CN106950225A - 桥墩水下部位损伤检测活动支架及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥墩水下部位损伤检测活动支架及方法，该活动支架包括金属软管、滑套、伸缩装置和机器人座，多节金属软管组成环绕桥墩的抱箍，滑套套设在抱箍上，伸缩装置连接在滑套与机器人座之间。该方法是将滑套套在金属抱箍上自由滑动，确定损伤部位的水平坐标。伸缩装置中的菱形伸缩架与卷尺共同上下伸缩，确定损伤部位的竖向坐标。本发明可准确地定位桥梁水下基础损伤部位的二维坐标，解决了现阶段机器人因水流湍急被水冲走、丢失等问题，提高了桥梁水下隐患部位检测的效率与质量，有效降低了检测成本。

Description

桥墩水下部位损伤检测活动支架及方法

技术领域

本发明涉及一种桥墩水下部位损伤的检测设备及方法，属于结构检测装置的领域。

背景技术

混凝土桥墩在工作中会产生裂纹，也会因水流的冲刷、腐蚀、船舶撞击、地震等作用而发生损坏。桥墩水下部位的损伤检测易成为检测的盲点。目前，国内对桥墩水下部分的检测主要通过潜水员佩带水下摄影设备进行人工检测，这种检测方法效率低下，也难以定位裂纹的具体坐标。基于以上情况，设计一种桥墩水下部位损伤检测的活动支架，用于较为准确地定位出损伤所在的具体位置，提高了检测效率，替代潜水员的水下作业，就成为亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：为了提高桥墩水下部位的损伤检测的效率及精确度，本发明提供一种桥墩水下部位损伤检测活动支架。

技术方案：本发明提供的桥墩水下部位损伤检测活动支架，包括金属软管、滑套、伸缩装置和机器人座，多节金属软管连接形成环绕桥墩的抱箍，所述滑套与抱箍滑配，滑套顶部设有调平水准仪，滑套底部设有竖直的连接板，所述伸缩装置连接于滑套与机器人座之间。

抱箍由若干节金属软管通过外凸式连接环和内嵌式连接环首尾相连而成，并通过金属软管侧面的顶推杆张拉在桥墩外壁。每节金属软管上表面设有沿着轴向的刻度，该刻度可以用来确定损伤部位所在的水平坐标。

金属软管的外凸式连接环具有卡齿和对准刻度。内嵌式连接环具有内嵌槽、对准刻度、贴在连接环最外侧圆环处的环形弹性橡胶。相邻金属软管的连接是通过环形弹性橡胶的弹力，且对准刻度对齐后，连接成功。

顶推杆是由旋钮、一级顶推杆、二级顶推杆、套筒和垫片组成。通过调节顶推杆将抱箍张拉并固定在桥墩外壁。顶推杆的顶推是通过旋钮的旋转。为了使张拉的形状较为均匀，每个顶推杆的伸长量应大致相等。顶推杆的端部有一方形的垫片，垫片不会随着旋钮的转动而转动，可防止抱箍沿着桥墩外壁下滑。

滑套由滑套固定螺栓、调平水准仪和连接板组成。滑套可以在抱箍上自由滑动，从而带动伸缩装置围绕桥墩进行检测。滑套的横截面是一个有缺口的圆环，

圆环的缺口可以使顶推杆不阻碍滑套的移动。滑套上部设有调平水准仪，观察调平水准仪的气泡是否居中，确认抱箍的各个位置是否水平。滑套固定螺栓将滑套固定在抱箍上的某一位置。连接板上设有4个卷尺夹连接孔和1个伸缩装置连接孔，分别用于连接卷尺夹和伸缩装置，连接板与滑套为刚性连接。

卷尺夹由1块卷尺底板、2块卷尺夹板、2个弹簧和1根滑杆组成。卷尺底板上设有4个螺孔用于和连接板连接，且设有一个滑槽用于放置弹簧和滑杆，为卷尺夹板提供滑行轨道。滑杆从左至右分别穿过1个弹簧、2个卷尺滑板和另1个弹簧，并固定在滑槽的端部。卷尺位于两个卷尺夹板的正中位置。

