CN111576209A - 模块化桥墩水下结构检测平台 - Google Patents

模块化桥墩水下结构检测平台 Download PDF

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CN111576209A CN202010615217.9A CN202010615217A CN111576209A CN 111576209 A CN111576209 A CN 111576209A CN 202010615217 A CN202010615217 A CN 202010615217A CN 111576209 A CN111576209 A CN 111576209A
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Abstract

本发明公开了一种模块化桥墩水下结构检测平台，包括水上紧固平台和水下检测平台；所述水上紧固平台包括多个水上平台模块，通过模块间连接装置依次连接并环绕固定在待检测的桥墩上；对于每个所述水上平台模块，其包括水上模块框架、限位板、桥墩接触板和气囊；所述水下检测平台通过升降装置可升降地安装在水上紧固平台下方；所述水下检测平台包括环绕桥墩设置的多个水下平台模块、横穿在多个水下平台模块内的滑索、悬吊于滑索下方的检测小车，以及牵引卷扬机；所述检测小车上设置有至少一种水下检测设备。本发明采用模块化拼装设计，使其能适用于各种尺寸和截面形状的桥墩，安装完成后可自动进行检测，避免水下人工作业，提高了作业安全性。

Description

模块化桥墩水下结构检测平台
技术领域
本发明涉及一种桥墩水下结构检测平台，特别是指一种模块化桥墩水下结构检测平台。
背景技术
桥梁水下结构常年受到水流冲蚀或船桥碰撞，其结构易被破坏，致桥梁承载能力和耐久性降低，严重危及行车安全和桥梁的寿命。而在桥墩结构的养护时，水面之下难以实现检测设备全自动无人检测，多依靠人工水下检测。现有的桥墩水下结构检测方法包括围堰法、U型水下检测平台法、人工探摸法等方法。但上述方法存在以下缺点：1)围堰法施工周期长，污染水质环境，且仅适用于较浅水流环境；2)U型水下检测平台法依靠人工水下检测，检测费用贵，周期长，难以保障潜水员的人身安全，且U型检测平台设计难以适用于所有形状的桥墩；3)人工探摸法依靠潜水员进行水下检测，受天气、风向、水流环境等诸多因素限制，检测时间短且成像结果容易不理想。
中国专利文献CN209276989U公开了一种桥梁水下结构检测平台，所述检测平台为U形，由水上平台及水下平台组成，所述水上平台为桁架结构，水上平台的桁架内设有助浮气囊，所述水上平台通过卷扬机、钢丝绳与水下平台相连，所述水下平台两侧臂上设有滑轨并布置有检测机器人，所述检测机器人包括可移动小车、液压伸缩装置和工作台，可移动小车架设在滑轨上，通过液压伸缩装置与工作台相连，以液压方式控制伸缩装置长度，使工作台与桥墩表面紧密贴合，整个检测平台作业动作由水上平台的电器控制柜自动化控制。该检测平台能有效进行各种截面桥墩的水下检测，自动化程度较高，其不足之处在于：1)采用液压伸缩装置抱紧桥墩，操作复杂，且显著增加了整体成本；2)主体采用刚性桁架组件，也不具有伸缩或可调连接结构，难以对其尺寸和位置进行调整；3)采用非模块化结构，针对不同形状和尺寸的桥墩需要定制不同的检测平台，适应性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用模块化设计、可适应不同桥墩检测的模块化桥墩水下结构检测平台。
为实现上述目的，本发明所设计的模块化桥墩水下结构检测平台，包括水上紧固平台和水下检测平台；所述水上紧固平台包括多个水上平台模块，通过模块间连接装置依次连接并环绕固定在待检测的桥墩上；对于每个所述水上平台模块，其包括水上模块框架、限位板、桥墩接触板和气囊；所述限位板固定在水上模块框架上，所述桥墩接触板安装在水上模块框架面向桥墩的一侧并与限位板平行设置；所述气囊夹设在桥墩接触板与限位板之间，当其充气膨胀时可推动桥墩接触板向桥墩与桥墩紧贴，产生的摩擦力将上层紧固平台整体固定在桥墩上；所述水下检测平台通过升降装置可升降地安装在水上紧固平台下方，其入水深度可通过升降装进行调整；所述水下检测平台包括环绕桥墩并通过模块间连接装置(400)依次连接的多个水下平台模块、横穿在多个水下平台模块内的滑索、悬吊于滑索下方的检测小车，以及用于驱动检测小车随滑索移动的牵引卷扬机；对于每个所述水下平台模块，均包括水下模块框架，至少三个所述水下平台模块还包括安装在水下模块框架内部的索道支架；所述滑索依次穿过多个水下平台模块的索道支架；所述检测小车的上端通过抱索器连接到滑索上；所述检测小车上设置有至少一种水下检测设备。
