CN104007117B - 一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置及方法，包括光纤断裂线组件、通路检测器以及数据传输模块，光纤断裂线组件由双向正交排布的光纤断裂线组成，光纤断裂线组件直接通过光纤与通路检测器相连；通路检测器包含光源发射单元、光源接收单元和电路芯片单元，光源发射单元和光源接收单元与光纤断裂线的两端相连，电路芯片单元与数据传输模块电路连接；数据传输模块通过无线传输功能实现与远程计算机通讯，将远程计算机指令传输至电路芯片单元，并将通路检测数据经电路芯片单元无线传输至远程计算机，由计算机程序推算裂纹位置、长度及扩展速率。本发明所述装置原理清晰，制作简单，使用方便，精度较高。

Description

一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置及方法

技术领域

本发明涉及钢结构检测技术领域，具体地，涉及一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置及方法。

背景技术

正交异性钢桥面板由于结构自重轻、整体效率高、跨越能力强、抗震性能好等优点，被广泛应用于大、中跨度桥梁结构中。但是，由于构造应力复杂、焊接缺陷难控制以及直接承受车辆动力作用等原因，正交异性钢桥面板也是钢桥结构中最容易发生疲劳破坏的部位。自1971年英国Severn桥最早发现钢桥面板构造细节的疲劳裂纹以来，德国、法国、日本、美国、荷兰等国相继出现了钢桥面板疲劳开裂的报道，我国虎门大桥、海沧大桥、江阴大桥等的正交异性钢桥面板也已经检测到了大量疲劳裂纹。这些裂纹具有许多共性，并且通常出现在纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接焊缝等应力集中明显位置。因此，需要在实际工程中对在役正交异性钢桥面板的疲劳开裂情况进行定期检测和长期监测。

在正交异性钢桥面板疲劳裂纹的检测方法中，目前使用最为广泛也最简单直接的是目测法，但这种方法存在一定局限性，比如现场情况可能导致检测人员很难甚至无法到达某些疲劳开裂敏感区域，以及人工目测可能无法精准确定裂纹的尖端位置等。此外也有一些利用电势能落差、超声回传等原理开发而成的钢结构裂纹探测设备，可实现对裂纹尺寸的准确测量，但这些设备同样需要人工现场操作，可能存在部分区域不可达和操作空间受限的问题，也无法通过远程控制实现自动检测和长期监测。因此，需要设计一种疲劳裂纹自动检测装置，这种原位布置的监测装置应能采用远程控制代替现场操作，实现对钢桥面板疲劳开裂状态的自动检测和长期监测，确保桥梁结构的安全性与使用性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置及方法，该装置可以实现对正交异性钢桥面板疲劳裂纹的自动检测和长期监测。

为实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置，包括光纤断裂线组件、通路检测器以及数据传输模块，其中：

光纤断裂线组件由双向正交排布的光纤断裂线组成，光纤断裂线组件直接粘贴于结构钢板表面并直接通过光纤与通路检测器相连；

通路检测器包含光源发射单元、光源接收单元和电路芯片单元，光源发射单元和光源接收单元与光纤断裂线的两端相连，电路芯片单元与数据传输模块电路连接，电路芯片单元通过数据传输模块接收外部监测指令或以一定时间间隔自动激励光源发射单元，并记录光纤断裂线组件的断裂位置和断裂时间，实现对光纤断裂情况的自动检测和长期监测；

数据传输模块通过无线传输功能实现与远程计算机通讯，将远程计算机指令传输至电路芯片单元，同时将通路检测数据经电路芯片单元无线传输至远程计算机，然后通过计算机程序推算裂纹位置、长度及扩展速率。

优选地，所述光纤断裂线组件直接粘贴于结构钢板表面，具体的：当用于未开裂钢桥面板的潜在裂纹萌生监测时，将光纤断裂线组件粘贴在疲劳开裂敏感区域，如纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接焊缝的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面。