伸缩装置由菱形伸缩架、伸缩架固定尺、伸缩架固定杆和卷尺组成。菱形伸缩架沿着桥墩的轴向自由伸缩。菱形伸缩架的最上部一块菱形的左端节点设置一个铰接的伸缩架固定尺，右端节点设置一个刚接的伸缩架固定杆。通过将伸缩架固定尺上的波纹状卡齿扣在伸缩架固定杆上可以固定菱形伸缩架。卷尺的尺勾固定在菱形伸缩架的最底部节点，卷尺固定于卷尺夹中。卷尺的尺条始终位于菱形伸缩架的中间节点位置。

机器人座用于固定拍摄损伤部位并传输数据的检测设备。机器人座由金属盒子和底座组成。金属盒子和菱形伸缩架的最底部节点相连。底座包括座板和设在座板上的两个条形螺栓孔。两个条形螺栓孔可以便于将不同规格的机器设备固定在机器人座上。

本发明同时提供采用上述活动支架检测桥墩水下部位损伤的方法，是将多节金属软管连接成抱箍，利用顶推装置及金属软管的张紧力将抱箍固定在桥墩的顶部，并调整抱箍水平；将滑套安装在抱箍上，检测设备安装在机器人座上，滑套沿金属抱箍自由滑动，检测设备检测到损伤部位时，用利用抱箍上的刻度确定损伤部位的水平坐标，伸缩装置中的菱形伸缩架与卷尺共同上下伸缩，利用卷尺刻度确定损伤部位的竖向坐标。

有益效果：本发明主要是通过滑套在抱箍上的水平滑移和伸缩装置的竖向伸缩功能，利用机器人座上的检测设备对桥墩水下损伤部位的全方位细致检测。实现了对桥梁水下基础损伤部位的检测、坐标定位等功能，解决了现阶段机器人因水流湍急被水冲走、丢失等问题，提高了桥梁水下隐患部位检测的效率与质量，有效降低了检测成本。

附图说明

图1是本发明实施例一的使用状态示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是当桥墩横截面是矩形时的应用状态示意图；

图4是图1中金属软管端部卡扣装置的三维轴测图；

图5是图1中顶推杆的局部详图；

图6是图1中滑套和伸缩装置的局部三维轴测图；

图7是图1中伸缩装置和机器人座的局部三维轴测图；

图8是图1中卷尺夹和连接板的三维轴测图；

图中：1金属软管；1a抱箍上的刻度；2外凸式连接环；2a卡齿；2b对准刻度；3内嵌式连接环；3a内嵌槽；3b对准刻度；3c环形弹性橡胶；4顶推杆；4a旋钮；4b一级顶推杆；4c二级顶推杆；4d套筒；4e垫片；5滑套；6滑套固定螺栓；7调平水准仪；8连接板；8a卷尺夹连接孔；8b伸缩装置连接孔；9卷尺底板；9a螺栓孔；9b滑槽；10卷尺夹板；11弹簧；12滑杆；13菱形伸缩架；14菱形伸缩架固定尺；15伸缩架固定杆；16卷尺；16a有刻度的尺带；16b卷尺的尺钩；17金属盒子；17a金属盒子的底板；17b条形螺孔。

具体实施方式

本实施例的桥墩水下部位损伤检测的活动支架如图1所示，主要是由金属软管1、滑套5、顶推杆4、菱形伸缩架13、和金属盒子17等部分组成。

抱箍由若干节等长且可弯曲的金属软管1通过外凸式连接环2和内嵌式连接环3首尾相连而成，并通过金属软管1侧面的顶推杆4张拉在桥墩外壁。每节金属软管的两端分别有一个外凸式连接环2和一个内嵌式连接环3，其上表面有沿着轴向的刻度1a，该刻度可以用来确定损伤部位的水平坐标。若桥墩的横截面是圆形，则抱箍通过顶推杆4在桥墩外壁张拉成圆环形如图2所示；若桥墩的截面是矩形，则抱箍通过顶推杆4在桥墩外壁张拉成圆角的方环形如图3所示。

