CN111829594A - 一种铁路桥梁顶梁检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路桥梁顶梁检测系统及方法，包括前端设备(应力传感器、位移传感器、液压千斤顶)、采集控制单元(光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵)和系统平台，实时掌握抬升高度、钢轨应力的实时动态信息，提高了桥梁顶梁的准确性，通过系统调整各液压千斤顶的加载速率，保障顶梁期间的整体平衡，实现了抬升高度、钢轨应力可控，避免造成钢轨断裂导致铁路停运等事故。

Description

一种铁路桥梁顶梁检测系统及方法

技术领域

本发明涉及铁路顶梁领域，特别是一种铁路桥梁顶梁检测系统及方法。

背景技术

近年来，随着社会和经济的快速发展，高速铁路建设规模不断扩大，面临地质环境条件更为复杂的地区，如四川、云南、贵州、西藏等地区。西南地区地处青藏高原的东侧，受青藏高原近百万年来持续隆升的影响，形成了以“高地壳应力”和“强震活动”的区域内动力条件。在高速铁路运行过程中，受区域构造运动和不良地质体的影响，可能造成桥梁基础的变形，进而对列车运行安全带来危害。

高速铁路轨道平顺性要求对变形控制的要求极为严格，当线路沉降值小于扣件高低调整范围时，可通过调整扣件和放入调高垫板的方法来满足线路管理要求，但当扣件高低调整范围难以满足要求时，需对桥梁支座进行加高。

在桥梁顶梁位置调整期间，需采用大型液压设备对箱梁进行缓慢升高，并在上支座和下支座间放入预制的钢板，并缓慢下降。实施上述过程时，容易造成抬升高度、钢轨应力增加不可控，引起钢轨断裂的问题，造成铁路停运等事故。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种铁路桥梁顶梁检测系统及方法，来提高桥梁顶梁的准确性，实时掌握抬升高度、钢轨应力的实时动态信息，通过系统调整各液压千斤顶的加载速率，保障顶梁期间的整体平衡，实现了抬升高度、钢轨应力可控，避免造成钢轨断裂导致铁路停运等事故。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铁路桥梁顶梁检测系统，包括前端设备、采集控制单元和系统平台；

前端设备包括多台应力传感器、多台位移传感器和多台液压千斤顶；

采集控制单元包括光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵；

多台应力传感器采集应力数据并发送光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪将处理转换后的应力数据传输到系统平台；

多台位移传感器采集位移数据并发送采集仪，采集仪对位移数据进行滤波、整形并将处理后的位移数据传输到系统平台；

电动液压泵输出控制信号至多台液压千斤顶，控制液压千斤顶的加载速率；

工作时，系统平台输出信号至光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵，系统平台对前端设备和采集控制单元的加载参数、采集频率、加载阈值进行设置，实时调整各液压千斤顶的加载速率，保障箱梁整体平稳的抬升，直至位移达到目标值停止加压。

一种铁路桥梁顶梁检测系统及方法，包括前端设备(应力传感器、位移传感器、液压千斤顶)、采集控制单元(光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵)和系统平台，实时掌握抬升高度、钢轨应力的实时动态信息，提高了桥梁顶梁的准确性，通过系统调整各液压千斤顶的加载速率，保障顶梁期间的整体平衡，实现了抬升高度、钢轨应力可控，避免造成钢轨断裂导致铁路停运等事故。

优选的，还包括供电系统，供电系统对前端设备、采集控制单元、系统平台进行供电。

优选的，光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵采用RJ45或光纤与系统平台进行有线连接。

优选的，应力传感器为钢片式光纤光栅应力传感器，多个钢片式光纤光栅应力传感器采用光纤进行串联连接。

优选的，钢片式光纤光栅应力传感器布设于顶梁桥墩中心上部钢轨位置,和50米范围内的钢轨胶结绝缘、焊接接头位置。

优选的，所述液压千斤顶的数量为桥梁支座数量的两倍，设置于桥梁横断面支座两侧墩台。

优选的，所述电动液压泵为多通道的加压设备，对各通道的加压速率进行调整。

优选的，所述位移传感器为顶针式位移传感器，顶针式位移传感器的安装数量与液压千斤顶的数量一致，顶针式位移传感器固定在支座垫石上部，并与液压千斤顶保持在同一断面。

一种采用了以上所述的铁路桥梁顶梁系统的铁路桥梁顶梁方法，包括如下步骤：

S100进行所述铁路桥梁顶梁系统的安装；其中，将应力传感器布设于顶梁桥墩中心上部钢轨位置，和50米范围内的钢轨胶结绝缘、焊接接头位置；将液压千斤顶设置于桥梁横断面支座两侧墩台；将位移传感器固定在支座垫石上部，并与液压千斤顶保持在同一断面；

