CN111537620A - 一种钢桥疲劳裂纹监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢桥疲劳裂纹监测技术领域，尤其涉及一种钢桥疲劳裂纹监测装置，包括：滑动导杆；定位机构，具有第一定位卡扣，设置有至少两个，两定位机构上的第一定位卡扣套设在滑动导杆上，底部与疲劳裂纹处的钢板表面固定连接；及监测机构，具有第二定位卡扣和TOFD探头，第二定位卡扣套设在滑动导杆上，TOFD探头与第二定位卡扣连接，两TOFD探头底部与裂缝两侧的钢板接触。本发明通过设置在滑动导杆上的定位机构和监测机构实现了对裂纹的实时监测。通过在裂纹的两端和中间位置设置多个监测装置，可以监测裂纹的长度方向和深度方向的变化，实现钢桥裂纹的实时动态跟踪，提高钢桥的耐久性和运营安全性。本发明还请求保护一种钢桥疲劳裂纹监测方法。

Description

一种钢桥疲劳裂纹监测装置及方法

技术领域

本发明涉及钢桥疲劳裂纹监测技术领域，尤其涉及一种钢桥疲劳裂纹监测装置及方法。

背景技术

钢桥疲劳裂纹是指钢结构桥梁运营过程中在车辆荷载反复作用下产生的裂纹，其具有较大的安全隐患，是钢桥主要病害之一。因为疲劳裂纹萌生之后会进入快速扩展期，疲劳裂纹的扩展会严重影响钢结构桥梁的使用寿命。

现有技术中，钢桥疲劳裂纹的检测多采用超声波、磁粉、磁通量等方法进行定期检测，然而定期检测只能检测到裂缝的周期性静态结果，却无法了解检测空档期的疲劳裂缝连续发展情况。因此，研发一种疲劳裂纹监测装置及方法对于实时监测疲劳裂缝形态变化，保障钢桥运营安全具有重要意义。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种钢桥疲劳裂纹监测装置及方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种钢桥疲劳裂纹监测装置及方法，实现钢桥裂纹的实时动态跟踪。

为了达到上述目的，本发明一方面采用了一种钢桥疲劳裂纹监测装置，包括：

滑动导杆；

定位机构，所述定位机构上具有第一定位卡扣，所述定位机构设置有至少两个，两所述定位机构上的所述第一定位卡扣套设在所述滑动导杆上，所述定位机构底部与疲劳裂纹处的钢板表面固定连接；及

监测机构，所述监测机构具有第二定位卡扣和TOFD探头，所述第二定位卡扣套设在所述滑动导杆上，所述TOFD探头与所述第二定位卡扣连接，并且所述监测机构设置有两个，两所述TOFD探头底部与裂缝两侧的钢板接触；