相邻金属软管的连接是通过外凸式连接环2和内嵌式连接环3相连来实现。外凸式连接环2和内嵌式连接环3的三维轴测图如图4所示。外凸式连接环2具有卡齿2a和对准刻度2b。内嵌式连接环3具有内嵌槽3a、对准刻度3b以及贴在连接环最外侧圆环处的环形弹性橡胶3c。相邻金属软管的连接是通过挤压环形弹性橡胶3c，将外凸式连接环的卡齿嵌入内嵌槽中，然后旋转连接环使对准刻度2b、3b对齐。此时，在环形弹性材料3c的弹力作用下连接环互相挤压，使之因难以克服较大的静摩擦力而不会轻易发生相对滑移，当相邻金属软管的顶推杆4均在同一水平面内时，则表示相邻金属软管的连接工作完成。最终，若干节金属软管1通过首尾连接形成闭合的抱箍。

通过调节金属软管1侧面的顶推杆4来将抱箍张拉并固定在桥墩外壁。顶推杆4是由旋钮4a、一级顶推杆4b、二级顶推杆4c、套筒4d和垫片4e组成，其局部详图如图5所示。顶推杆4的调节是通过手动旋转顶推杆端部的旋钮4a，使一级顶推杆4b旋出，一级顶推杆4b螺纹转满之后即带动二级顶推杆4c从金属软管内部的套筒4d中旋出，以此种模式使各级顶推杆依次转动从而实现抱箍的张拉。旋钮4a的外表面有用于提供摩擦力的刻痕，一级顶推杆4b外表面有螺纹，二级顶推杆4c内外表面均有螺纹，套筒4d的内表面有螺纹。套筒4d固定在金属软管1内部。为了使张拉的形状较为均匀，每个顶推杆4的伸长量应大致相等。顶推杆4的端部有一方形的垫片4e，用来增大顶推杆4与桥墩外壁的接触面积，提供摩擦力，防止抱箍沿着桥墩外壁下滑。垫片不会随着旋钮4a的转动而转动。

滑套由滑套固定螺栓6、调平水准仪7和连接板8组成，其三维轴测图如图6所示。滑套5可以在抱箍上自由滑动，从而带动伸缩装置围绕桥墩进行检测。滑套5的横截面是一个有缺口的圆环，圆环的缺口可以使顶推杆4不阻碍滑套5的移动。当抱箍在桥墩外壁张拉完成后，为了确保抱箍刻度1a定位的准确性，需要确认抱箍是否在同一水平面上。此时通过将滑套5置于抱箍上的不同位置，并观察滑套5上的调平水准仪7的气泡是否居中，以确认抱箍的各个位置是否水平。若气泡并不居中，则说明抱箍发生了倾斜，需要进行调整，直至气泡居中。若需要将滑套固定在抱箍上的某一位置，则可直接拧紧滑套固定螺栓6。松开滑套固定螺栓6后，滑套又可自由滑动。连接板8上设有4个卷尺夹连接孔8a和一个伸缩装置连接孔8b，分别用于连接卷尺夹和伸缩装置，其三维轴测图如图7所示。连接板8与滑套5为刚性连接。

卷尺夹由1块卷尺底板9、2块卷尺夹板10、2个弹簧11和1根滑杆12组成，其三维轴测图如图8所示。卷尺底板上设有4个螺栓孔9a用于和连接板8连接，且设有一个滑槽9b用于放置弹簧11和滑杆12并为卷尺夹板10提供滑行轨道。滑杆12从左至右分别穿过1个弹簧11、2个卷尺夹板10和另1个弹簧11，并固定在滑槽9b的端部。滑杆即避免了弹簧受压失稳，也避免了卷尺夹板脱离滑槽。在卷尺夹上安置卷尺16时，可先将两块紧贴的卷尺夹板10沿着滑槽9b的相反方向分开，再将卷尺插入2块卷尺夹板10之间，然后松开卷尺夹板10，让卷尺夹板10将卷尺夹紧，最后微调卷尺夹板10使卷尺位于卷尺底板9的正中位置。