优选地，所述光纤断裂线组件的大小可以根据检测区域范围进行定做，光纤断裂线的数量和间距按照检测精度要求进行调整。

优选地，所述通路检测器包含两个光源发射单元和两个光源接收单元，光源发射单元和光源接收单元均内置多个光纤断裂线接口，光纤断裂线的两端分别与光源发射单元和光源接收单元的内置光纤断裂线接口连接。

本发明提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测方法，步骤如下：

步骤1：对于未开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接角焊缝等疲劳开裂敏感区域的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面；

步骤2：将通路检测器连同数据传输模块一并粘贴在光纤断裂线组件附近；

步骤3：将光纤断裂线组件的光纤断裂线的两端分别接入光源发射单元和光源接收单元的内置接口内；

步骤4：利用内置电池启动测量装置，实现数据传输模块与远程计算机无线连接成功。

步骤5：通过远程计算机发送单次实时检测指令或连续多次自动监测指令，之后通路检测器检测光纤断裂组件的通路情况获得裂纹监测数据，

步骤6：远程计算机接收通路检测器的检测结果数据进行显示、统计、分析，该数据包括光纤断裂线组件的断裂位置编号和断裂时间，从而实现钢桥面板疲劳裂纹的自动检测。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述装置原理清晰、制作简单、使用方便、精度较高，所述装置既能用于未开裂桥面板的疲劳裂纹萌生监测，也能用于钢桥面板已有疲劳裂纹的扩展情况监测等；实现了对正交异性钢桥面板疲劳裂纹位置、长度及扩展速率的自动检测和长期监测，可应用于实际工程当中。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例在横隔板上的布置示意图；

图2为本发明一实施例在纵肋上的布置示意图；

图3为本发明一实施例在面板上的布置示意图；

图4为本发明一实施例结构示意图；

图中：1—光纤断裂线组件；2—通路检测器，3—数据传输模块，4—光纤断裂线，5—光源发射单元，6—光源接收单元，7—电路芯片单元，8—面板，9—桥面铺装，10—纵肋，11—横隔板，12—角焊缝。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图4所示，本实施例提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置，包括光纤断裂线组件1、通路检测器2以及数据传输模块3，其中：

光纤断裂线组件1由双向正交排布的光纤断裂线4组成，光纤断裂线组件1直接通过光纤与通路检测器2相连；

通路检测器2包含光源发射单元5、光源接收单元6和电路芯片单元7，光源发射单元5和光源接收单元6与光纤断裂线4的两端相连，电路芯片单元7与数据传输模块3电路连接，电路芯片单元7通过数据传输模块3接收外部监测指令，或以一定时间间隔自动激励光源发射单元5，并记录光纤断裂线组件1的断裂位置和断裂时间，实现对光纤断裂情况的自动检测和长期监测；

数据传输模块3通过无线传输功能实现与远程计算机通讯，从而将远程计算机指令传输至电路芯片单元7，同时将通路检测器2检测数据经电路芯片单元7无线传输至远程计算机，然后通过计算机处理得到裂纹位置、长度及扩展速率。

如图1、图2、图3所示，本实施例所述光纤断裂线组件1直接粘贴于结构钢板表面，具体的：当用于未开裂钢桥面板的潜在裂纹萌生监测时，将光纤断裂线组件1粘贴在疲劳开裂敏感区域，如纵肋10与面板8连接焊缝、纵肋10与横隔板11连接焊缝、横隔板11与面板8连接焊缝、纵肋10对接角焊缝12位置的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件1粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面。

本实施例中，所述光纤断裂线组件1的大小可以根据检测区域范围进行定做，光纤断裂线4的数量和间距按照检测精度要求进行调整。

本实施例中，所述通路检测器2包含两个光源发射单元5和两个光源接收单元6，光源发射单元5和光源接收单元6均内置多个光纤断裂线接口，光纤断裂线4的两端分别与光源发射单元5和光源接收单元6的内置光纤断裂线接口连接。

本实施例使用上述装置进行检测时，按照以下步骤进行：

步骤1：对于未开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件1粘贴在纵肋10与面板8连接焊缝、纵肋10与横隔板11连接焊缝、横隔板11与面板8连接焊缝、纵肋10对接角焊缝12疲劳开裂敏感区域的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件1粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面；

