CN108571941B - 一种桥梁预应力波纹管线形检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁预应力波纹管线形检测装置和检测方法，属桥梁检测设备领域。该装置包括设于预应力构件中的角度测量装置、与角度测量装置一侧连接的牵引装置、和设于角度测量装置另一侧的数据采集装置，角度测量装置另一侧还设有绕线轮，绕线轮上缠绕有传输线，传输线与角度测量装置另一侧连接；还包括位移编码装置，位移编码装置与传输线接触，数据采集装置通过位移编码装置采集角度测量装置的位置数据，通过传输线采集角度测量装置的角度数据。本发明测试精度高、维护简单、实用方便、安全性能高、采集数据质量好，满足各种后张法浇筑混凝土后的波纹管线形检测。

Description

一种桥梁预应力波纹管线形检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及一种线形检测装置，尤其是一种桥梁预应力波纹管线形检测装置，还涉及检测方法，属桥梁检测设备领域。

背景技术

为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强材料，人们在长期的生产实践中创造了预应力混凝土结构。所谓预应力混凝土结构，是在结构构件受外力荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。预应力用张拉高强度钢筋或钢丝的方法产生。张拉方法有两种：(1)先张法。即先张拉钢筋，后浇灌混凝土，待混凝土达到规定强度时，放松钢筋两端；(2)后张法。即先浇灌混凝土，达到规定强度时，再张拉穿过混凝土内预留孔道中的钢筋，并在两端锚固。预应力能提高混凝土承受荷载时的抗拉能力，防止或延迟裂缝的出现，并增加结构的刚度，节省钢材和水泥。

后张法预应力结构中最关键的技术环节是预应力孔道的成型，常用的预应力孔道成型技术是在浇筑混凝土前安装波纹管，所以浇筑混凝土后的波纹管线形将直接影响桥梁结构的安全，如果波纹管线形与设计线形偏差较大，则导致实际桥梁的有效预应力值与设计偏差较大，对桥梁结构存在较大的安全隐患，如果波纹管在桥梁内有较多的折点，将对桥梁结构产生附加应力，当附加应力超过混凝土的限值时，桥梁结构将产生裂缝，影响结构的耐久性，甚至会影响结构的安全运营。

在后张法预应力结构中，根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)规定“预应力管道应按设计规定的坐标位置进行安装，并应采用定位钢筋固定，使基能牢固置于模板内的设计位置，且在混凝土浇筑期间不产生位移”。

“规范”要求在桥梁结构绑扎完钢筋后，可以直观的对波纹管的线形(坐标)进行检测，但在实际施工中由于波纹管固定不牢固、浇筑混凝土过程中波纹管被踩压、移动、上浮以及振捣等各种因素的影响，会不同程度的导致波纹管的位置改变，最终成型的预应力孔道与设计线形相差较大。浇筑混凝土后的梁内情况无法看到，也就无法对波纹管的实际线形与设计线形做出对比，无法评价桥梁结构预应力的施工优劣，无法估算桥梁结构的有效预应力状况及与设计的偏差值。

预应力对于预应力结构的重要性不言而预，但现阶段还没有能检测浇筑混凝土后的波纹管线形的仪器设备，为满足对浇筑混凝土后的波纹管线形检测的需要，目前急需一种线形检测装置和检测方法。

发明内容：

为了满足对浇筑混凝土后的波纹管线形检测的需要，本发明提供一种桥梁预应力波纹管线形检测装置和检测方法。本发明的具体方案如下：

一种桥梁预应力波纹管线形检测装置，包括设于预应力构件中的角度测量装置、与角度测量装置一侧连接的牵引装置、和设于角度测量装置另一侧的数据采集装置，角度测量装置另一侧还设有绕线轮，绕线轮上缠绕有传输线，传输线与角度测量装置另一侧连接；还包括位移编码装置，位移编码装置与传输线接触，数据采集装置通过位移编码装置采集角度测量装置的位置数据，通过传输线采集角度测量装置的角度数据。

进一步地，数据采集装置通过第一缆线采集传输线数据，通过第二缆线采集位移编码装置数据。

进一步地，角度测量装置包括带空腔的外壳、设于所述外壳中的角度传感器和设于外壳外侧四周的导向轮，外壳上设有数据传输接口。

进一步地，位移编码装置包括支架、设于支架上的转动的位移编码器和设于编码器上的压紧轮，压紧轮通过弹簧架与支架连接，传输线从压紧轮和位移编码器之间穿过，带动位移编码器转动，并将转动的角度数据转换为坐标数据。

进一步地，牵引装置包括支架和设于支架上的可调速数控电机，该数控电机带动牵引轮转动。

本发明涉及的桥梁预应力波纹管线形检测方法，利用上述的检测装置，包括如下步骤：

步骤(1)、将牵引装置置于桥梁预应力波纹管一端，数据采集装置置于桥梁预应力波纹管另一端，角度测量装置置于桥梁预应力波纹管一侧；数据采集装置角度初始值为(α₀,β₀)，同时记录位置坐标为(X₀,Y₀,Z₀)；