其中，所述定位机构与所述监测机构在所述滑动导杆上的位置可调节设置，两所述定位机构设置在所述滑动导杆的两端，两所述监测机构设置在两所述定位机构内侧。

进一步地，所述第一定位卡扣和第二定位卡扣上均具有紧固件，当所述紧固件紧固时，所述第一定位卡扣和第二定位卡扣的位置被固定。

进一步地，所述定位机构还包括连杆和基座，其中：

所述连杆与一端与所述第一定位卡扣连接，另一端与所述基座连接；

所述基座底部为平面，用于与钢板表面的连接。

进一步地，所述基座为开关式磁力座。

进一步地，所述监测机构还包括探头支架，所述探头支架与所述TOFD探头铰接。

进一步地，所述监测机构还包括导向管和压缩弹簧，其中：

所述导向管固接在所述第二定位卡扣上，所述探头支架的上半部分可相对滑动地设置在所述导向管内；

所述压缩弹簧设置在所述导向管内，其一端固接在所述第二定位卡扣上，另一端与所述探头支架连接。

进一步地，所述导向管底部设置有用于限制所述探头支架脱落的限位块。

本发明另一方面提供了一种钢桥疲劳裂纹监测方法，应用上述的钢桥疲劳裂纹监测装置，包括以下步骤：

布置若干监测装置于疲劳裂纹处；

调整若干所述监测装置，使得若干所述监测装置与其所在处疲劳裂纹垂直；

开启若干所述监测装置，使得TOFD探头发射或者接收声波信号；

根据直通波、裂纹尖端衍射波，判定裂纹的情况。

进一步地，在步骤布置若干监测装置于疲劳裂纹处时，所述监测装置至少包括位于疲劳裂纹两端点处的第一监测装置和位于疲劳裂纹中间位置处的第二监测装置。

进一步地，当所述第一监测装置处接收的直通波消失，则代表疲劳裂纹向前扩展；

通过裂纹下尖端衍射波信号及其时差，确定扩展开裂疲劳裂纹的深度；

所述第二监测装置根据裂纹下尖端衍射波信号及其时差，确定疲劳裂纹的深度变化。

本发明的有益效果为：本发明通过设置在滑动导杆上的定位机构和监测机构实现了对裂纹的实时监测。通过在裂纹的两端和中间位置设置多个监测装置，可以监测裂纹的长度方向和深度方向的变化，从而实现了钢桥裂纹的实时动态跟踪，及时辨识结构风险，实施预防性养护措施，从而提高钢桥的使用寿命和运营安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中钢桥疲劳裂纹监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中定位机构的结构示意图；

图3为本发明实施例中监测机构的结构示意图；

图4为本发明实施例中钢桥疲劳裂纹监测装置的工作原理图；

图5为本发明实施例中监测疲劳裂纹时的监测装置布置图；

图6为本发明实施例中钢桥疲劳裂纹监测方法的流程图。

附图标记：10-滑动导杆；20-定位机构；21-第一定位卡扣；22-连杆；23-基座；30-监测机构；31-第二定位卡扣；32-TOFD探头；33-探头支架；34-导向管；35-压缩弹簧；100-第一监测装置；200-第二监测装置；231-紧固件；341-限位块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

超声波衍射时差法（TOFD）是通过利用声波在试件内部缺陷的“端角”和“端点”处发出的衍射波来监测缺陷的一种超声监测方法，可以实现缺陷监测、定量和定位，具有检出能力强、定位精度高、操作简便、数字化存储、安全环保等优势。

如图1至4所示的钢桥疲劳裂纹监测装置，包括：

滑动导杆10；

定位机构20，定位机构20上具有第一定位卡扣21，定位机构20设置有至少两个，两定位机构20上的第一定位卡扣21套设在滑动导杆10上，定位机构20底部与疲劳裂纹处的 钢板表面固定连接；及

监测机构30，监测机构30具有第二定位卡扣31和TOFD探头32，第二定位卡扣31套设在滑动导杆10上，TOFD探头32与第二定位卡扣31连接，并且监测机构30设置有两个，两TOFD探头32底部与裂缝两侧的钢板接触；

其中，定位机构20与监测机构30在滑动导杆10上的位置可调节设置，两定位机构20设置在滑动导杆10的两端，两监测机构30设置在两定位机构20内侧。

滑动导杆10的横截面为圆形或者其他规则形状，便于第一定位卡扣21和第二定位卡扣31的移动，通过第一定位卡扣21和第二定位卡扣31的可移动设置，可以提高装置的适用性，适用于各种形状的疲劳裂纹；通过使用TOFD探头发射与接收衍射波，确定裂纹的深度，便于实时把握裂纹动态。

在本发明实施例中，第一定位卡扣21和第二定位卡扣31上均具有紧固件231，当紧固件231紧固时，第一定位卡扣21和第二定位卡扣31的位置被固定。这里的紧固件231具体可以是螺栓和螺母的配合，通过穿设在设置有开口间隙的卡扣上，通过螺母在螺栓上的拧紧使得开口间隙变小，从而将卡扣牢固的固定在滑动导杆10上；或者，紧固件231为螺栓，通过穿过卡扣侧壁与滑动导杆10的外壁接触，通过螺栓顶部的挤压使得卡扣在滑动导杆10上的位置固定。