优选地，所述水上紧固平台、水下检测平台首尾两端的平台模块(包括水上平台模块、水下平台模块)分别通过一个或多个连接长度可调整的调距卡扣相连。调距卡扣在平台成环闭合过程中进行平台与桥墩之间的松紧调节，确保气囊与桥墩之间能够产生足够的压力来提供竖向摩擦力。
优选地，所述调距卡扣包括设置有多级卡槽的插座、两端分别设置有弹簧卡与插头端盖的插头、套在插头中部并可在其上滑动的滑动块，以及夹设在插头端盖与滑动块之间的缓冲弹簧。通过选择多级卡槽的不同槽位，可实现调距卡扣连接长度的调整，更好地适应不同尺寸的桥梁。
优选地，所述模块间连接装置包括调距三角板，所述调距三角板的两角设置有三角板滑扣，第三角设置有尖端搭扣；每个所述模块框架(包括水上模块框架、水下模块框架)上分别设置有四根平行的横向杆，上部、下部各设置有两根，上部、下部的两根所述横向杆上各设置两个第三角朝向相反的所述调距三角板；每个所述三角板的两角通过滑扣套设在的两个横向杆上，可沿横向杆滑动以调整位置并最终锁定在横向杆上，其第三角的尖端搭扣可与相邻的另一个模块框架上的调距三角板的尖端搭扣扣合连接。
优选地，所述模块间连接装置还包括固定杆，各相邻的模块框架之间通过两根所述固定杆进行加固。
优选地，所述桥墩接触板通过其四角处设置的伸缩套筒与水上模块框架活动连接，所述水上模块框架包括四根纵向杆，各所述伸缩套筒一一对应地套设在四根纵向杆面向桥墩一端的端部。
优选地，所述桥墩接触板采用防滑橡胶板，提供足够的垂向摩擦力；所述限位板采用网状板，也可以采用镂空板等其他减重结构。
优选地，所述升降装置采用至少3个环绕桥墩分散设置的升降卷扬机，每个所述升降卷扬机固定在一个水上模块框架的下部，通过吊绳与其下方的水下模块框架相连，通过各升降卷扬机吊绳的同步收放，可实现水下检测平台的整体升降。
优选地，各所述水下模块框架面向桥墩的一侧设置有四个行走轮，行走轮在桥墩表面滚动，减小摩擦阻力并保护桥墩；部分所述水下模块框架的行走轮采用动力轮，其配套设置有动力轮驱动装置，可主动在桥墩壁面上滚动；其余所述水下模块框架的行走轮采用弹簧调距轮，弹簧调距轮通过弹簧弹力与桥墩表面保持贴合，并为滑索提供一定的张力使其保持紧绷。
优选地，所述水下检测设备为水下摄像头和声呐探头，其中，所述水下摄像头安装在检测小车的侧面，面向桥墩方向设置；所述声呐探头可转动地安装在检测小车下方，可以调整检测角度。采用水下摄像头和声呐探头两种检测手段，保证了水下检测的稳定可靠。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)利用气囊膨胀和紧固橡胶抱紧桥墩，抱紧力调节方便，固定效果好；
2)采用模块化拼装设计，使其能适用于各种尺寸和截面形状的桥墩，应用范围广，并且便于制造，降低了制造成本；
3)安装完成后可自动进行检测，自动化程度高，一方面可避免水下人工作业，提高作业安全性；另一方面，提高了检测效率和经济性；此外，由于无需水下人工检测，对作业环境的要求也得到降低。
附图说明
图1为本发明所设计的模块化桥墩水下结构检测平台(安装于桥墩上)的立体结构示意图。
图2～4为图1中水上平台模块的立体结构示意图，其中图4带有升降装置。
图5～7为图1中水下平台模块的立体结构示意图，其中图7带有索道支架。
图8为图1中相邻两平台模块的连接结构示意图。
图9为图1中平台模块首尾端通过调距卡扣相连的立体结构示意图。
图10为图9中调距卡扣的立体结构示意图。
图11为图10中调距卡扣对半剖开的剖视结构示意图。
图12为图7中水下平台模块内安装滑索和检测小车的立体结构示意图。
图13为图5中水下平台模块通过升降装置连接于图4中水上平台模块下方的状态示意图。
图14为采用机械臂辅助图1中检测平台进行组装的状态示意图。
图15为图1中水下检测平台整体进行升降的状态示意图。
