高铁混凝土箱梁蒸汽养护控制系统研究.pdf

l 2 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章 编号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 1 2 - 0 3 高铁混凝土箱梁蒸汽养护控制系统研究 韩 庆 祝 ( 中铁十三局集 团有限公 司 ， 长春1 3 0 0 3 3 ) 摘要： 根据混凝土箱梁蒸汽养护技术， 提 出用蒸汽升温、 专用养护罩保温保湿、 通风机降温的全 自动养护 温控 方案 。下位机 采 用 日本 三 菱 F X 2 N P L C在现 场控 制 ， 上 位机 采 用 7 1 0型 工控机 作 为人机 对 话 窗 口 ， 对养护场进行远程监控和管理。给出了系统硬件设计框 图和软件设计界面。试验和使 用证 明， 本文设 计的混凝土箱梁温度控制 系统， 适应性强、 自动化程度高、 安全可靠、 操作简便 、 易于扩展 ， 只要改变养护 参数 ， 可对任意混凝土箱梁进行 自动养护， 应用前景广阔。 关键词 ： 混凝土箱梁 蒸汽养护 工控机 中图分 类号 ： U 4 4 5 4 7 1 文献标 识码 ： B 高速铁路混凝土箱梁的蒸 汽养护技术 ， 在大型工 程施工 中已逐渐被人们所认可， 特别是在现代桥梁施 工 中， 采用蒸汽养护技术， 可以有效地提升混凝土箱形 梁的品质 ， 明显缩短制梁的周期 ， 并且能够较严格地保 证 箱梁 的技 术指 标 。 目前对于现场浇筑的桥梁 ， 大部的蒸汽养护是采 用锅炉加热产生蒸汽， 然后用简易的管道将蒸汽输送 到用塑料帆布覆盖的养护棚 中， 而箱梁养护 的温度控 制过程主要依赖人工间歇性测量和调整。这样的养护 方法很难保证蒸汽养护过程中各个阶段对温度需求的 准确性和精确性 ， 而且热量的利用率很低 ， 有时如果控 制的不合理还会对箱形梁造成一定的损伤。 本文采用计算机测控技术 ， 提出用蒸汽升温、 专用 养护罩保温保湿 、 通风机降温的全 自动养护 系统 。 可 收稿 日期： 2 0 1 0 1 2 1 3； 修回 日期 ： 2 0 1 1 0 2 - 2 5 作者简介： 韩 庆祝 ( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 吉林长春人 ， 高级工程师。 有效提高混凝土箱的养护质量 ， 缩短施工周期 、 降低施 工成本 、 加 快施 工进程 。 1 总体 设计方案 混凝土箱梁蒸汽养护 ( 常压湿热) 系统如 图 1所 示。主要由温度控制 室、 养护罩 、 蒸汽锅炉、 箱梁基座 和通风机等组成 。 1 1 混凝土箱梁养护工艺 混凝土箱梁常压湿热养护温度曲线如图 2所示 。 养护工艺分为四个 阶段 ： 第一 阶段为预养期 ， 以1 5 c 【 = 养护 l ， 小 时 ( 本 文取 4 h ) ； 第二 阶段 为升温期 ， 以 5 c 【 = h的升温速率升温 1 h ， 然后保温 Js 小时 ( 本文取 1 h ) ， 再以 8 h的升温速率升温至 4 5 o C； 第三阶段为 恒温期 ， 以恒温 4 5 o 【 = 养护 日小时( 本文取 1 0 h ) ； 第 四 阶段为降温期 ， 以 1 0 h的降温速率降至室温 ， 再保 温 ， 小时( 本文取 4 h ) 。根据不 同的混凝 土梁， 这 四 段的养护时间可由用户设定。 4 )在拱座背部局部范围内出现主拉应力大于设 计值 的 区域 ， 建 议在 该 部 分 加 强配 筋 ， 另 外 ， 可 以把 拱 座背部设计为突起的弧面 ， 以便减小局部应力对该部 分的作用 。 5 )在箱形梁外轮廓改变处 的底板位置主拉应力 较大 ， 可以通过加大底板的配筋率或增加体外预应力 钢筋来改善。 参 考 文 献 1 叶梅新 1 4 0 m下承 式钢箱 系杆 拱桥拱 脚局 部模 型试验研 究 J 黑龙江科技信息 ， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 4 6 2 叶梅新 大跨 径劲性骨架钢筋砼拱桥拱脚 、 拱座局部 应力分 析 J 中国西部科技 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 3 4 5 3 杨志雄 ， 武维宏 ， 舒 春生 祁 家黄河 大桥拱座 节点局 部应力 分析 J 铁道建筑 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 7 9 4 陈宝春 钢管混凝土拱 桥设计 与施工 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 1 9 9 9 5 孙训方 材料力学() M 北京 ： 高等教育出版社 ， 2 0 0 9 ( 责任审编孟庆伶) 2 0 1 1年第 6期 高铁混凝 土箱 梁蒸 汽养护控制系统研究 4 5 越 赠 图 1 混凝土箱梁蒸汽养 护系统 时间 h 图 2 混凝土箱梁养护温控 曲线 1 2混凝土 箱 梁养 护温 度控 制方 案 根据温度控制曲线设计的温度控制系统如图 3所 示。混凝土箱梁 的纵 向分 3个截面， 每个截面分为 A， B， C， D， E 5个温度 区， 每 区布 1个 温度传感器 ( T 1 T 5 ) ， 每个截面布 1个湿度传感器 F l ， 共布 1 5个温度 传感器和 3个湿度传感器。