斤顶，两个千斤顶5的对称设置在待测梁1跨中腹板上方，千斤顶5的上端为桥式加载力传感器4，桥式加载力传感器4上端为横担梁3，吊装压重梁2的一端置于横担梁3上方，为静载试验加载提供压重，如图3所示，静载试验时，千斤顶5进行顶升，加载荷载逐渐增加，在此过程即是压重梁2自重荷载逐渐转移至待测梁1上的过程，通过前述的计算机控制系统、静载试验加载系统和荷载数据采集系统组成闭环，便可使得加载过程自动化和程序化。

位移数据采集系统包括十支桥式位移计6，在待测梁1左右两侧的断面（左右两侧的断面也就是支点断面即图2中的A、E断面）均设有两支桥式位移计6，在待测梁1的四分之一长度断面（即图2中的B断面）、二分之一长度断面（二分之一长度断面也就是跨中断面，即图2中的C断面）和四分之三长度断面（即图2中的D断面）均设有两支桥式位移计6。数据分析模块根据位移实测值，绘制待测梁1左右侧或平均值的挠曲线，并与理论值的挠曲线对比，同时根据各测点的实测值绘制荷载-位移曲线，分析曲线的线性度。

应变数据采集系统包括十个电阻应变片，十个电阻应变片在待测梁1的跨中断面上形成十个应变测量点，应变的测量断面为跨中断面，从而使十个应变测量点分别以下述方式分布：待测梁1的底板有两个应变测量点，待测梁1两侧翼缘板均有一个应变测量点，待测梁1两侧腹板的四分之一高度、二分之一高度和四分之三高度均有一个应变测量点。其中高度指的是腹板高度。数据分析模块根据应变实测值，绘制应变-梁高关系曲线，分析应变在待测梁1测试断面上的分布情况，同时根据各测点实测值绘制荷载-应变曲线，分析曲线的线性度。

数据分析模块将测得100%荷载下跨中C断面的位移、应变与其理论值进行比较，计算校验系数，计算卸载后的挠度、应变的相对残余，自动判断各测点的校验系数、卸载残余是否满足规范要求。根据支点断面（A、E断面）、四分之一长度断面（B断面）、跨中断面（C断面）和四分之三长度断面（D断面）的位移实测值，B-D断面扣除A、E断面支点沉降后，绘制单梁左右侧或左右平均值的挠曲线，并可与计算的挠曲线加以对比。根据各测点分级加载实测值绘制荷载-位移或荷载-应变曲线，分析曲线的线性度。根据实测跨中断面的应变情况，绘制应变-梁高度关系曲线，分析应变在单梁测试断面上的分布情况。

加载控制模块包括自动加载模式和手动加载模式，自动加载模式采用单循环加载，单循环加载包括：0%-25%持荷-50%持荷-75%持荷-100%持荷-50%持荷-0%持荷。

自动加载控制模块中对千斤顶5的控制可切换成手动控制模式，实现对千斤顶5进行单顶或双顶人工控制。

自动控制模式下，自动提供默认的加载、卸载程序和持荷时间。静载试验的单循环加载默认分为4级，卸载为2级，根据静载试验要求静载试验应重复试验1次，亦即单循环加卸载应重复一次，单次循环加载程序为：0%-25%持荷-50%持荷-75%持荷-100%持荷-50%持荷-0%持荷，默认持荷时间100%荷载时为15min，其余荷载级为5min，另外加卸载的分级及每一级荷载的持荷时间可通过参数设置修改。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种公路单梁静载试验系统，其特征在于：包括计算机控制系统、位移数据采集系统、应变数据采集系统、荷载数据采集系统和静载试验加载系统；

所述静载试验加载系统设置于待测梁（1）的上侧，所述计算机控制系统与静载试验加载系统信号连接，用于控制静载试验加载系统对待测梁（1）提供向下的加载力；

所述荷载数据采集系统与静载试验加载系统相连，用于测量静载试验加载系统对待测梁（1）所提供的荷载大小；

所述应变数据采集系统设置于待测梁（1）的底面及侧面，用于检测待测梁（1）的应变数据；

所述位移数据采集系统设置于待测梁（1）的下侧，用于测量待测梁（1）的位移量；

所述计算机控制系统与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统信号连接，用于接收并存储位移数据、应变数据和荷载数据；

所述计算机控制系统根据待测梁（1）参数，结合位移数据、应变数据、荷载数据，生成单梁静载试验报告。

2.根据权利要求1所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：还包括静载数据采集仪，所述静载数据采集仪与位移数据采集系统、应变数据采集系统和荷载数据采集系统信号连接，用于接收位移数据、应变数据和荷载数据；

所述静载数据采集仪与计算机控制系统信号连接，用于将接收到的位移数据、应变数据、荷载数据实时传输至计算机控制系统中。

3.根据权利要求1或2所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述计算机控制系统包括方案编制模块、加载控制模块、数据存储模块、数据分析模块和结果报告模块；

所述方案编制模块根据待测梁（1）设计参数，计算满足加载效率的试验荷载值，以及计算试验荷载下静态挠度和应变的理论值；

所述加载控制模块与静载试验加载系统信号连接，用于控制静载试验加载系统的启停和加载速率；

所述数据存储模块用于接收和存储位移数据、应变数据和荷载数据，并将接收的数据在显示界面以数值或曲线图的方式进行展示；

所述数据分析模块根据检测到位移数据、应变数据与理论值进行比较，计算出校验系数，并计算出卸载后的挠度和应变的相对残余。

4.根据权利要求3所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述静载试验加载系统包括变频电机控制器、千斤顶（5），所述千斤顶（5）设置于待测梁（1）的顶部，在千斤顶（5）的上端设有横担梁（3），所述横担梁（3）的上侧设有压重梁（2）；

所述变频电机控制器与千斤顶（5）信号连接，用于控制千斤顶（5）的启停和加载速率；

所述变频电机控制器与加载控制模块信号连接。

5.根据权利要求4所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述荷载数据采集系统为桥式加载力传感器（4），所述桥式加载力传感器（4）设置于千斤顶（5）与横担梁（3）之间。

6.根据权利要求3所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述位移数据采集系统包括十支桥式位移计（6），在待测梁（1）左右两侧的断面均设有两支桥式位移计（6），在待测梁（1）的四分之一长度断面、二分之一长度断面和四分之三长度断面均设有两支桥式位移计（6）。

7.根据权利要求6所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述数据分析模块根据位移实测值，绘制待测梁（1）左右侧或平均值的挠曲线，并与理论值的挠曲线对比，同时根据各测点的实测值绘制荷载-位移曲线，分析曲线的线性度。

8.根据权利要求3所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述应变数据采集系统包括十个电阻应变片，十个电阻应变片在待测梁（1）的跨中断面上形成十个应变测量点，所述待测梁（1）的底板有两个应变测量点，所述待测梁（1）两侧翼缘板均有一个应变测量点，所述待测梁（1）两侧腹板的四分之一高度、二分之一高度和四分之三高度均有一个应变测量点。

9.根据权利要求8所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述数据分析模块根据应变实测值，绘制应变-梁高关系曲线，分析应变在待测梁（1）测试断面上的分布情况，同时根据各测点实测值绘制荷载-应变曲线，分析曲线的线性度。

10.根据权利要求3所述的公路单梁静载试验系统，其特征在于：所述加载控制模块包括自动加载模式和手动加载模式，所述自动加载模式采用单循环加载，单循环加载包括：0%-25%持荷-50%持荷-75%持荷-100%持荷-50%持荷-0%持荷。

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