一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置及方法，包括光纖斷裂線組件、通路檢測器以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，光纖斷裂線組件由雙向正交排布的光纖斷裂線組成，光纖斷裂線組件直接通過光纖與通路檢測器相連；通路檢測器包含光源發(fā)射單元、光源接收單元和電路芯片單元，光源發(fā)射單元和光源接收單元與光纖斷裂線的兩端相連，電路芯片單元與數(shù)據(jù)傳輸模塊電路連接；數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線傳輸功能實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊，將遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)指令傳輸至電路芯片單元，并將通路檢測數(shù)據(jù)經(jīng)電路芯片單元無線傳輸至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)程序推算裂紋位置、長度及擴(kuò)展速率。本發(fā)明所述裝置原理清晰，制作簡單，使用方便，精度較高。
【專利說明】一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]正交異性鋼橋面板由于結(jié)構(gòu)自重輕、整體效率高、跨越能力強(qiáng)、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大、中跨度橋梁結(jié)構(gòu)中。但是，由于構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜、焊接缺陷難控制以及直接承受車輛動(dòng)力作用等原因，正交異性鋼橋面板也是鋼橋結(jié)構(gòu)中最容易發(fā)生疲勞破壞的部位。自1971年英國Severn橋最早發(fā)現(xiàn)鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞裂紋以來，德國、法國、日本、美國、荷蘭等國相繼出現(xiàn)了鋼橋面板疲勞開裂的報(bào)道，我國虎門大橋、海滄大橋、江陰大橋等的正交異性鋼橋面板也已經(jīng)檢測到了大量疲勞裂紋。這些裂紋具有許多共性，并且通常出現(xiàn)在縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對(duì)接焊縫等應(yīng)力集中明顯位置。因此，需要在實(shí)際工程中對(duì)在役正交異性鋼橋面板的疲勞開裂情況進(jìn)行定期檢測和長期監(jiān)測。
[0003]在正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的檢測方法中，目前使用最為廣泛也最簡單直接的是目測法，但這種方法存在一定局限性，比如現(xiàn)場情況可能導(dǎo)致檢測人員很難甚至無法到達(dá)某些疲勞開裂敏感區(qū)域，以及人工目測可能無法精準(zhǔn)確定裂紋的尖端位置等。此外也有一些利用電勢能落差、超聲回傳等原理開發(fā)而成的鋼結(jié)構(gòu)裂紋探測設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋尺寸的準(zhǔn)確測量，但這些設(shè)備同樣需要人工現(xiàn)場操作，可能存在部分區(qū)域不可達(dá)和操作空間受限的問題，也無法通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測。因此，需要設(shè)計(jì)一種疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置，這種原位布置的監(jiān)測裝置應(yīng)能采用遠(yuǎn)程控制代替現(xiàn)場操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼橋面板疲勞開裂狀態(tài)的自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與使用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置及方法，該裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)正交異性鋼橋面板疲勞裂紋的自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置，包括光纖斷裂線組件、通路檢測器以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中:
[0007]光纖斷裂線組件由雙向正交排布的光纖斷裂線組成，光纖斷裂線組件直接粘貼于結(jié)構(gòu)鋼板表面并直接通過光纖與通路檢測器相連；
[0008]通路檢測器包含光源發(fā)射單元、光源接收單元和電路芯片單元，光源發(fā)射單元和光源接收單元與光纖斷裂線的兩端相連，電路芯片單元與數(shù)據(jù)傳輸模塊電路連接，電路芯片單元通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收外部監(jiān)測指令或以一定時(shí)間間隔自動(dòng)激勵(lì)光源發(fā)射單元，并記錄光纖斷裂線組件的斷裂位置和斷裂時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖斷裂情況的自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測；