S200进行加压操作，利用液压千斤顶将箱梁抬高，在加压过程中实时检测钢轨的应力，当测得的钢轨应力大于应力阈值时，立即结束顶梁施工；

将加压过程分为N级，N大于0，每一级加压过程中，在钢轨应力始终小于应力阈值时，实时检测支座上板各点的位移，当支座上板任意两点的位移差值超过位移误差阈值时，调整各液压千斤顶的加压速率，保证顶梁按同一位移速率抬升，直到每级达到位移阈值，进入下一级加压过程；

S300当最后一级加压过程结束，在支座上板和下板间增加钢板；

S400进行泄压操作，利用液压千斤顶使箱梁下降。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种铁路桥梁顶梁检测系统及方法，包括前端设备(应力传感器、位移传感器、液压千斤顶)、采集控制单元(光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵)和系统平台，实时掌握抬升高度、钢轨应力的实时动态信息，提高了桥梁顶梁的准确性，通过系统调整各液压千斤顶的加载速率，保障顶梁期间的整体平衡，实现了抬升高度、钢轨应力可控，避免造成钢轨断裂导致铁路停运等事故。

附图说明

图1是本系统的横断面安装示意图。

图2是本系统的纵断面安装示意图。

图3为本系统的结构示意图。

图4为本发明方法流程图示意图。

图中标记：1-简支箱梁，2-支座，3-位移传感器，4-液压千斤顶，5-桥梁墩承台，6-轨道板，7-钢轨，8-光纤光栅应力传感器，9-光纤，10-光纤光栅解调仪，11-采集仪，12-线缆，13-液压管，14-电动液压泵，15-桥墩，16-系统平台，17-供电系统。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3所示的一种铁路桥梁顶梁检测系统，包括前端设备、采集控制单元和一台系统平台16，以及一套供电系统17；前端设备包括多台应力传感器、多台位移传感器3和多台液压千斤顶4；采集控制单元包括一台光纤光栅解调仪10、一台采集仪11、一台电动液压泵14。一台光纤光栅解调仪10与多台应力传感器通过有线连接，用于所述的应力传感器采集的光纤光栅信号进行处理和转换，并将数据传输的系统平台16；一台采集仪11与多台位移传感器3通过有线连接，用于所述的位移传感器3采集的信号进行滤波、整形等处理，并将数据传输的系统平台16；一台电动液压泵14与多台液压千斤顶4采用有线连接，用于所述的液压千斤顶4的加载速率控制；一台系统平台16与一台光纤光栅解调仪10、一台采集仪11和一台电动液压泵14采用有线连接，用于对所述的前端设备的参数设置、监测数据展示及加载过程调整等；一套供电系统17与前端设备、采集控制单元和系统平台16采用有线连接，对整个系统供电。

具体的，如图1、图2所示，应力传感器为钢片式光纤光栅应力传感器8，传感器的数量根据现场实际情况进行确定，一般布设于顶梁桥墩15中心上部钢轨7和50米范围内的钢轨胶结绝缘、焊接接头位置，安装前需对钢轨轨腰进行除锈，并用胶片对传感器进行固定，对所有传感器进行串联连接。所述采用光纤9连接，避免带电钢轨7造成短路。

光纤光栅解调仪10对光纤光栅信号进行采集传输，对监测数据进行处理和转换，并与所述的系统平台16实现有线连接。所述的采用RJ45或光纤有线连接。

液压千斤顶4数量为桥梁支座2数量的两倍，设置于桥梁横断面支座2两侧桥梁墩承台5上，安装前要确定锚索垂直面平整，并通过增加钢板数量来调整安装高度。

电动液压泵14为多通道的加压设备，并对各通道的加压速率等参数进行调整，并与所述的系统平台16实现有线连接。所述的采用RJ45或光纤有线连接。

位移传感器3为顶针式位移传感器3，量程根据顶梁需求进行选型，传感器的安装数量与液压千斤顶4的数量一致。传感器固定在支座2垫石上部，并与液压千斤顶4保持在同一断面。

采集仪11对位移传感器3信号进行采集传输，对监测数据进行滤波、降噪等处理，并与所述的系统平台16实现有线连接。所述的采用RJ45或光纤有线连接。

系统平台16对前端设备和采集控制单元的加载参数、采集频率、加载阈值等进行设置，并对监测数据进行存储、计算分析。通过对比分析，系统可实时调整各液压千斤顶4的加载速率，保障箱梁整体平稳的抬升。同时系统根据设置位移和应力阈值，系统自动调整抬升速率，直至达到最终值自动停止加压。