伸缩装置由菱形伸缩架13、伸缩架固定尺14、伸缩架固定杆15和等组成，其三维轴测图如图6和图7所示。菱形伸缩架13可以沿着桥墩的轴向自由伸缩。菱形伸缩架的最上部一块菱形的左端节点设置一个铰接的伸缩架固定尺14，右端节点设置一个刚接的伸缩架固定杆15。伸缩架固定尺14可以绕左端节点在伸缩架平面内自由转动，且沿着尺长方向设有连续的波纹状卡齿。伸缩架固定杆15是垂直于伸缩架平面的圆柱状短杆。通过将伸缩架固定尺上的波纹状卡齿扣在伸缩架固定杆15上可以固定菱形伸缩架13，确保它不发生伸缩位移。卷尺的尺勾16b固定在菱形伸缩架的最底部节点，卷尺固定于卷尺夹中。卷尺的尺带16a始终位于菱形伸缩架13的中间节点位置，可随着菱形伸缩架13的伸缩而伸缩。这样卷尺上的读数可直接确定桥墩损伤部位的竖向坐标。

机器人座用于固定拍摄损伤部位并传输数据的检测设备。机器人座由金属盒子17和底座组成，其三维轴测图如图7所示。金属盒子17和菱形伸缩架的最底部节点相连。底座包括底板17a和设在底板上的两个条形螺孔17b。两个条形螺孔17b可以便于将不同规格的机器设备固定在机器人座上。通过滑套在抱箍上的水平滑移和伸缩装置在竖向的伸缩，机器人座上的检测设备可以实现对桥墩水下部位的全方位检测。并且抱箍上的水平坐标和伸缩装置上的竖向坐标可以准确确定损伤部位的具体位置。

由于桥墩水下部位损伤检测的现场检测条件较为简陋，现场操作有较多的不便之处，若将所有装置都进行现场连接，则会耗费大量时间，加大检测成本。所以在使用本发明装置进行现场检测前，需要做好充足的准备工作，以使检测工作能顺利进行。首先需要先了解桥墩截面的周长，以及桥墩水下部位的高度。桥墩截面的周长用于确定所需要金属软管1的节数以及顶推杆4的顶推长度。金属软管1的总长度以刚刚超出桥墩横截面的周长为宜，这样金属软管1既能连接成围绕桥墩的抱箍，也不至于因过长而影响使用。抱箍的内边界线与桥墩横截面的边界线应为相似的图形。通过相似图形的边长差或直径差，即可初步确定顶推杆4的顶推长度。确定金属软管1的节数以及顶推杆4的顶推长度后，即可直接将各节金属软管1连接成一条尚未闭合的线状管，并调整各节金属软管相应部位顶推杆4的长度，使之略小于顶推长度，该长度称之为预伸长度，这样有利于金属软管的闭合。桥墩水下部位的高度则用于确定菱形伸缩架13的节数以及卷尺16的量程。菱形伸缩架13需要有足够的节数以便能将检测仪器带到桥墩的最底部位置进行检测。卷尺16是用来确定桥墩损伤部位的竖向坐标，所以卷尺16的量程应大于桥墩水下部位的高度。确定了菱形伸缩架13的节数以及卷尺的量程后，将菱形伸缩架13与连接板8相连，将卷尺16固定在连接板上的卷尺夹中，将卷尺的尺钩16b固定在菱形伸缩架13的最底部节点。同时需要将机器人座与菱形伸缩架13的最底部节点相连。然后将菱形伸缩架13收拢到最短长度并用伸缩架固定尺14固定，便于携带。