[0009]數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線傳輸功能實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊，將遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)指令傳輸至電路芯片單元，同時(shí)將通路檢測數(shù)據(jù)經(jīng)電路芯片單元無線傳輸至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)程序推算裂紋位置、長度及擴(kuò)展速率。
[0010]優(yōu)選地，所述光纖斷裂線組件直接粘貼于結(jié)構(gòu)鋼板表面，具體的:當(dāng)用于未開裂鋼橋面板的潛在裂紋萌生監(jiān)測時(shí)，將光纖斷裂線組件粘貼在疲勞開裂敏感區(qū)域，如縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對(duì)接焊縫的鋼板表面；對(duì)于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面。
[0011]優(yōu)選地，所述光纖斷裂線組件的大小可以根據(jù)檢測區(qū)域范圍進(jìn)行定做，光纖斷裂線的數(shù)量和間距按照檢測精度要求進(jìn)行調(diào)整。
[0012]優(yōu)選地，所述通路檢測器包含兩個(gè)光源發(fā)射單元和兩個(gè)光源接收單元，光源發(fā)射單元和光源接收單元均內(nèi)置多個(gè)光纖斷裂線接口，光纖斷裂線的兩端分別與光源發(fā)射單元和光源接收單元的內(nèi)置光纖斷裂線接口連接。
[0013]本發(fā)明提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測方法，步驟如下:
[0014]步驟1:對(duì)于未開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件粘貼在縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對(duì)接角焊縫等疲勞開裂敏感區(qū)域的鋼板表面；對(duì)于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面；
[0015]步驟2:將通路檢測器連同數(shù)據(jù)傳輸模塊一并粘貼在光纖斷裂線組件附近；
[0016]步驟3:將光纖斷裂線組件的光纖斷裂線的兩端分別接入光源發(fā)射單元和光源接收單元的內(nèi)置接口內(nèi)；
[0017]步驟4:利用內(nèi)置電池啟動(dòng)測量裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)無線連接成功。
[0018]步驟5:通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送單次實(shí)時(shí)檢測指令或連續(xù)多次自動(dòng)監(jiān)測指令，之后通路檢測器檢測光纖斷裂組件的通路情況獲得裂紋監(jiān)測數(shù)據(jù)，
[0019]步驟6:遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接收通路檢測器的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、統(tǒng)計(jì)、分析，該數(shù)據(jù)包括光纖斷裂線組件的斷裂位置編號(hào)和斷裂時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)鋼橋面板疲勞裂紋的自動(dòng)檢測。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0021]本發(fā)明所述裝置原理清晰、制作簡單、使用方便、精度較高，所述裝置既能用于未開裂橋面板的疲勞裂紋萌生監(jiān)測，也能用于鋼橋面板已有疲勞裂紋的擴(kuò)展情況監(jiān)測等；實(shí)現(xiàn)了對(duì)正交異性鋼橋面板疲勞裂紋位置、長度及擴(kuò)展速率的自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測，可應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0023]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例在橫隔板上的布置示意圖；[0024]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例在縱肋上的布置示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例在面板上的布置示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖中:1 一光纖斷裂線組件；2—通路檢測器，3—數(shù)據(jù)傳輸模塊，4一光纖斷裂線，5一光源發(fā)射單兀，6一光源接收單兀，7一電路芯片單兀，8一面板,9一橋面鋪裝，10一縱肋，11一橫隔板,12一角焊縫。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029]如圖4所示，本實(shí)施例提供一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置，包括光纖斷裂線組件1、通路檢測器2以及數(shù)據(jù)傳輸模塊3，其中:
[0030]光纖斷裂線組件I由雙向正交排布的光纖斷裂線4組成，光纖斷裂線組件I直接通過光纖與通路檢測器2相連；