其中：水上紧固平台Ⅰ、水下检测平台Ⅱ、桥墩Ⅲ、水上平台模块100、水上模块框架110、横向杆111、竖向杆112、纵向杆113、限位板120、桥墩接触板130、气囊140、升降装置150、升降卷扬机151、吊索152、伸缩套筒160、水下平台模块200、水下模块框架210、卷扬机卡槽211、索道支架220、滑索过轮221、滑索230、牵引卷扬机240、行走轮250、动力轮驱动装置251、检测小车300、水下检测设备310、水下摄像头311、声呐探头312、抱索器320、模块间连接装置400、调距三角板410、三角板滑扣411、尖端搭扣 412、固定杆420、U型卡421、调距卡扣500、插座510、多级卡槽 511、插头520、弹簧卡521、侧翼板522、翼板弹簧523、插头端盖524、滑动块530、缓冲弹簧540、机械臂600
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1～13所示，本发明所设计的模块化桥墩水下结构检测平台，包括水上紧固平台Ⅰ和水下检测平台Ⅱ，其中：
如图1、图15所示，水上紧固平台Ⅰ包括多个水上平台模块100，通过模块间连接装置400依次连接并环绕固定在待检测的桥墩Ⅲ上 (安装后状态)。
如图2～4所示，对于每个水上平台模块100，其包括水上模块框架110、限位板120、桥墩接触板130和气囊140。水上模块框架 110由横向杆111、竖向杆112、纵向杆113构成框架结构。限位板 120固定在水上模块框架110上，桥墩接触板130安装在水上模块框架110面向桥墩Ⅲ的一侧并与限位板120平行设置。桥墩接触板130 采用防滑橡胶板，提供足够的垂向摩擦力；限位板120采用网状板以减轻平台重量。桥墩接触板130通过其四角处设置的伸缩套筒160 与水上模块框架110活动连接，水上模块框架110包括四根纵向杆 113，各伸缩套筒160一一对应地套设在四根纵向杆113面向桥墩Ⅲ一端的端部。气囊140夹设在桥墩接触板130与限位板120之间，当其充气膨胀时可推动桥墩接触板130向桥墩Ⅲ移动并与桥墩Ⅲ紧贴，产生的摩擦力将上层紧固平台整体固定在桥墩Ⅲ上。
如图1、图15所示，水下检测平台Ⅱ通过升降装置150可升降地安装在水上紧固平台Ⅰ下方，升降装置150可对其入水深度进行调整。
水下检测平台Ⅱ包括环绕桥墩Ⅲ并通过模块间连接装置400依次连接的多个水下平台模块200、横穿在多个水下平台模块200内的滑索230、悬吊于滑索230下方的检测小车300，以及用于驱动检测小车300随滑索230移动的牵引卷扬机240。水下平台模块200的数量与水上平台模块100相同，并且一一对应地设置在后者的正下方。
如图5～7所示，对于每个水下平台模块200，其包括水下模块框架210，部分水下平台模块200还设置有索道支架220。水下模块框架210由横向杆111、竖向杆112、纵向杆113构成框架结构。索道支架220沿滑索230运动轨迹的法向设置有滑索过轮221，滑索 230依次穿过多个水下平台模块200的滑索过轮221。检测小车300 的上端通过抱索器320连接到滑索230上。滑索过轮221起到保持滑索230紧绷和垂向固定的作用，滑索230带动抱索器320经过滑索过轮221时，可顺利通过，滑索过轮及相关部件的具体设计参考缆车滑轨的机械设计。
各水下模块框架210面向桥墩Ⅲ的一侧设置有四个行走轮250，行走轮250在桥墩Ⅲ表面滚动，可减小摩擦阻力并保护桥墩Ⅲ。部分水下模块框架210的行走轮250采用动力轮，其配套设置有动力轮驱动装置251，可主动在桥墩Ⅲ壁面上滚动。其余水下模块框架210的行走轮250采用弹簧调距轮，弹簧调距轮通过弹簧弹力与桥墩Ⅲ表面保持贴合，并为滑索230提供一定的张力使其保持紧绷。
如图13、15所示，升降装置150采用升降卷扬机151，每间隔一个水上平台模块100设置一台。升降卷扬机151固定在水上模块框架110的下部，通过吊绳与其正下方水下模块框架210上部的卷扬机卡槽211固定相连，通过各升降卷扬机151吊绳的同步收放，实现水下检测平台Ⅱ的整体升降。
如图8所示，模块间连接装置400包括调距三角板410和固定杆420。
调距三角板410的两角设置有三角板滑扣411，第三角设置有尖端搭扣412。每个模块框架上分别设置有四根平行的横向杆111，上部、下部各设置有两根，上部、下部的两根横向杆111上各设置两个第三角朝向相反的调距三角板410。每个三角板的两角通过滑扣套设在的两个横向杆111上，可沿横向杆111滑动以调整位置并最终锁定在横向杆111上(可采用紧定螺钉等常见锁定方式)，其第三角的尖端搭扣412可与沿环向相邻的另一个模块框架上的调距三角板410的尖端搭扣412扣合连接。
