一种交通建设用公路桥梁承载能力检测系统和方法

摘要

本发明提供一种交通建设用公路桥梁承载能力检测系统和方法，包括总机和分机，总机的管轮上环绕管的管端部引入分机与分机竖支管下端连接，主机管的另一端通过转接头与管轮的轴管连接，管轮的轴管引出端管分别连接竖支管一和竖支管二，竖支管一的上端串联光栅检测机构，竖支管二的上端连接储液箱，该储液箱连接有升降调节机构，处理器通过光栅检测机构采集分机的实时状态。本发明能够在分机移动过程中利用光栅检测机构对色料液面与标准刻线之间变化进行精准采集并输出显示和存储数据。还可以在总机和分机之间安装测距仪器，以确定总机和分机间距，根据间距绘制承载曲线图表。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，具体涉及一种交通建设用公路桥梁承载能力检测技术。

背景技术

桥梁的使用时间越长，桥梁发生弯曲、开裂的情况就越多。桥梁承载能力检测是维护桥梁工程稳定性与安全性的基础保障。因此在对桥梁进行检测评估时需要对其承载能力进行检测，而对桥梁承载能力进行检测时通常需要进行加载测试，即对桥梁施加载荷，测量待测点的位移量。目前，通常直接将固定重量的车体开至桥梁上的各待测部位依次进行加载，但在车体行进过程中桥梁沿车体行进路径均被压施载，导致各待测部位测量误差较大。以及还存在其他不利因素。现有检测设备和方法无法对桥梁检测区间连续检测或多点位对比检测的问题，以及不具有承载极限预测功能。

发明内容

针对现有检测设备无法对桥梁检测区间连续检测或多点位对比检测的问题，本发明提供一种交通建设用公路桥梁承载能力检测系统和方法，对不同区间段内连续对比检测或多点位并列检测，并输出检测结果，直观显示不同区段或不同点位的承载曲线变化情况，还可以根据一般性检测数据进行超标预测。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种交通建设用公路桥梁承载能力检测系统，包括总机和分机，在总机内腔中安装有管轮架并安装于管轮，管轮上环绕有管，管轮架上安装有管轮电机用于驱动管轮转动，管的一端引入分机内与分机竖支管下端连接，管的另一端通过转接头与管轮的轴管连接，管轮的轴管引出端管分别连接竖支管一和竖支管二，竖支管一的上端串联光栅检测机构，竖支管二的上端连接储液箱，该储液箱连接有升降调节机构；所述的光栅检测机构包括透明的比对器，该比对器底部有进液口顶部有出液口，且在比对器外侧中部有标准刻线，在光栅检测机构的密封内腔中且位于比对器的一侧安装有光源和透镜组件，另一侧依次安装标尺光栅、指示光栅、光敏元件和检测器，检测器的信号线与处理器信号输入端连接，处理器的信号输出端与显示器和存储器连接。

透镜组件将光源转换为平行光照射于比对器一侧，光线比对器投射至标尺光栅时，标准刻线与色料层（液体含色料以便于分色）之间的高度变化的差值会经过标尺光栅和指示光栅后存在精确计量，在通过光敏元件和检测器记录变化的数字信号。检测器的信号线与处理器信号输入端连接，处理器的信号输出端与显示器和存储器连接。使用时将总机位于不随承载拨动的桥头或相信桥面板端部，仅使分机进入检测区间，分机移动过程中，因桥面高度差变化，会通过管反馈至总机的比对器存在色料与标准刻线的变化，通过光栅检测机构进行实时监测并记录，将无桥面承载状态下的检测作为原始曲线数据，将有不同载重情况下的检测作为不同载重曲线数据，将承载曲线与原始曲线对比能够直观了解不同区间或不同点位的桥面承载情况，而且可根据不同载重对应的曲线数据，预测在持续增加载重情况下的极限载重曲线数据。

一种交通建设用公路桥梁承载能力检测方法，包括权利要求所述的总机和分机，首先采用总机与单从机配合进行静态承载检测时，总机位于某区间段的初始位置或区间段之外，单从机从初始位置沿第一条地线行驶至某区间段的终末位置，总机记录并输出关于某区间段的标准曲线。

静态承载检测:在该区间段（完整的桥面段）停留设置吨位的载重车辆，单从机从初始位置沿第一条地线行驶至某区间段的终末位置，总机记录并输出关于某区间段的吨位承载曲线。

以此方法记录多种吨位的吨位承载曲线（位置-变形曲线）。以标准曲线为基准线，将多吨位承载曲线与基准线输出至同一位置承载曲线（同一位置变形表内含有多条不同吨位的位置-变形曲线），并比较计算多吨位曲线的线性变化趋势，确定第一条地线区间连续点位的极限承载性能（极限-位置变形性能）。