养护罩 内的温、 湿度信号 经 A D转 换后 送 到计算 机进 行 计算 处理 ， 然后 通 过 I O 口控制 蒸 汽 阀和 通风 机 ， 按 图 2所 示 的 温控 曲线 实 现混 凝 土箱 梁 的全 自动养 护 。 图 3控 制 系 统 方 案 2 硬件 系统设计 温度 控制 系 统 采 用上 、 下 位 机控 制 。下位 机 用 日 本三菱 F X 2 N P L C在现场控制 ， 上位机采用 7 1 0型工 控机作为人机对话窗 口， 对养护场进行远程监控和管 理 。硬件系统主要 由工控计算机 、 P L C、 1 5点温度传感 器 、 1 5路蒸汽加热器控制、 5路加湿和通风控制 、 1台 温度巡检仪和电控柜等组成。温度控制系统硬件框图 如 图 4所示 。 图 4温控系统硬件设计 温度传感器采 用 P T 1 0 0热 电阻。系统设计 有 自 动和手动控制功能。 自动控制功能， 是 由工业控制计 算机作人机界面操作站， 主要控制 由 P L C按预置参数 完成控制 ， 整个养护过程无需人 工参与而 自动完 成。 手动控制功能 ， 当自动控制系统出现故障时， 可转为手 动控制， 控制任务主要由巡检仪完成 ， 确保养护工作继 续进行 。手动系统只是作为自动控制系统的应急备用。 3 软件 系统设计 本系统采用工业计算机控制软件 MC G S工控组态 软件和三菱 G X F X 2 N P L C控制软件为平台设计了上、 下位机的控制软件 ， 用户主界面如图 5所示 。 软件 功 能主要 有 ： 1 )用户管理。在软件系统 中， 固定一个名为 “ 负 责人 ” 的用户 ， 它 们的名称不能修改。负责人 有权 利 在运行时修改设置参数和管理受权 的工作 ， 其它所有 用户都没有这些权利。 2 )系统设 置 。 系统设 置包 括测温 点 数量 的设 置 ； 升温时间和升温速度的设置； 恒温时间和恒温温度的 设 置 。 3 )动态图形。动态 图形显示包括静态显示 和动 态循环显示 。动态循环显示主要实现纵 向3个截面之 间的循环显示 ， 便于监测各截面上的温度值 ； 静态显示 可 以单独显示 3个截面中的某一截面的 5个温 区( A， 1 4 铁道建筑 图 5用户 主界 面 B， c， D， E) 的温度 ， 便 于集 中观察某一 截面温 度值。 可通过标题栏下拉菜单进入动态图形界面。 4 )实时曲线。可将每个测试 点在整个混凝土箱 形梁养护期间的温度变化曲线实时绘制并显示 ； 可将 纵向同一高度的不同测试截面的温度变化曲线实时绘 制并显示 。 5 )历史 H j 线 。历史 曲线是将历史存 盘数据从数 据库 中读 出， 以时间为横坐标 ， 数据值为纵坐标进行曲 线绘制。历史 曲线主要用于事后查看数据分布和状态 变化 趋 势 以及 总结 温度 变化 规律 。 6 )数据报表。数据报表就是根据实际需要以一 定格式将统计分析后 的数据记录显示并打印出来 ， 本 系统中采用 日报表每 2 4 h打印一份 。 7 )实时报警。对温度超过设定值并在设定时间 内仍没能够经过控制系统调整到规定 的数值 ， 则系统 发出警告 ， 提醒工作人员迅速查找原因并解决 ， 同时系 统将做报警记录。 8 )实时测 温 记 录 。对 所 有 温度 测 量 点 进 行 实 时 显示 ， 以便 对各 温度 测量 点进行 实 时监测 。 9 )历史测温记录。对于每个测 温点在养护期 间 的所有温度测量值都将以数据文件的形式加以保存 ， 以便 对养 护效 果 与温度 的变 化关 系进行 分 析 。 4 效果 本文设计 的控制系统通过在京石客运专线新乐梁 场使用 ， 1 梁跨 中截面 B区的温度控制曲线如图 6所 示 。从温控曲线看出实际温控曲线和理论温控曲线基 本接近 ， 控制效果 良好。养护结束后 ， 1 梁的各项指标 优 良。 4 0 p 越3 0 赠 2 0 _ J 论 f 自 线 l f l l 9 控 日 自 线 O 5 1 O l 5 2 O 2 5 时间， I l 图 6 1 梁跨 中截面 B区温度控制曲线 5 结语 实验和使用证明， 本文采用标准工业计算机控制 软件 M C G S和 P L C硬件平 台设计 的混凝 土箱梁温度 控制系统 ， 具有适应性强 、 自动化程度高 、 安全可靠 、 操 作简便、 易于扩展、 经济实用等特点。只要改变养护参 数 ， 系统可对任意混凝土梁的养护温度进行 自动控制 ， 应用前景广阔。 参 考 文 献 1 向敏 ， 杨从娟 混凝土箱形梁蒸汽养护控制研究 J 铁道建 筑 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 5 1 7 2 赵胜 客运专线箱梁冬期施工 病害及整 治措施 J 铁道 建 筑 ， 2 0 0 9 ( 1 O ) ： 2 4 2 6 3 王异 ， 周兆桐 混 凝土 手册 ( 第二 分册 ) M 吉林 ： 吉林 科 学 技术 出版社 ， 1 9 8 5 4 赵廷 元 ， 岳学文 ， 孙振 安 热力 管道设 计手册 M 太原 ： 山 西科学教育出版社 ， 1 9 8 6 5 铁道部丰台桥 梁工厂 ， 铁道部科学研究 院铁道建筑研究 所 混凝土的蒸汽养护 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 7 9 ( 责任 审编孟庆伶)