步骤2：将通路检测器2连同数据传输模块3一并粘贴在光纤断裂线组件1附近；数据传输模块3连接电路芯片单元7；

步骤3：将光纤断裂线组件1的光纤断裂线4的两端分别接入光源发射单元5和光源接收单元6的内置接口内；

步骤4：利用内置电池启动测量装置，实现数据传输模块3与远程计算机无线连接成功。

步骤5：通过远程计算机发送单次实时检测指令或连续多次自动监测指令；电路芯片单元7通过数据传输模块3接收外部监测指令，或以一定时间间隔自动激励光源发射单元5，光源发射单元5发射光束通过光纤传至光源接收单元6；通路检测器2检测光纤断裂组件1的通路情况获得裂纹监测数据，并记录光纤断裂线组件1的断裂位置和断裂时间，并通过数据传输模块3传送到远程计算机；

步骤6：远程计算机接收通路检测器2的检测结果数据进行显示、统计、分析，该数据包括光纤断裂线组件1的断裂位置编号和断裂时间等，从而实现钢桥面板疲劳裂纹的自动检测。

进一步的，所述远程计算机可以通过数据处理，得到疲劳裂纹的位置、长度以及扩展速率等信息，进一步绘制裂纹分布图。

本实施例整个装置原理清晰、制作简单、使用方便、精度较高，所述装置既能用于未开裂桥面板的疲劳裂纹萌生监测，也能用于钢桥面板已有疲劳裂纹的扩展情况监测等；实现了对正交异性钢桥面板疲劳裂纹位置、长度及扩展速率的自动检测和长期监测，可应用于实际工程当中。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置，其特征在于，包括光纤断裂线组件、通路检测器以及数据传输模块，其中：

光纤断裂线组件由双向正交排布的光纤断裂线组成，光纤断裂线组件直接粘贴于结构钢板表面并直接通过光纤与通路检测器相连；

通路检测器包含光源发射单元、光源接收单元和电路芯片单元，光源发射单元、光源接收单元与光纤断裂线的两端相连，电路芯片单元与数据传输模块连接，电路芯片单元通过数据传输模块接收外部监测指令或以一定时间间隔自动激励光源发射单元，并记录光纤断裂线组件的断裂位置和断裂时间，实现对光纤断裂情况的自动检测和长期监测；所述通路检测器包含两个光源发射单元和两个光源接收单元，光源发射单元和光源接收单元均内置多个光纤断裂线接口，光纤断裂线的两端分别与光源发射单元和光源接收单元的内置光纤断裂线接口连接；

数据传输模块通过无线传输功能实现与远程计算机通讯，将远程计算机指令传输至电路芯片单元，同时将通路检测器检测数据经电路芯片单元无线传输至远程计算机，然后通过计算机处理得到裂纹位置、长度及扩展速率；

当用于未开裂钢桥面板的潜在裂纹萌生监测时，所述光纤断裂线组件粘贴在纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接焊缝的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，所述光纤断裂线组件粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面。

2.根据权利要求1所述的一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置，其特征在于，所述光纤断裂线组件的大小可以根据检测区域范围进行定做，光纤断裂线的数量和间距按照检测精度要求进行调整。

3.一种采用权利要求1所述装置进行的正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

步骤1：对于未开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接焊缝处的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面；

步骤2：将通路检测器连同数据传输模块一并粘贴在光纤断裂线组件附近；

步骤3：将光纤断裂线组件的光纤断裂线的两端分别接入光源发射单元和光源接收单元的内置接口内；

步骤4：利用内置电池启动检测装置，实现数据传输模块与远程计算机无线连接成功；

步骤5：通过远程计算机发送单次实时检测指令或连续多次自动监测指令；

步骤6：远程计算机接收通路检测器的检测结果数据进行显示、统计、分析，该数据包括光纤断裂线组件的断裂位置编号和断裂时间，从而实现钢桥面板疲劳裂纹的自动检测。

4.根据权利要求3所述的正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测方法，其特征在于，所述远程计算机通过进一步数据处理，得到疲劳裂纹的位置、长度以及扩展速率，进一步绘制裂纹分布图。