其中：α₀——表示初始位置的水平向角度值；

β₀——表示初始位置的竖直向角度值；

X₀——表示初始位置的沿梁长方向的坐标；

Y₀——表示初始位置的沿梁宽方向的坐标；

Z₀——表示初始位置的沿梁高方向的坐标；

步骤(2)、根据桥梁预应力波纹管长度，通过位移编码装置设定若干段行走距离，牵引装置带动角度测量装置运动，当角度测量装置的行走距离达到预设值时，数据采集装置读取角度传感器的角度数值，设置位移编码器每行走L距离后，数据采集装置读取角度传感器的倾角数值(α_n,β_n)，同时记录位置坐标为(X_n,Y_n,Z_n)，则有：

其中：

α₁—表示第一段L末端的水平向角度值；β₁—表示第一段L末端的竖直向角度值；X₁—表示第一段L末端的沿梁长方向的坐标；Y₁—表示第一段L末端的沿梁宽方向的坐标；Z₁—表示第一段L末端的沿梁高方向的坐标；α_n—表示第n段L末端的水平向角度值；β_n—表示第n段L末端的竖直向角度值；X_n—表示第n段L末端的沿梁长方向的坐标；Y_n—表示第n段L末端的沿梁宽方向的坐标；Z_n—表示第n段L末端的沿梁高方向的坐标；

直至角度测量装置通过整个桥梁预应力波纹管；

步骤(3)、将所有坐标位置导出，将坐标(X₀,Y₀,Z₀)...(X_n,Y_n,Z_n)顺序相连，即得到所述波纹管的线形。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明测试精度高、维护简单、实用方便、安全性能高、采集数据质量好，满足各种后张法浇筑混凝土后的波纹管线形检测。

附图说明

图1为本发明的检测装置的结构示意图；

图2为本发明的角度测量装置的结构示意图；

图3为本发明的位移编码装置的结构示意图；

图4为本发明的牵引轮的结构示意图；

图5为本发明的检测装置的检测桥梁预应力波纹管线形的结构示意图；

图6为实施例的方法得到的波纹管(X、Y)平弯线形示意图；

图7为实施例的方法得到的波纹管(X、Z)竖弯线形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的桥梁预应力波纹管线形检测的装置，通过牵引装置11和位移编码装置4实现角度测量装置1在波纹管内行走和实时监测行走的距离，当行走的距离达到预设值时则读取角度测量装置1的角度数值，重复此步骤，直至检测完成，检测过程需要两个人配合操作完成波纹管线形的检测。

如图1所示，本实施例的桥梁预应力波纹管线形检测装置，包括设于预应力构件中的角度测量装置1、与角度测量装置1一侧连接的牵引装置11、和设于角度测量装置1另一侧的数据采集装置3，角度测量装置1另一侧还设有绕线轮5，绕线轮5上缠绕有传输线2，传输线2与角度测量装置1另一侧连接；位移编码装置4设于角度测量装置1与绕线轮5之间，位移编码装置4与传输线2接触，数据采集装置1通过位移编码装置采集角度测量装置的位置数据，通过传输线采集角度测量装置的角度数据。数据采集装置通过第一缆线10采集传输线数据，通过第二缆线9采集位移编码装置数据。牵引装置通过牵引线7牵引角度测量装置1。牵引线7、传输线2、第一缆线10、第二缆线9的长度根据现场需求设置。

数据采集装置3还可以与处理器连接，通过处理器处理数据采集装置3采集的数据。

如图2所示，角度测量装置1包括带空腔的外壳13、设于所述外壳中的角度传感器和设于外壳13外侧四周的导向轮8，外壳13上设有数据传输接口12。

如图3所示，位移编码装置4包括支架17、设于支架17上的转动的位移编码器和设于编码器上的压紧轮6，压紧轮6通过弹簧架16与支架17连接，传输线2从压紧轮6和位移编码器4之间穿过，带动位移编码器4转动，并将转动的角度数据转换为坐标数据。

如图4所示，牵引装置11包括支架15和设于支架15上的可调速数控电机14，该数控电机14带动牵引轮转动，牵引线7一端设于牵引轮上。

为便于检测操作，缆线10与角度传感器数据传输线2采用旋置接口的方式连接。缆线10与角度传感器数据传输线2均可传递数据。

缆线9与位移编码器为一个整体，位移编码器的旋转圈数通过缆线9传回数据采集装置3的处理器。

本发明涉及的桥梁预应力波纹管线形检测方法，利用上述的检测装置，包括如下步骤：

步骤(1)、如图5所示，本实施例的桥梁预应力波纹管12上设有预应力孔道13，将牵引装置置于桥梁预应力波纹管的预应力孔道13一端，数据采集装置置于桥梁预应力波纹管另一端，角度测量装置置于桥梁预应力波纹管一侧；数据采集装置角度初始值为(α₀,β₀)，同时记录位置坐标为(X₀,Y₀,Z₀)；

