一种严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统，所述系统包括感知层、采集层、传输层、支撑层以及应用层，其中：所述感知层负责感知箱梁蒸养阶段的各类物理参数的变化；所述采集层负责将感知层感知的各类物理参数进行采集和暂时存储；所述传输层负责将采集层采集到的各类物理参数数据通过4G无线信号传输至支撑层；所述支撑层负责处理和计算采集层采集到的数据，并将处理后的数据进行长期存储管理；所述应用层负责为用户提供一个实时监测数据访问的入口，用户输入账号密码进行登陆，即可实现通过人机交互的展示界面便捷地远程监控箱梁的各类物理参数。本发明专利技术的监测系统可以全方位地保证高铁箱梁的安全性。系统可以全方位地保证高铁箱梁的安全性。系统可以全方位地保证高铁箱梁的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统


[0001]本专利技术属于桥梁健康监测领域，涉及一种严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统。

技术介绍

[0002]2020年8月，我国国家铁路集团正式发布了《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，力争全面建成更高水平的现代化铁路强国。在这一背景下，开展高质量的高铁箱梁施工和制造成为不可或缺的重要环节。然而，东北低温恶劣的气候不利于混凝土强度的持续增长，养护措施不当极易引起结构疏松甚至冻涨开裂等问题。为了克服冬期施工带来的问题，蒸汽养护因其能量高、湿度大且成本较低等优点，被投入到越来越多的冬期工程建设中。然而在实际工程中，存在因蒸养条件太高导致的肿胀变形、表层伤损和耐久性差等问题，所以，我们在利用蒸汽养护解决冬季施工带来的种种问题的同时，还需要避免蒸汽养护条件过高，带来的混凝土内部损伤和孔隙结构的变化等问题。因此，进行高铁箱梁冬期蒸养质量监测成为亟待解决的问题。此外，传统对于高铁桥梁的监测往往集中于运营期，通过在已建成的桥梁上安装传感器来进行结构的健康监测，忽视了箱梁在制造和养护过程中的监测。然而，箱梁在养护阶段的质量好坏在很大程度上决定了其使用过程中的力学性能和耐久性，所以通过对冬期养护阶段箱梁的监测，我们就可以及时地掌握箱梁养护的质量状态，并可以及时采取措施调整外界的养护条件，从而确保了箱梁的养护质量。
[0003]另一方面，随着通讯技术、传感技术以及云计算的发展，健康监测已经成为近几年一个新的研究热点。但是目前土木工程领域很多工程的监测系统存在监测物理量单一、监测不够智能以及系统不够完善等缺点。箱梁是高铁桥梁的重要大型构件，我们只有在蒸汽养护的各阶段创造有利于混凝土结构形成和性能发展的条件，并制约导致混凝土结构破坏的不利因素，才能最终获得高质量的高铁箱梁。因此针对冬期蒸养的高铁箱梁，需要利用智能传感器组成传感网络，实时感知与梁体蒸养质量有关的多种物理量的监测，并利用通讯系统、云平台技术搭建与之对应的蒸养箱梁智能监测集成系统，确保可以及时、便捷并全面地掌握冬期蒸养箱梁的质量。