各环向相邻的模块框架之间分别通过两根固定杆420进行加固，固定杆420的两端通过U型卡421和螺栓套装在模块框架上。U型卡421呈U型，两端设有螺纹，并配有螺母。固定时，U型卡421 套在纵向杆113上，其两开口端穿过固定杆420端部固定板上的两个通孔，再将螺母拧紧到U型卡421端部的螺纹上，完成固定。
如图9～11所示，水上紧固平台Ⅰ、水下检测平台Ⅱ首尾两端的平台模块分别通过两个首尾相连的调距卡扣500相连。调距卡扣500 包括设置有多级卡槽511(实施例为三级)的插座510、两端设置有弹簧卡521与插头端盖524的插头520、套在插头520中部并可在其上滑动的滑动块530，以及夹设在插头端盖524与滑动块530之间的缓冲弹簧540。插头520插入插座510，弹簧卡521两侧的侧翼板522 受翼板弹簧523的作用张开并固定在多级卡槽511的其中一级槽位内，通过选择不同槽位，可实现调距卡扣500连接长度的调整。弹簧卡521具有磁性，插头520内部中空并设有电磁铁，当需要拔出插头520时，可以对电磁铁通电，吸引侧翼板522，使其克服翼板弹簧523的弹力并收回，锁扣结构即被打开。调距卡扣500用于在平台成环闭合过程中进行平台与桥墩Ⅲ之间的松紧调节，确保气囊140 与桥墩Ⅲ之间能够产生足够的压力来提供竖向摩擦力，更好地适应不同尺寸的桥梁。
如图12所示，检测小车300上设置有至少一种水下检测设备310。水下检测设备310为水下摄像头311和声呐探头312，其中，水下摄像头311安装在检测小车300的侧面，面向桥墩Ⅲ方向设置。声呐探头312可转动地安装在检测小车300下方，可以调整检测角度。采用水下摄像头311和声呐探头312两种检测手段，保证了水下检测的稳定可靠。
除上述部件外，本实施例还用到空压机及充气管道，各种线缆等附属装置及配件，采用常规设置即可，附图中未一一画出。
该模块化桥墩水下结构检测平台可手动安装在桥墩Ⅲ上，亦可采用机械臂600辅助安装(见图14)。其具体组装和检测过程简述如下：
1)平台的组装：预先获得待检测桥墩Ⅲ的尺寸资料，依次对平台模块进行拼接，将三角板滑扣411、尖端搭扣412、固定杆420连接好，并完成其他部分的组装。此时，组合好的模块整体呈ω形，当其首尾处的开口合拢后即可形成与桥墩Ⅲ截面形状相同的环形。
2)平台的固定：船舶开至被测桥墩Ⅲ的侧边时，将整个检测平台通过机械臂600固接举起，使首尾两端合拢并将桥墩Ⅲ包围在内，再通过调距卡扣500连接成完整的环形。随后为气囊140充气，气囊140膨胀，被限位板120限制范围，将桥墩接触板130向桥墩Ⅲ挤压，完成水上紧固平台Ⅰ的固定。
3)桥墩的检测：如图13、15所示，通过水上紧固平台Ⅰ下端的升降卷扬机151下放吊索152，将水下检测平台Ⅱ下放至合适位置开始检测。通过牵引卷扬机240牵引滑索230使检测小车300环绕桥墩Ⅲ移动，控制检测小车300在桥墩Ⅲ的周向位置。检测小车300 上的水下摄像头311连续拍照记录桥墩Ⅲ表面的受损情况。完成桥墩Ⅲ一周的检测后，通过控制升降卷扬机151下放水下检测平台Ⅱ，继续桥墩Ⅲ下一周的检测，直至记录整个桥墩Ⅲ的水下情况，完成光学检测。对于桥墩Ⅲ受水流冲刷严重的部位，利用可转动的声呐探头312进行声呐检测，以获取更多受损情况数据。

Claims (10)

1.一种模块化桥墩水下结构检测平台，包括水上紧固平台(Ⅰ)和水下检测平台(Ⅱ)；其特征在于：
所述水上紧固平台(Ⅰ)包括多个水上平台模块(100)，通过模块间连接装置(400)依次连接并环绕固定在待检测的桥墩(Ⅲ)上；
对于每个所述水上平台模块(100)，其包括水上模块框架(110)、限位板(120)、桥墩接触板(130)和气囊(140)；所述限位板(120)固定在水上模块框架(110)上，所述桥墩接触板(130)安装在水上模块框架(110)面向桥墩(Ⅲ)的一侧并与限位板(120)平行设置；所述气囊(140)夹设在桥墩接触板(130)与限位板(120)之间，当其充气膨胀时可推动桥墩接触板(130)向桥墩(Ⅲ)移动并与桥墩(Ⅲ)紧贴，产生的摩擦力将上层紧固平台整体固定在桥墩(Ⅲ)上；
所述水下检测平台(Ⅱ)通过升降装置(150)可升降地安装在水上紧固平台(Ⅰ)下方；