其中：α₀—表示初始位置的水平向角度值；

β₀—表示初始位置的竖直向角度值；

X₀—表示初始位置的沿梁长方向的坐标；

Y₀—表示初始位置的沿梁宽方向的坐标；

Z₀—表示初始位置的沿梁高方向的坐标；

步骤(2)、根据桥梁预应力波纹管长度，通过位移编码装置设定若干段行走距离，牵引装置带动角度测量装置运动，当角度测量装置的行走距离达到预设值时，数据采集装置读取角度传感器的角度数值，设置位移编码器每行走L距离后，数据采集装置读取角度传感器的倾角数值(α_n,β_n)，同时记录位置坐标为(X_n,Y_n,Z_n)，则有：

其中：α₁—表示第一段L末端的水平向角度值；

β₁—表示第一段L末端的竖直向角度值；

X₁—表示第一段L末端的沿梁长方向的坐标；

Y₁—表示第一段L末端的沿梁宽方向的坐标；

Z₁—表示第一段L末端的沿梁高方向的坐标；

α_n—表示第n段L末端的水平向角度值；

β_n—表示第n段L末端的竖直向角度值；

X_n—表示第n段L末端的沿梁长方向的坐标；

Y_n—表示第n段L末端的沿梁宽方向的坐标；

Z_n—表示第n段L末端的沿梁高方向的坐标；

直至角度测量装置通过整个桥梁预应力波纹管；

步骤(3)、将所有坐标位置导出到处理器，将坐标(X₀,Y₀,Z₀)...(X_n,Y_n,Z_n)顺序相连，即得到所述波纹管的线形。

本实施例中，初始位置α₀＝0,β₀＝0，X₀＝0,Y₀＝0,Z₀＝0。具体测量数值见下表1。

表1波纹管线形检测参数表

得到的波纹管(X、Y)平弯线形示意图如图6所示，得到的波纹管(X、Z)竖弯线形示意图如图7所示，从以上波纹管实测数据和线形示意图可知，该束波纹管在空间位置即存在平弯段也存在竖弯段，可和该束波纹管设计线形对比，判断施工误差是否在规范允许范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种桥梁预应力波纹管线形检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1)、将牵引装置置于桥梁预应力波纹管一端，数据采集装置置于桥梁预应力波纹管另一端，角度测量装置置于桥梁预应力波纹管一侧；数据采集装置角度初始值为(α₀,β₀)，同时记录位置坐标为(X₀,Y₀,Z₀)；

其中：α₀——表示初始位置的水平向角度值；

β₀——表示初始位置的竖直向角度值；

X₀——表示初始位置的沿梁长方向的坐标；

Y₀——表示初始位置的沿梁宽方向的坐标；

Z₀——表示初始位置的沿梁高方向的坐标；

步骤(2)、根据桥梁预应力波纹管长度，通过位移编码装置设定若干段行走距离，牵引装置带动角度测量装置运动，当角度测量装置的行走距离达到预设值时，数据采集装置读取角度传感器的角度数值，设置位移编码器每行走L距离后，数据采集装置读取角度传感器的倾角数值(α_n,β_n)，同时记录位置坐标为(X_n,Y_n,Z_n)，则有：

α₁—表示第一段L末端的水平向角度值；β₁—表示第一段L末端的竖直向角度值；X₁—表示第一段L末端的沿梁长方向的坐标；Y₁—表示第一段L末端的沿梁宽方向的坐标；Z₁—表示第一段L末端的沿梁高方向的坐标；α_n—表示第n段L末端的水平向角度值；β_n—表示第n段L末端的竖直向角度值；X_n—表示第n段L末端的沿梁长方向的坐标；Y_n—表示第n段L末端的沿梁宽方向的坐标；Z_n—表示第n段L末端的沿梁高方向的坐标；

直至角度测量装置通过整个桥梁预应力波纹管；

步骤(3)、将所有坐标位置导出，将坐标(X₀,Y₀,Z₀) ... (X_n,Y_n,Z_n)顺序相连，即得到所述波纹管的线形；

其中，检测装置包括设于预应力构件中的角度测量装置、与角度测量装置一侧连接的牵引装置、和设于角度测量装置另一侧的数据采集装置，角度测量装置另一侧还设有绕线轮，绕线轮上缠绕有传输线，传输线与角度测量装置另一侧连接；还包括位移编码装置，位移编码装置与传输线接触，数据采集装置通过位移编码装置采集角度测量装置的位置数据，通过传输线采集角度测量装置的角度数据。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁预应力波纹管线形检测方法，其特征在于：数据采集装置通过第一缆线采集传输线数据，通过第二缆线采集位移编码装置数据。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁预应力波纹管线形检测方法，其特征在于：角度测量装置包括带空腔的外壳、设于所述外壳中的角度传感器和设于外壳外侧四周的导向轮，外壳上设有数据传输接口。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁预应力波纹管线形检测方法，其特征在于：位移编码装置包括支架、设于支架上的转动的位移编码器和设于编码器上的压紧轮，压紧轮通过弹簧架与支架连接，传输线从压紧轮和位移编码器之间穿过，带动位移编码器转动，并将转动的角度数据转换为坐标数据。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁预应力波纹管线形检测方法，其特征在于：牵引装置包括支架和设于支架上的可调速数控电机，该数控电机带动牵引轮转动。