依次对桥面多条地线区间计算多吨位曲线的线性变化趋势，以桥梁设计变形极限为标准确定各条地线区间连续点位的极限承载性能。

动态检测:多从机或单从机依次布置第n条地线的m个点位，设置吨位的载重车辆从区间的初始位置驶入并行驶至终末位置之外，记录各点位的承载性能，以第n条地线的m个点位为基本检测点绘制输出该地线区间的承载曲线。n为大于或等于1的自然数，m为大于或等于2的自然数。

依次对桥面多条地线区间计算多吨位曲线的动态线性变化趋势，以桥梁设计承载极限为准确定各条地线区间连续点位的动态极限承载性能（包括采集振动、位移信息）。

还包括临界面对比检测，两从机同步沿临界面两侧分别行驶，在承重或无承载状态下分别输出并对比两从机的承载曲线变化情况。

本发明的有益效果：本发明使用时将总机位于不随承载拨动的桥头或相信桥面板端部，仅使分机进入检测区间，分机移动过程中，因桥面高度差变化，会通过管反馈至总机的比对器存在色料与标准刻线的变化，通过光栅检测机构进行实时监测并记录，将无桥面承载状态下的检测作为原始曲线数据，将有不同载重情况下的检测作为不同载重曲线数据，将承载曲线与原始曲线对比能够直观了解不同区间或不同点位的桥面承载情况，而且可根据不同载重对应的曲线数据，预测在持续增加载重情况下的极限载重曲线数据。

本发明现针对现有技术中对桥梁各待测部位进行承载能力检测时误差较大的技术问题，通过采用一种交通建设用公路桥梁承载能力检测系统，实现了对桥梁待测部位进行逐渐加载时，桥梁待测部位周边不受输送配重物的车体或人体的影响，对各桥梁待测部位进行依次检测时相互之间不受影响，有效减小误差，提高检测精度。

本发明储液箱升降移动能够确保总机和分机在初始位置时，调节使色料液面高度与标准刻线位置对应。在分机移动过程中，或者分机处于定点位时，利用光栅检测机构对色料液面与标准刻线之间变化进行精准采集并输出显示和存储数据。还可以在总机和分机之间安装测距仪器，以确定总机和分机间距，根据间距绘制承载曲线图表。

附图说明

图1是本发明检测系统总机与分机连接关系图；

图2是图1的内部结构图；

图3是图2中总机部分的后视图；

图4是图2中分机部分的后视图；

图5是支管及光栅检测机构装配关系图；

图6是图5中光栅检测机构的内部结构图之一；

图7是图5中光栅检测机构的内部结构图之二；

图8是装配辅架的分机侧视图。

图中标号：总机1，分机2，总机骨架3，总机底板4，总机内支架5，管轮架6，管轮7，管轮电机8，管9，自适应导向机构10，光栅检测机构11，汇端管12，竖支管一13，竖支管二14，储液箱15，螺套16，螺杆17，轴套18，手轮19，分机竖支管20，溢流箱21，呼吸阀22，功能腔23，内管腔24，光源25，透镜组件26，比对器27，标尺光栅28，指示光栅29，光敏元件30，检测器31，标准刻线32，内接管33，内支撑34，管接头35，固定座36，竖向导槽37，轴座38，定管轮组39，机箱40，显示器41，按键42，落地横架43，固定立架44，辅架45，竖杆46，槽形轨道47，平行轮48，行走电机49，齿轮箱50，输出轴51，蓄电池52，电源数据线53。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：一种如图1所示的交通建设用公路桥梁承载能力检测系统，主要针对现有检测机构无法对桥梁检测区间连续检测或多点位对比检测的问题而设计，该系统主要包括总机1和至少一个分机2，主要结构组成包括管轮，盘管，参照线浮动线，光栅采集，处理器等，使用时总机位于桥板边缘之外或者桥头，使分机2进入桥面任何待测点位或线区间，通过总机1实时获取分机2的检测数据，记录并输出关于某区间段的标准曲线。输出于显示屏和存储于硬盘，还可利用该系统导出相应数据图表。