供电系统17可采用发电机和供电站两种方式供电，根据现场条件进行选择。

如图4所示，本发明还提供一种铁路桥梁顶梁监测的实施方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)确定液压千斤顶4、位移传感器3和应力传感器的设备参数和数量。

(2)根据设备安装说明和现场条件进行现场安装，并对设备在安装前、后进行测试，确保设备的无损坏和稳定。

(3)铁路桥梁顶梁监测系统组装测试，确保系统的正常运行。

(4)设置液压千斤顶4和位移传感器3的加压和泄压参数，加压过程设置为3级。根据钢轨7特征，计算钢轨7达到预定顶梁高度的应力增加值，并设置应力阈值。

(5)加压过程中，通过系统平台16对实时的位移和钢轨应力监测数据进行计算分析，当位移传感器3的位移差值超过2mm时，系统自动调整各液压千斤顶4的加压速率，保证顶梁按同一位移速率抬升。待每级达到位移阈值，且小于钢轨应力阈值时，系统进入下一级，并根据设置参数调整加载速率。

(6)执行步骤(5)，直到顶梁至最后一级。

(7)待数据稳定后进行施工作业，在支座2上板和下板间增加钢板。

(8)根据泄压参数进行泄压。

本发明基于运营铁路桥梁整治过程中的需求，建议一种铁路桥梁顶梁监测系统，解决顶梁期间多工程结构、多部位难以快速协调和整体平稳控制等问题，对指导桥梁整治进度、提高施工准确性、保障运营铁路安全等具有重要的经济和社会效益，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁路桥梁顶梁检测系统，其特征在于，包括前端设备、采集控制单元和系统平台；

所述前端设备包括多台应力传感器、多台位移传感器和多台液压千斤顶；

所述采集控制单元包括光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵；

多台应力传感器采集应力数据并发送光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪将处理转换后的应力数据传输到系统平台；

多台位移传感器采集位移数据并发送采集仪，采集仪对位移数据进行滤波、整形并将处理后的位移数据传输到系统平台；

电动液压泵输出控制信号至多台液压千斤顶，控制液压千斤顶的加载速率；

工作时，所述系统平台输出信号至光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵，系统平台对前端设备和采集控制单元的加载参数、采集频率、加载阈值进行设置，调整各液压千斤顶的加载速率，直至位移达到目标值停止加压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括供电系统，供电系统对前端设备、采集控制单元、系统平台进行供电。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤光栅解调仪、采集仪、电动液压泵采用RJ45或光纤与系统平台进行有线连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应力传感器为钢片式光纤光栅应力传感器，多个钢片式光纤光栅应力传感器采用光纤进行串联连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述钢片式光纤光栅应力传感器布设于顶梁桥墩中心上部钢轨位置,和50米范围内的钢轨胶结绝缘、焊接接头位置。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压千斤顶的数量为桥梁支座数量的两倍，设置于桥梁横断面支座两侧墩台。

7.根据权利要6所述的系统，其特征在于，所述电动液压泵为多通道的加压设备，对各通道的加压速率进行调整。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位移传感器为顶针式位移传感器，顶针式位移传感器的安装数量与液压千斤顶的数量一致，顶针式位移传感器固定在支座垫石上部，并与液压千斤顶保持在同一断面。

9.一种采用了如权利要求1-8任一所述的铁路桥梁顶梁系统的铁路桥梁顶梁方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100进行所述铁路桥梁顶梁系统的安装；其中，所述将应力传感器布设于顶梁桥墩中心上部钢轨位置，和50米范围内的钢轨胶结绝缘、焊接接头位置；将所述液压千斤顶设置于桥梁横断面支座两侧墩台；将所述位移传感器固定在支座垫石上部，并与液压千斤顶保持在同一断面；

S200进行加压操作，利用所述液压千斤顶将箱梁抬高，在加压过程中实时检测钢轨的应力，当测得的钢轨应力大于应力阈值时，立即结束顶梁施工；

将加压过程分为N级，N大于0，每一级加压过程中，在钢轨应力始终小于应力阈值时，实时检测支座上板各点的位移，当支座上板任意两点的位移差值超过位移误差阈值时，调整各液压千斤顶的加压速率，保证顶梁按同一位移速率抬升，直到每级达到位移阈值，进入下一级加压过程；

S300当最后一级加压过程结束，在支座上板和下板间增加钢板；

S400进行泄压操作，利用液压千斤顶使箱梁下降。

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