[0031]通路檢測器2包含光源發(fā)射單元5、光源接收單元6和電路芯片單元7，光源發(fā)射單元5和光源接收單元6與光纖斷裂線4的兩端相連，電路芯片單元7與數(shù)據(jù)傳輸模塊3電路連接，電路芯片單元7通過數(shù)據(jù)傳輸模塊3接收外部監(jiān)測指令，或以一定時(shí)間間隔自動(dòng)激勵(lì)光源發(fā)射單元5，并記錄光纖斷裂線組件I的斷裂位置和斷裂時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖斷裂情況的自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測；
[0032]數(shù)據(jù)傳輸模塊3通過無線傳輸功能實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊，從而將遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)指令傳輸至電路芯片單元7，同時(shí)將通路檢測器2檢測數(shù)據(jù)經(jīng)電路芯片單元7無線傳輸至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)處理得到裂紋位置、長度及擴(kuò)展速率。
[0033]如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)施例所述光纖斷裂線組件I直接粘貼于結(jié)構(gòu)鋼板表面，具體的:當(dāng)用于未開裂鋼橋面板的潛在裂紋萌生監(jiān)測時(shí)，將光纖斷裂線組件I粘貼在疲勞開裂敏感區(qū)域，如縱肋10與面板8連接焊縫、縱肋10與橫隔板11連接焊縫、橫隔板11與面板8連接焊縫、縱肋10對(duì)接角焊縫12位置的鋼板表面；對(duì)于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件I粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面。
[0034]本實(shí)施例中，所述光纖斷裂線組件I的大小可以根據(jù)檢測區(qū)域范圍進(jìn)行定做，光纖斷裂線4的數(shù)量和間距按照檢測精度要求進(jìn)行調(diào)整。
[0035]本實(shí)施例中，所述通路檢測器2包含兩個(gè)光源發(fā)射單元5和兩個(gè)光源接收單元6，光源發(fā)射單元5和光源接收單元6均內(nèi)置多個(gè)光纖斷裂線接口，光纖斷裂線4的兩端分別與光源發(fā)射單元5和光源接收單元6的內(nèi)置光纖斷裂線接口連接。
[0036]本實(shí)施例使用上述裝置進(jìn)行檢測時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行:
[0037]步驟1:對(duì)于未開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件I粘貼在縱肋10與面板8連接焊縫、縱肋10與橫隔板11連接焊縫、橫隔板11與面板8連接焊縫、縱肋10對(duì)接角焊縫12疲勞開裂敏感區(qū)域的鋼板表面；對(duì)于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件I粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面；[0038]步驟2:將通路檢測器2連同數(shù)據(jù)傳輸模塊3 —并粘貼在光纖斷裂線組件I附近；數(shù)據(jù)傳輸模塊3連接電路芯片單元7 ；
[0039]步驟3:將光纖斷裂線組件I的光纖斷裂線4的兩端分別接入光源發(fā)射單元5和光源接收單元6的內(nèi)置接口內(nèi)；
[0040]步驟4:利用內(nèi)置電池啟動(dòng)測量裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊3與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)無線連接成功。
[0041]步驟5:通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送單次實(shí)時(shí)檢測指令或連續(xù)多次自動(dòng)監(jiān)測指令；電路芯片單元7通過數(shù)據(jù)傳輸模塊3接收外部監(jiān)測指令，或以一定時(shí)間間隔自動(dòng)激勵(lì)光源發(fā)射單元5，光源發(fā)射單元5發(fā)射光束通過光纖傳至光源接收單元6 ;通路檢測器2檢測光纖斷裂組件I的通路情況獲得裂紋監(jiān)測數(shù)據(jù)，并記錄光纖斷裂線組件I的斷裂位置和斷裂時(shí)間，并通過數(shù)據(jù)傳輸模塊3傳送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)；
[0042]步驟6:遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接收通路檢測器2的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、統(tǒng)計(jì)、分析，該數(shù)據(jù)包括光纖斷裂線組件I的斷裂位置編號(hào)和斷裂時(shí)間等，從而實(shí)現(xiàn)鋼橋面板疲勞裂紋的自動(dòng)檢測。
[0043]進(jìn)一步的，所述遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過數(shù)據(jù)處理，得到疲勞裂紋的位置、長度以及擴(kuò)展速率等信息，進(jìn)一步繪制裂紋分布圖。
[0044]本實(shí)施例整個(gè)裝置原理清晰、制作簡單、使用方便、精度較高，所述裝置既能用于未開裂橋面板的疲勞裂紋萌生監(jiān)測，也能用于鋼橋面板已有疲勞裂紋的擴(kuò)展情況監(jiān)測等；實(shí)現(xiàn)了對(duì)正交異性鋼橋面板疲勞裂紋位置、長度及擴(kuò)展速率的自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測，可應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中。
