CN104181225A - 一种用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，属于土木工程中的桥梁工程监测设备领域。包括固定支架以及分别安装在所述固定支架上的磁粉探伤设备、图像采集设备、无线传输设备、控制器及图像显示器；其中，所述磁粉探伤设备用于将钢桥面板上裂纹的形状和位置显示出来；所述图像采集设备用于将所述裂纹的形状和位置拍摄成照片；所述无线传输设备将所述图像采集设备采集的照片传输给所述图像显示器；所述控制器自动控制所述磁粉探伤设备、图像采集设备及无线传输设备每隔一预设时间循环顺次工作。本装置可以跟踪钢桥疲劳裂纹，判断钢桥面板维护时机选择与方法选取，提高钢桥维护可靠性。同时对研究裂纹扩展路径、疲劳裂纹发展速度提供技术支持。

Description

一种用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置及其监测方法

技术领域

本发明是一种应用于钢桥面板日常维护与监测，跟踪钢桥面板、加劲肋与顶板接头处疲劳裂纹发展的装置；同时也可用于钢桥面板的室内试验过程中的疲劳裂纹跟踪，属于土木工程中的桥梁工程监测设备领域。

背景技术

正交异性钢桥面板广泛的应用于大跨径桥梁的建设过程中。钢桥面板作为主梁的上翼缘，在桥梁使用过程中直接承受车辆的轮载作用。钢桥面板是由面板及纵横向加劲肋等几种薄板件焊接而成，焊缝交叉处设有弧形缺口，其构造细节相当复杂，当车辆通过时，在车辆荷载、温度荷载及残余应力的共同作用下，顶板与加劲肋交叉焊接处、加劲肋对接焊接接头处、顶板与横隔板交叉焊接处、加劲肋与横隔板交叉焊接处等钢板交叉焊接部位容易产生局部应力，变形也非常复杂，会产生疲劳裂纹。裂纹扩展的不确定性也会给桥梁的安全带来不利的影响。

目前，在桥梁日常维护与监测过程中，对疲劳裂纹萌生后的裂纹监测还局限在人工的方式，存在很多不确定的因素，不能及时准确的反应疲劳裂纹的动态发展状况。无法对钢桥的日常维护与检修提供可靠的依据，也无法给钢桥疲劳裂纹的研究提供可靠详尽的资料。

基于以上情况，有必要提出一种简单方便的裂纹跟踪、监测装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于钢材疲劳裂纹跟踪监测的方法和装置，通过该方法及其监测装置用以跟踪在钢板交叉焊接接头处出现疲劳裂纹后裂纹发展状况。

本发明的钢材疲劳裂纹跟踪装置采用如下技术方案：

一种用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，其特征在于：包括固定支架以及分别安装在所述固定支架上的磁粉探伤设备、图像采集设备、无线传输设备、控制器及图像显示器；其中，所述磁粉探伤设备用于将钢桥面板上裂纹的形状和位置显示出来；

所述图像采集设备用于将所述裂纹的形状和位置拍摄成照片；

所述无线传输设备将所述图像采集设备采集的照片传输给所述图像显示器；

所述控制器自动控制所述磁粉探伤设备、图像采集设备及无线传输设备每隔一预设时间循环顺次工作。

所述固定支架包括第一支架板、第二支架板、第三支架板及第四支架板，所述第一支架板与第二支架板之间、第一支架板与第三支架板之间、第三支架板与第四支架板之间均可以相对转动；所述第四支架板和第二支架板上安装有将所述固定支架和钢桥面板相固定的固定装置。

所述固定装置为两个磁性底座，所述两个磁性底座分别安装在所述第四支架板和第二支架板上，磁性底座上设有开启或关闭磁力的开关。

所述磁粉探伤设备包括磁粉探伤仪、反差增强剂喷洒装置和黑水磁悬液喷洒装置；所述磁粉探伤仪与第二支架板和第三支架板固定在一起，并且磁粉探伤仪的探头采用活关节，所述反差增强剂喷洒装置和黑水磁悬液喷洒装置均通过连接件可拆卸地安装在所述固定支架上，并都通过软管与可调节喷射角度的喷头连接。