该系统具体结构如图2所示，图2结合图3可以看出，总机1包括骨架3和封闭壳体，骨架3的底板4下方安装有行走轮，骨架3的上方安装有扶手，底板4上侧有总机内支架5，该内支架上安装有管轮架6，管轮架6上安装于管轮7，在管轮7上环绕有管9。管轮架6上安装有管轮电机8用于驱动管轮7转动。

图2结合图4可以看出，分机2包括落地横架43和固定立架44，其中落地横架43包括底板，在底板的下方安装有行走轮，位于前侧的一对行走轮与驱动机构传动连接。图4中，在落底横架43前侧底部固定安装齿轮箱50，其输入轴与行走电机49连接，其输出轴51与行走轮转轴连接，在落底横架43的后侧中部固定有蓄电池52或配重，以提高分机的稳定性。蓄电池主要为驱动机构提供动力，或者蓄电池通过电源数据线53与总机的供电单元连接（总机可独立配置供电电源，当分机增设光栅检测机构11时，可通过数据线连接总机的机箱数据线插孔）。固定立架44主要用于支撑分机竖支管20，使其上端位于高位。可以选择在分机竖支管20的顶部安装于溢流箱21，且在溢流箱21上部安装呼吸阀22。还可以选择在分机竖支管20的上部安装光栅检测机构11。

来自于总机1的管轮7的管9，其远端引入分机2内与分机竖支管20下端连接。位于总机1内的管9的另一端，通过转接头与管轮的轴管连接（管轮的轴为轴管）。

如图5所示，管轮7的轴管引出端管12分别连接竖支管一13和竖支管二14，竖支管一13的上端串联光栅检测机构11，竖支管二14的上端连接储液箱15，该储液箱15连接有升降调节机构。一种升降调节机构是在储液箱15的一侧固定有螺套16，其内安装有螺杆17，该螺杆17的上端和下端分别安装有轴套18，上下轴套18分别固定于总机骨架的上端和下端横梁上。在螺杆17的顶部安装有手轮19，通过调节手轮转动螺杆17转动，带动螺套16升降移动，进而带动储液箱15升降移动。储液箱15升降移动能够确保总机1和分机2在初始位置时，调节使色料液面高度与标准刻线32位置对应。在分机2移动过程中，或者分机2处于定点位时，利用光栅检测机构11对色料液面与标准刻线之间变化进行精准采集并输出显示和存储数据。还可以在总机和分机之间安装测距仪器，以确定总机和分机间距，根据间距绘制承载曲线图表。

如图6和图7所示，光栅检测机构11包括透明的比对器27，该比对器27底部有进液口，顶部有出液口，且在比对器27外侧中部有标准刻线32。在光栅检测机构11的密封内腔分分割为功能腔23（功能腔完全密封，避免因漏液或受外界环境污染）和内管腔24，在功能腔中且位于比对器27的一侧安装有光源25和透镜组件26，另一侧依次安装标尺光栅28、指示光栅29、光敏元件30和检测器31，透镜组件26将光源25转换为平行光照射于比对器27一侧，光线比对器27投射至标尺光栅28时，标准刻线32与色料层（液体含色料以便于分色）之间的高度变化的差值会经过标尺光栅28和指示光栅29后存在精确计量，在通过光敏元件30和检测器31记录变化的数字信号。检测器31的信号线与处理器信号输入端连接，处理器的信号输出端与显示器和存储器连接。

本实施例使用时将总机位于不随承载拨动的桥头或相信桥面板端部，仅使分机进入检测区间，分机移动过程中，因桥面高度差变化，会通过管9反馈至总机的比对器27存在色料与标准刻线32的变化，通过光栅检测机构进行实时监测并记录，将无桥面承载状态下的检测作为原始曲线数据，将有不同载重情况下的检测作为不同载重曲线数据，将承载曲线与原始曲线对比能够直观了解不同区间或不同点位的桥面承载情况，而且可根据不同载重对应的曲线数据，预测在持续增加载重情况下的极限载重曲线数据。

实施例2：在实施例1基础上，分别在总机1的管轮输出位置和分机2的管输入位置，安装有自适应导向机构10，用于证据管输送时产生适度阻力和防止自然下垂。例如图3和图4中所示的自适应导向机构10，包括两侧固定座36、轴座38和定管轮组39，在两侧固定座36的内侧分别设置有竖向导槽37，两个定管轮构成定管轮组39，两个定管轮的转轴端部安装有轴座38，两侧轴座38匹配套装于相应的竖向导槽37内，在各轴座两端分别安装有推力弹簧，两侧固定座36被固定在总机或分机的支架上。其中，两侧固定座通过连接座固定为一体，该一体固定座被横置固定或者被竖向固定，被横置固定时，定管轮组39能够随着管轮转动而自动左右移动，但不会左右上下，被竖向固定时，定管轮组39能够随着管轮转动而自动升降，但不会左右移动，上述仅保持定管轮组仅有一个自由度能够防止管在管轮上松弛混乱。进一步地，还可以在管9外侧套装自由的导向机构，即不对固定座36固定，或者在固定座36上增加行走轮，以避免管9长时间与地面摩擦。