[0045]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置，其特征在于，包括光纖斷裂線組件、通路檢測器以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中: 光纖斷裂線組件由雙向正交排布的光纖斷裂線組成，光纖斷裂線組件直接粘貼于結(jié)構(gòu)鋼板表面并直接通過光纖與通路檢測器相連； 通路檢測器包含光源發(fā)射單元、光源接收單元和電路芯片單元，光源發(fā)射單元、光源接收單元與光纖斷裂線的兩端相連，電路芯片單元與數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，電路芯片單元通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收外部監(jiān)測指令或以一定時(shí)間間隔自動(dòng)激勵(lì)光源發(fā)射單元，并記錄光纖斷裂線組件的斷裂位置和斷裂時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖斷裂情況的自動(dòng)檢測和長期監(jiān)測； 數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線傳輸功能實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊，將遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)指令傳輸至電路芯片單元，同時(shí)將通路檢測器檢測數(shù)據(jù)經(jīng)電路芯片單元無線傳輸至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)處理得到裂紋位置、長度及擴(kuò)展速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置，其特征在于，當(dāng)用于未開裂鋼橋面板的潛在裂紋萌生監(jiān)測時(shí)，所述光纖斷裂線組件粘貼在縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對(duì)接焊縫的鋼板表面；對(duì)于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面板，所述光纖斷裂線組件粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置，其特征在于，所述光纖斷裂線組件的大小可以根據(jù)檢測區(qū)域范圍進(jìn)行定做，光纖斷裂線的數(shù)量和間距按照檢測精度要求進(jìn)行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測裝置，其特征在于，所述通路檢測器包含兩個(gè)光源發(fā)射單元和兩個(gè)光源接收單元，光源發(fā)射單元和光源接收單元均內(nèi)置多個(gè)光纖斷裂線接口，光纖斷裂線的兩端分別與光源發(fā)射單元和光源接收單元的內(nèi)置光纖斷裂線接口連接。
5.一種采用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測方法，其特征在于，所述方法步驟如下: 步驟1:對(duì)于未開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件粘貼在縱肋與面板連接焊縫、縱肋與橫隔板連接焊縫、橫隔板與面板連接焊縫、縱肋對(duì)接焊縫處的鋼板表面；對(duì)于已經(jīng)開裂的正交異性鋼橋面板，將光纖斷裂線組件粘貼在裂紋尖端前方區(qū)域的鋼板表面； 步驟2:將通路檢測器連同數(shù)據(jù)傳輸模塊一并粘貼在光纖斷裂線組件附近； 步驟3:將光纖斷裂線組件的光纖斷裂線的兩端分別接入光源發(fā)射單元和光源接收單元的內(nèi)置接口內(nèi)； 步驟4:利用內(nèi)置電池啟動(dòng)檢測裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)無線連接成功； 步驟5:通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送單次實(shí)時(shí)檢測指令或連續(xù)多次自動(dòng)監(jiān)測指令； 步驟6:遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接收通路檢測器的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、統(tǒng)計(jì)、分析，該數(shù)據(jù)包括光纖斷裂線組件的斷裂位置編號(hào)和斷裂時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)鋼橋面板疲勞裂紋的自動(dòng)檢測。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正交異性鋼橋面板疲勞裂紋自動(dòng)檢測方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，得到疲勞裂紋的位置、長度以及擴(kuò)展速率，進(jìn)一步繪制裂紋分布圖。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK104007117SQ201410130118
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】程斌, 湯維力 申請人:上海交通大學(xué)