请参照图2，定位机构20还包括连杆22和基座23，其中：

连杆22一端与第一定位卡扣21连接，另一端与基座23连接；

基座23底部为平面，用于与钢板表面的连接。这里基座23与钢桥面的连接方式可以是用胶粘接或者是焊接或者其他固定形式均可。

作为上述实施例的优选，基座23为开关式磁力座。由于钢板为铁磁性材料，可以被磁铁吸附，通过开关式磁力座的设置，便于基座23的固定和拆卸，便于基座23的调整，提高监测的精度。

为了实现TOFD探头与桥面的贴合，监测机构30还包括探头支架33，探头支架33与TOFD探头32铰接。通过探头支架33与TOFD探头32的铰接设置，使得TOFD探头32底面的角度可调节，调整TOFD探头32角度与钢板的垂直接触；在钢板表面不平整时，通过TOFD探头的角度调整，实现最大的贴合面积，提高监测的精准性。这里需要指出的是，在具体探测时，为了保证界面耦合，减少声波耗散，TOFD探头32和钢板间接触面需要涂耦合剂，耦合剂为黄油、石蜡等。

由于TOFD探头32监测时要贴紧底面，通过耦合剂与钢板接触，需保证一定的接触压力。为此，请参照图3，检测机构30还包括导向管34和压缩弹簧35，其中：

导向管34固接在第二定位卡扣31上，探头支架33的上半部分可相对滑动地设置在导向管34内；

压缩弹簧35设置在导向管34内，其一端固接在第二定位卡扣31上，另一端与探头支架33连接。通过上述设置，保证TOFD探头32与钢板间保持一定接触压力

在上述实施例中，通过压缩弹簧35和导向管34的设置，使得压缩弹簧35沿着导向管34的方向给予探头支架33朝向下方的压力，从而使得TOFD探头32保持与钢板表面的压力，提高了监测效果。

进一步地，为了防止探头支架33从导向管34中脱落，请继续参照图3，导向管34底部设置有用于限制探头支架33脱落的限位块341。限位块341设置在导向管34底部，其限制的尺寸大于探头支架33中部的滑杆，小于探头支架33顶部的尺寸，从而防止探头支架33从导向管34中脱落。

本发明实施例还提供一种钢桥疲劳裂纹监测方法，应用上述钢桥疲劳裂纹监测装置，如图5和图6所示，包括以下步骤：

S10：布置若干监测装置于疲劳裂纹处；

S20：调整若干监测装置，使得若干监测装置与其所在处的疲劳裂纹垂直；

S30：开启若干监测装置，使得TOFD探头发射或者接收声波信号；

S40：根据直通波、裂纹尖端衍射波，判定裂纹的情况。

这里需要指出的是，在布置监测装置时，将TOFD探头32分别设置在裂纹两侧，如图4和图5所示，以便于对其所在处的疲劳裂纹进行监测。

在本发明实施例中，请继续参照图5，在步骤S10布置若干监测装置于疲劳裂纹处时，监测装置至少包括位于疲劳裂纹两端点处的第一监测装置100和位于疲劳裂纹中间位置处的第二监测装置200。这里需要指出的是，两端点处是指把第一监测装置100放置在端点前，即在开始监测时是监测不到疲劳裂纹的，其目的就是在裂纹的长度方向对裂纹的动态进行监测，而放置在中间位置处的第二监测装置200的作用在于监测裂纹的深度。监测装置200需要沿滑动导杆调整监测装置的相对距离，实现中部疲劳裂缝的可监测。