将已经部分连接好的装置带到现场。现场操作中首先要进行金属软管1的闭合工作。在2-3人的配合下将尚未闭合的线状金属软管1围绕桥墩，并且使每个垫片4e都与桥墩的外壁接触，通过人力将线状金属软管1的两端稍微拉紧，以使金属软管1在闭合的过程中不会沿着桥墩外壁滑落。在将滑套套入金属软管中之后通过两端的连接环2~3将金属软管1闭合，然后在逐渐松懈人力的过程中，调整附近的顶推杆4，使之伸长，以逐渐代替人力，直到在完全无人力的状况下金属软管1可以张拉在桥墩外壁而不会滑落，此时初步张拉工作完成。初步张拉后各个顶推杆4的伸长量并不均匀，通过一只手旋转较长二级顶推杆4使之变短的同时另一只手旋转相邻的较短二级顶推杆4使之变长，则可将伸长量较大的二级顶推杆4的超出长度平均分摊到其他二级顶推杆4上，且在调整的过程中抱箍不会滑落。调整的过程中，被调短后的二级顶推杆的长度应接近于顶推长度。如此围绕桥墩一周进行顶推杆的调整工作，可使各个二级顶推杆4的伸长量接近于顶推长度。然后滑动滑套，这样不仅可以确定滑套是否可以在抱箍内自由滑动，还可以检测抱箍是否在同一水平面内。若在某一位置调平水准仪7的气泡不居中，则说明抱箍在该处发生了倾斜，需要进行调平，直至气泡居中。调平是为了确保抱箍刻度1a定位的准确性。调平工作完成后将检测仪器固定在机器人座上，然后松开伸缩架固定尺14，即可开始检测工作。

为了能对桥墩进行全方位的检测，应设置水平起点坐标以及水平坐标增量。首先应将滑套固定在水平起点坐标下进行沿深度方向的检测。深度检测完成后在上一水平坐标的基础上施加坐标增量以作为新的水平坐标，然后将滑套移至新的水平坐标下进行沿深度方向的检测，如此反复，直至滑套围绕桥墩一周。水平坐标增量与桥墩横截面的周长有关，水平坐标增量不宜过大，避免遗漏了部分区域，也不宜过小，避免检测重复的区域。若在检测中发现了桥墩的局部损伤部位，则可在损伤的扩展范围内通过滑套和伸缩架的共同位移来记录损伤，并及时记录下损伤部位所在的坐标。

Claims (8)

1.一种桥墩水下部位损伤检测活动支架，其特征在于：包括金属软管、滑套、伸缩装置和机器人座，多节金属软管连接形成环绕桥墩的抱箍，所述滑套与抱箍滑配，滑套顶部设有调平水准仪，滑套底部设有竖直的连接板，所述伸缩装置连接于滑套与机器人座之间。

2.根据权利要求1所述的一种桥墩水下部位损伤检测活动支架，其特征在于：所述抱箍是由若干节等长金属软管首尾相接的闭合圆环，在金属软管的上设有沿着金属软管的刻度，相邻金属软管的端部通过外凸式连接环与内嵌式连接环相连接，每个金属软管的一端具有外凸式连接环，另一端具有内嵌式连接环。

3.根据权利要求1所述的一种桥墩水下部位损伤检测活动支架，其特征在于：所述抱箍与桥墩之间支撑有顶推装置，所述顶推装置包括依次螺接的一级顶推杆、二级顶推杆和套筒，通过旋钮进行顶推，所述一级顶推杆端部铰接有垫片，所述套筒固定在金属软管内部。

4.根据权利要求1所述的一种桥墩水下部位损伤检测活动支架，其特征在于：所述滑套的横截面是具有缺口的圆环，所述伸缩装置是菱形伸缩架。

5.根据权利要求1所述的一种桥墩水下部位损伤检测活动支架，其特征在于：所述滑套的底部设有卷尺夹，卷尺固定在卷尺夹中，卷尺勾与伸缩装置底端相连接，所述卷尺夹内设有条形滑槽。

6.根据权利要求1所述的一种桥墩水下部位损伤检测活动支架，其特征在于：所述连接板上设有相邻的卷尺夹连接孔和伸缩装置连接孔。

7.根据权利要求4所述的一种桥墩水下部位损伤检测活动支架，其特征在于：菱形伸缩架底端与机器人座相连接，机器人座中的座板设有两个条形螺孔。

8.一种桥墩水下部位损伤检测方法，其特征在于：将多节金属软管连接成抱箍，利用顶推装置及金属软管的张紧力将抱箍固定在桥墩的顶部，并调整抱箍水平；将滑套安装在抱箍上，检测设备安装在机器人座上，滑套沿金属抱箍自由滑动，检测设备检测到损伤部位时，用利用抱箍上的刻度确定损伤部位的水平坐标，伸缩装置中的菱形伸缩架与卷尺共同上下伸缩，利用卷尺刻度确定损伤部位的竖向坐标。