技术实现思路

[0004]针对铁路大型箱梁蒸养制造健康监测与质量控制重大需求，本专利技术提供了一种严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统。该系统能够实现箱梁制造全过程的温度场、应力场、张拉预应力和环境参数的实时在线精准监测，全方位及时了解高铁箱梁的蒸养状况，强化现代铁路梁场科技创新的支撑引领能力，为新时代高质量铁路建设提供示范。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统，包括感知层、采集层、传输层、支撑层以及应用层五个部分，其中：
[0007]所述感知层负责感知箱梁蒸养阶段的各类物理参数、的变化，各类物理参数包括
梁体内温度、梁体温度应力、钢绞线张拉力、养护环境温湿度；
[0008]所述采集层负责将感知层感知的各类物理参数进行采集和暂时存储；
[0009]所述传输层负责将采集层采集到的各类物理参数数据通过4G无线信号传输至支撑层；
[0010]所述支撑层由云计算平台组成，负责处理和计算采集层采集到的数据，并将处理后的数据进行长期存储管理；
[0011]所述应用层是监测集成系统客户端，负责为用户提供一个实时监测数据访问的入口，用户输入账号密码进行登陆，即可实现通过人机交互的展示界面可以便捷地远程监控箱梁的各类物理参数。
[0012]本专利技术中，所述感知层包括箱梁内混凝土温度传感器、箱梁内混凝土温度应变传感器、预应力筋张拉力传感器以及养护环境温湿度传感器，采集层包括环境温湿度监测采集主机和光纤光栅解调仪，传输层包括DTU无线通讯模块和移动4G网络传输通道，采集层包括环境温湿度监测采集主机和光纤光栅解调仪，其中：
[0013]所述混凝土温度传感器由芯部温度传感器、表层温度传感器以及温度补偿传感器组成；
[0014]所述混凝土温度应变传感器由竖向应变传感器、横向应变传感器以及轴向应变传感器组成；
[0015]所述混凝土温度传感器和混凝土温度应变传感器布设在关键截面的关键点上，每个关键点上的所有传感器串联且对应一个光纤传输通道，不同关键点之间的线路并联且连接到光纤光栅解调仪的不同接口；
[0016]所述关键截面为距离边缘1.5m的两个端部截面和跨中截面，在端部截面，选择底板和腹板的交界处以及顶板和腹板的交界处作为两个监测点区域，在跨中截面，选择底板中心两侧对称的区域以及顶板与腹板交界处作为关键监测点区域；
[0017]所述每个关键点上，所有传感器按照竖向应变传感器、横向应变传感器、轴向应变传感器、温度补偿传感器、芯部温度传感器以及表层温度传感器的连接顺序进行串联；
[0018]所述预应力筋张拉力传感器为多测点智能钢绞线，多测点智能钢绞线内部含有多个光栅测点，这些光栅测点串联形成一条光纤线路，用于替代箱梁中的普通钢绞线承担荷载，实现对梁体内的多个位置的预应力进行自我感知；
[0019]所述养护环境温湿度传感器用于监测箱梁在蒸养过程中养护棚的温度和湿度，养护环境温湿度传感器通过433M传输的方式与环境温湿度监测采集主机相连；
[0020]所述混凝土温度传感器、混凝土温度应变传感器以及预应力筋张拉力传感器属于光纤光栅类传感器，光纤光栅解调仪与上述光纤光栅类传感器分布式、多通道连接；
[0021]所述DTU无线通讯模块通过网口与光纤光栅解调仪相连，DTU无线通讯模块将接收到的串口数据转化为IP数据，并通过无线发送的方式传输到支撑层。
[0022]本专利技术中，所述支撑层由云平台组成，光纤光栅类传感器感知的物理信息是光波类信号，所以传输信号进入云平台的时候，首先需要将光波信号处理为相应的混凝土温度、混凝土温度应变和预应力筋的张拉力，然后按照数据的类型在云存储空间中建立相应的存储池，数据按照时间顺序进行存储。
[0023]本专利技术中，应用层为人机交互展示界面，为用户提供一个实时的监测数据访问入
口，用户可以不受时间和空间的限制进行箱梁蒸养质量的监控。
[0024]本专利技术中，应用层中的人机交互展示界面具有监测数据智能化管理功能，在监测系统提前设置好各类传感器的采样频率，然后在无人力资源投入的情况下，监测系统会根据采样频率进行24小时不间断的自动存储相关的数据。并且数据存储时，会根据采集时间和传感器类型标号进行分类存储。
[0025]本专利技术中，应用层中的人机交互展示界面具有监测数据便捷访问的功能，用户通过人机交互展示界面，实时查看箱梁内各种传感器的监测数据。此外，可以选择时间段，进行历史数据的访问，并且系统会根据所选的时间段自动生成历史数据的可视化曲线。
[0026]本专利技术中，应用层中的人机交互展示界面具有图文并茂的界面效果。在人机交互的展示界面上，不仅仅设计了实时数据查看和历史数据访问的数据页，还设计了项目背景介绍的页面以及传感器布设的方案和相关布设细节的页面。展示了高铁箱梁施工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统，其特征在于所述系统包括感知层、采集层、传输层、支撑层以及应用层五个部分，其中：所述感知层负责感知箱梁蒸养阶段的各类物理参数的变化，各类物理参数包括梁体内温度、梁体温度应力、钢绞线张拉力、养护环境温湿度；所述采集层负责将感知层感知的各类物理参数进行采集和暂时存储；所述传输层负责将采集层采集到的各类物理参数数据通过4G无线信号传输至支撑层；所述支撑层由云计算平台组成，负责处理和计算采集层采集到的数据，并将处理后的数据进行长期存储管理；所述应用层是监测集成系统客户端，负责为用户提供一个实时监测数据访问的入口，用户输入账号密码进行登陆，即可实现通过人机交互的展示界面便捷地远程监控箱梁的各类物理参数。2.根据权利要求1所述的严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统，其特征在于所述感知层包括箱梁内混凝土温度传感器、箱梁内混凝土温度应变传感器、预应力筋张拉力传感器以及养护环境温湿度传感器，采集层包括环境温湿度监测采集主机和光纤光栅解调仪，传输层包括DTU无线通讯模块和移动4G网络传输通道，采集层包括环境温湿度监测采集主机和光纤光栅解调仪，其中：所述混凝土温度传感器由芯部温度传感器、表层温度传感器以及温度补偿传感器组成；所述混凝土温度应变传感器由竖向应变传感器、横向应变传感器以及轴向应变传感器组成；所述混凝土温度传感器和混凝土温度应变传感器布设在关键截面的关键点上，每个关键点上的所有传感器串联且对应一个光纤传输通道，不同关键点之间的线路并联且连接到光纤光栅解调仪的不同接口；所述预应力筋张拉力传感器为多测点智能钢绞线，用于替代箱梁中的普通钢绞线承担荷载，实现对梁体内的多个位置的预应力进行自我感知；所述养护环境温湿度传感器用于监测箱梁在蒸养过程中养护棚的温度和湿度，养护环境温湿度传感器与环境温湿度监测采集主机相连；所述DTU无线通讯模块通过网口与光纤光栅解调仪相连，DTU无线通讯模块将接收到的串口数据转化为IP数据，并通过无线发送的方式传输到支撑层。3.根据权利要求2所述的严寒地区箱梁蒸养制造全过程质量监控智能系统，其特征在于所述关键截面为距离边缘1.5m的两个端部截面和跨中截面，在端部截面，选择底板和腹板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔国富，薛广杰，计涛，欧进萍，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：