具体地，当第一监测装置100处接收的直通波消失，则代表疲劳裂纹向前扩展；根据裂纹下尖端衍射波信号及其时差，确定扩展开裂疲劳裂纹的深度；第二监测装置200根据裂纹下尖端衍射波信号及其时差，确定疲劳裂纹的深度变化。通过第一监测装置100和第二监测装置200的布置，能够实现对疲劳裂纹的长度以及深度方向动态的实时监控，提高了钢桥梁的安全性能。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，包括：

滑动导杆（10）；

定位机构（20），所述定位机构（20）上具有第一定位卡扣（21），所述定位机构（20）设置有至少两个，两所述定位机构（20）上的所述第一定位卡扣（21）套设在所述滑动导杆（10）上，所述定位机构（20）底部与疲劳裂纹处的钢板表面固定连接；及

监测机构（30），所述监测机构（30）具有第二定位卡扣（31）和TOFD探头（32），所述第二定位卡扣（31）套设在所述滑动导杆（10）上，所述TOFD探头（32）与所述第二定位卡扣（31）连接，并且所述监测机构（30）设置有两个，两所述TOFD探头（32）底部与裂缝两侧的钢板接触；

其中，所述定位机构（20）与所述监测机构（30）在所述滑动导杆（10）上的位置可调节设置，两所述定位机构（20）设置在所述滑动导杆（10）的两端，两所述监测机构（30）设置在两所述定位机构（20）内侧。

2.根据权利要求1所述的钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，所述第一定位卡扣（21）和第二定位卡扣（31）上均具有紧固件（231），当所述紧固件（231）紧固时，所述第一定位卡扣（21）和第二定位卡扣（31）的位置被固定。

3.根据权利要求1所述的钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，所述定位机构（20）还包括连杆（22）和基座（23），其中：

所述连杆（22）与一端与所述第一定位卡扣（21）连接，另一端与所述基座（23）连接；

所述基座（23）底部为平面，用于与钢板表面的连接。

4.根据权利要求3所述的钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，所述基座（23）为开关式磁力座。

5.根据权利要求4所述的钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，所述监测机构（30）还包括探头支架（33），所述探头支架（33）与所述TOFD探头（32）铰接。

6.根据权利要求5所述的钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，所述监测机构（30）还包括导向管（34）和压缩弹簧（35），其中：

所述导向管（34）固接在所述第二定位卡扣（31）上，所述探头支架（33）的上半部分可相对滑动地设置在所述导向管（34）内；

所述压缩弹簧（35）设置在所述导向管（34）内，其一端固接在所述第二定位卡扣（31）上，另一端与所述探头支架（33）连接。

7.根据权利要求6所述的钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，所述导向管（34）底部设置有用于限制所述探头支架（33）脱落的限位块（341）。

8.一种钢桥疲劳裂纹监测方法，应用如权利要求1至7中任一项所述的钢桥疲劳裂纹监测装置，其特征在于，包括以下步骤：

布置若干监测装置于疲劳裂纹处；

调整若干所述监测装置，使得若干所述监测装置与其所在处疲劳裂纹垂直；

开启若干所述监测装置，使得TOFD探头发射或者接收声波信号；

根据直通波、裂纹尖端衍射波，判定裂纹的情况。

9.根据权利要求8所述的钢桥疲劳裂纹监测方法，其特征在于，在步骤布置若干监测装置于疲劳裂纹处时，所述监测装置至少包括位于疲劳裂纹两端点处的第一监测装置（100）和位于疲劳裂纹中间位置处的第二监测装置（200）。

10.根据权利要求9所述的钢桥疲劳裂纹监测方法，其特征在于，

当所述第一监测装置（100）处接收的直通波消失，则代表疲劳裂纹向前扩展；

通过裂纹下尖端衍射波信号及其时差，确定扩展开裂疲劳裂纹的深度；

所述第二监测装置（200）根据裂纹下尖端衍射波信号及其时差，确定疲劳裂纹的深度变化。

Images