所述图像采集设备为高清摄像头。

所述图像显示器为带有网格坐标的显示器。

一种基于所述用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置的监测方法，包括以下几个步骤：

第一步、将固定支架安装在钢桥面板出现疲劳裂纹处；

第二步、磁粉探伤设备将疲劳裂纹形状和位置显示出来；

第三步、图像采集设备将裂纹的形状和位置拍摄下来；

第四步、无线传输设备将第三步中图像采集设备拍摄的裂纹图像传输到图像显示器上显示出来；

第五步、上述四个步骤通过控制器每隔T小时循环一次，即可在显示屏幕上显示裂纹发展方向及长度，所述的时间T人为设定。

本发明方法的有益效果：本发明一种用于钢材疲劳裂纹跟踪监测方法及装置，可以对钢桥表面疲劳裂纹进行监测，具体可以跟踪顶板与加劲肋交叉焊接处、加劲肋对接焊接接头处、顶板与横隔板交叉焊接处、加劲肋与横隔板交叉焊接处等交叉接头部位的疲劳裂纹，判断钢桥面板维护时机选择与方法选取，提高钢桥维护可靠性。同时也可用于钢桥面板的室内试验过程中的疲劳裂纹跟踪，对研究裂纹扩展路径、疲劳裂纹发展速度提供技术支持。

附图说明

图1为本发明钢材疲劳裂纹跟踪装置在钢板（或对接焊缝处）出现疲劳裂纹处的安装位置和构造图；

图2为本发明钢材疲劳裂纹跟踪装置在钢板交叉焊接接头部位出现疲劳裂纹处的安装位置和构造图；

图3为钢材疲劳裂纹跟踪装置构造示意图；

其中，1、第一支架板；2、第二支架板；3、第三支架板；4、第四支架板；5、磁性底座；6a、反差增强剂；6b、黑水磁悬液；7a、软管；7b、软管；8a、喷头；8b、喷头；9、探照灯；10、图像采集设备；11、磁粉探伤仪；12、控制器；13a、无线信号发射器；13b、无线信号接收器；14、带有网格坐标的显示屏幕；15、钢桥面板；15a、U肋部分，15b、钢桥面板顶板；16、焊缝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本钢材疲劳裂纹跟踪装置由第一支架板1、第二支架板2、第三支架板3、第四支架板4，磁性底座5，反差增强剂6a，黑水磁悬液6b，磁粉探伤仪11，高分辨率防振动摄像头10，控制器12，无线信号发射器13a，无线信号接收器13b,带有网格坐标的显示器14组成。

其工作原理是：桥梁检测人员在发现钢桥面板或钢板交叉焊接接头部位出现疲劳裂纹后，将该装置安装在出现疲劳裂纹处，图像采集设备（如高分辨率防振动摄像头）应该在疲劳裂纹上方附近，利用磁粉探伤原理（当钢材磁化时，若钢材表面有裂纹存在，由于裂纹处的磁阻增大而产生漏磁，形成局部磁场，磁粉便在此处显示裂纹的形状和位置）将疲劳裂纹形状和位置显示出来，接着使用高分辨率防振动摄像头将裂纹的形状和位置拍摄下来，利用无线传输技术将疲劳裂纹图像传输到带有网格坐标的显示屏幕上，这一过程每隔一段时间重复一次即可在带有网格坐标的显示屏幕上显示裂纹发展方向及长度。

上述过程全部由控制器控制，所述控制器中写入的程序为：喷反差增强剂→喷黑水磁悬液→探伤仪产生磁场→高分辨率防振动摄像头拍照→无线信号发射器将裂纹图像传输到显示屏幕。并且此整个完整程序每隔T小时循环一次，时间T可以人为设定，初始为1小时。