所述水下检测平台(Ⅱ)包括环绕桥墩(Ⅲ)并通过模块间连接装置(400)依次连接的多个水下平台模块(200)、横穿在多个水下平台模块(200)内的滑索(230)、悬吊于滑索(230)下方的检测小车(300)，以及用于驱动检测小车(300)随滑索(230)移动的牵引卷扬机(240)；
对于每个所述水下平台模块(200)，均包括水下模块框架(210)，至少三个所述水下平台模块(200)还包括安装在其水下模块框架(210)内部的索道支架(220)；所述滑索(230)依次穿过多个水下平台模块(200)的索道支架(220)；所述检测小车(300)的上端通过抱索器(320)连接到滑索(230)上；
所述检测小车(300)上设置有至少一种水下检测设备(310)。
2.根据权利要求1所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：所述水上紧固平台(Ⅰ)、水下检测平台(Ⅱ)首尾两端的平台模块分别通过一个或多个连接长度可调整的调距卡扣(500)相连。
3.根据权利要求2所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：所述调距卡扣(500)包括设置有多级卡槽(511)的插座(510)、两端分别设置有弹簧卡(521)与插头端盖(524)的插头(520)、套在插头(520)中部并可在其上滑动的滑动块(530)，以及夹设在插头端盖(524)与滑动块(530)之间的缓冲弹簧(540)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：
所述模块间连接装置(400)包括调距三角板(410)，所述调距三角板(410)的两角设置有三角板滑扣(411)，第三角设置有尖端搭扣(412)；
每个所述模块框架上分别设置有四根平行的横向杆(111)，上部、下部各设置有两根，上部、下部的两根所述横向杆(111)上各设置两个第三角朝向相反的所述调距三角板(410)；
每个所述三角板的两角通过滑扣套设在的两个横向杆(111)上，可沿横向杆(111)滑动以调整位置并最终锁定在横向杆(111)上，其第三角的尖端搭扣(412)可与相邻的另一个模块框架上的调距三角板(410)的尖端搭扣(412)扣合连接。
5.根据权利要求4所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：所述模块间连接装置(400)还包括固定杆(420)，各相邻的模块框架之间通过两根所述固定杆(420)进行加固。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：所述桥墩接触板(130)通过其四角处设置的伸缩套筒(160)与水上模块框架(110)活动连接，所述水上模块框架(110)包括四根纵向杆(113)，各所述伸缩套筒(160)一一对应地套设在四根纵向杆(113)面向桥墩(Ⅲ)一端的端部。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：所述桥墩接触板(130)采用防滑橡胶板；所述限位板(120)采用网状板。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：所述升降装置(150)采用至少3个环绕桥墩(Ⅲ)分散设置的升降卷扬机(151)，每个所述升降卷扬机(151)固定在一个水上模块框架(110)的下部，通过吊绳与其下方的水下模块框架(210)相连。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：各所述水下模块框架(210)面向桥墩(Ⅲ)的一侧设置有四个行走轮(250)；部分所述水下模块框架(210)的行走轮(250)采用动力轮，其配套设置有动力轮驱动装置(251)，可主动在桥墩(Ⅲ)壁面上滚动；其余所述水下模块框架(210)的行走轮(250)采用弹簧调距轮。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的模块化桥墩水下结构检测平台，其特征在于：所述水下检测设备(310)为水下摄像头(311)和声呐探头(312)，其中，所述水下摄像头(311)安装在检测小车(300)的侧面，面向桥墩(Ⅲ)方向设置；所述声呐探头(312)可转动地安装在检测小车(300)下方，可以调整检测角度。
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