实施例3：在实施例1基础上，针对分机行走路径设置引导轨道，以确保分机每次行走路径完全一致。一种实施方式如图8所示，在沿检测路线一侧铺设槽形轨道47，在分机机架的一侧固定有辅架45，在辅架45的端部固定有竖杆46，在竖杆46的四方安装有双平行轮架，双平行轮架的两侧分别设置多对（上下为一对）横扁轴孔，每对横扁轴孔内安装有竖轴，各竖轴在相应扁轴孔的上线端设置螺母挡台，在各扁轴孔的内侧套装有弹簧，使得两侧竖轴向外展开，在各竖轴下端安装有竖向辊轮。本实施例在应用时，确保多对竖向辊轮不接触槽形轨道47的底部，确保多对竖向辊轮支撑在槽形轨道内侧壁。从而槽形轨道能够约束分机的形式路线，但不会影响分机的颠簸状态。

实施例4：在实施例1基础上，总机设置刹车机构以确保总机保持原位置不变。总机还可以采用升降支撑机构实现行走轮与地面脱离的方式以确保总机保持原位置不变，例如一种方式是在总机的底板下方安装有能够平行升降的移动支撑板并安装升降驱动机构，并在移动支撑板的四个顶角分别设置轴套并套装有自由伸缩支腿。在轴套内端设置第一电磁铁，在轴套侧面设置侧孔并安装有向内压缩的弹性销，在弹性销的外末端安装有第二电磁铁，其中第一电磁铁为断电磁保持电磁铁（失磁型电磁铁），第二电磁铁为上电保持电磁铁。当升降驱动机构驱使移动支撑板向下运动的同时，同时控制第一电磁铁和第二电磁铁上电，此时各自由伸缩支腿自然下落于地面接触，然后同时第一电磁铁和第二电磁铁断电，此时弹性销从轴套侧面压迫各自由伸缩支腿，保持各支腿不会缩进。在需要移动总机时，先控制第一电磁铁断电和控制第二电磁铁上电，此时弹性销不再约束各支腿，但第一电磁铁对各支腿吸引，使得各支腿缩进如相应的轴套内，再控制第二电磁铁端电，使各弹性销阻止相应的支腿以避免下落。

实施例5：在实施例1基础上，在总机1内安装多个管轮组件，并分别对应连接多个分机2。

实施例6：实施例1-5任意系统的使用方法，使总机与单从机配合，总机位于某区间段的初始位置或区间之外位置，单从机从初始位置沿第一条地线行驶至某区间段的终末位置，总机记录并输出关于某区间段的标准曲线。

静态承载检测:在该区间段（完整的桥面段）停留设置吨位的载重车辆，单从机从初始位置沿第一条地线行驶至某区间段的终末位置，总机记录并输出关于某区间段的吨位承载曲线。

以此方法记录多种吨位的吨位承载曲线（位置-变形曲线）。以标准曲线为基准线，将多吨位承载曲线与基准线输出至同一位置-变形表（同一位置变形表内含有多条不同吨位的位置-变形曲线），并比较计算多吨位曲线的线性变化趋势，确定第一条地线区间连续点位的极限承载性能（极限-位置变形性能）。

依次对桥面多条地线区间计算多吨位曲线的线性变化趋势，以桥梁设计变形极限为标准确定各条地线区间连续点位的极限承载性能。

动态检测:多从机（或单从机）依次布置第n条地线的m个点位，设置吨位的载重车辆从区间的初始位置驶入并行驶至终末位置之外，记录各点位的承载性能，以第n条地线的m个点位为基本检测点绘制输出该地线区间的承载曲线。

依次对桥面多条地线区间计算多吨位曲线的动态线性变化趋势，以桥梁设计承载极限为准确定各条地线区间连续点位的动态极限承载性能（包括采集振动、位移信息）。

临界面对比检测，两从机同步沿临界面两侧分别行驶，在承重或无承载状态下分别输出并对比两从机的承载曲线变化情况。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。