如图1所示，该装置的支架是由第一支架板1、第二支架板2、第三支架板3、第四支架板4这四部分组成，第一支架板1与第二支架板2之间、第一支架板1与第三支架板3之间、第三支架板3与第四支架板4之间均可以相对转动，以保证：a、该装置安装在钢桥面板上时不会对钢桥面板产生约束；b、钢桥面板的疲劳荷载不会对该装置产生疲劳作用；c、该装置不仅可以跟踪平板区域（或对接焊缝处）上的疲劳裂纹，而且可以跟踪两块钢板焊接处角焊缝处的疲劳裂纹，如图2所示。

磁性底座5与第二支架板2、第四支架板4固定在一起，使用时利用磁性底座5的开关将该整个固定支架板装置便捷的吸附于钢板之上或者取下。

如图1所示，磁粉探伤仪11与第三支架板3、第二支架板2固定在一起，并且磁粉探伤仪11的探头采用活关节，以保证在使用过程中探头能与钢桥面板紧密贴合。

反差增强剂6a、黑水磁悬液6b用完可以更换，且反差增强剂6a与黑水磁悬液6b在装置工作时固定在所述支架板上。反差增强剂6a的喷头8a和黑水磁悬液6b的喷头8b喷射方向可以调节，软管7a将反差增强剂6a和其喷头8a相连接，软管7b将黑水磁悬液6b和其喷头8b相连接。高分辨率防振动摄像头10的拍摄角度以及探照灯9的照射角度和灯光的强弱可以调节。

Claims (7)

1. 一种用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，其特征在于：包括固定支架以及分别安装在所述固定支架上的磁粉探伤设备、图像采集设备、无线传输设备、控制器及图像显示器；其中，所述磁粉探伤设备用于将钢桥面板上裂纹的形状和位置显示出来；

所述图像采集设备用于将所述裂纹的形状和位置拍摄成照片；

所述无线传输设备将所述图像采集设备采集的照片传输给所述图像显示器；

所述控制器自动控制所述磁粉探伤设备、图像采集设备及无线传输设备每隔一预设时间循环顺次工作。

2.根据权利要求1所述的用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，其特征在于：所述固定支架包括第一支架板、第二支架板、第三支架板及第四支架板，所述第一支架板与第二支架板之间、第一支架板与第三支架板之间、第三支架板与第四支架板之间均可以相对转动；所述第四支架板和第二支架板上安装有将所述固定支架和钢桥面板相固定的固定装置。

3.根据权利要求2所述的用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，其特征在于：所述固定装置为两个磁性底座，所述两个磁性底座分别安装在所述第四支架板和第二支架板上，磁性底座上设有开启或关闭磁力的开关。

4.根据权利要求1所述的用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，其特征在于：所述磁粉探伤设备包括磁粉探伤仪、反差增强剂喷洒装置和黑水磁悬液喷洒装置；所述磁粉探伤仪与第二支架板和第三支架板固定在一起，并且磁粉探伤仪的探头采用活关节，所述反差增强剂喷洒装置和黑水磁悬液喷洒装置均通过连接件可拆卸地安装在所述固定支架上，并都通过软管与可调节喷射角度的喷头连接。

5.根据权利要求1所述的用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，其特征在于：所述图像采集设备为高清摄像头。

6.根据权利要求1所述的用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置，其特征在于：所述图像显示器为带有网格坐标的显示器。

7.一种基于权利要求1所述用于钢材疲劳裂纹跟踪监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

第一步、将固定支架安装在钢桥面板出现疲劳裂纹处；

第二步、磁粉探伤设备将疲劳裂纹形状和位置显示出来；

第三步、图像采集设备将裂纹的形状和位置拍摄下来；

第四步、无线传输设备将第三步中图像采集设备拍摄的裂纹图像传输到图像显示器上显示出来；

第五步、上述四个步骤通过控制器每隔T小时循环一次，即可在显示屏幕上显示裂纹发展方向及长度，所述的时间T人为设定。