本發(fā)明涉及一種橋墩水下部位損傷的檢測設(shè)備及方法，屬于結(jié)構(gòu)檢測裝置的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

混凝土橋墩在工作中會產(chǎn)生裂紋，也會因水流的沖刷、腐蝕、船舶撞擊、地震等作用而發(fā)生損壞。橋墩水下部位的損傷檢測易成為檢測的盲點(diǎn)。目前，國內(nèi)對橋墩水下部分的檢測主要通過潛水員佩帶水下攝影設(shè)備進(jìn)行人工檢測，這種檢測方法效率低下，也難以定位裂紋的具體坐標(biāo)?；谝陨锨闆r，設(shè)計(jì)一種橋墩水下部位損傷檢測的活動支架，用于較為準(zhǔn)確地定位出損傷所在的具體位置，提高了檢測效率，替代潛水員的水下作業(yè)，就成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了提高橋墩水下部位的損傷檢測的效率及精確度，本發(fā)明提供一種橋墩水下部位損傷檢測活動支架。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供的橋墩水下部位損傷檢測活動支架，包括金屬軟管、滑套、伸縮裝置和機(jī)器人座，多節(jié)金屬軟管連接形成環(huán)繞橋墩的抱箍，所述滑套與抱箍滑配，滑套頂部設(shè)有調(diào)平水準(zhǔn)儀，滑套底部設(shè)有豎直的連接板，所述伸縮裝置連接于滑套與機(jī)器人座之間。

抱箍由若干節(jié)金屬軟管通過外凸式連接環(huán)和內(nèi)嵌式連接環(huán)首尾相連而成，并通過金屬軟管側(cè)面的頂推桿張拉在橋墩外壁。每節(jié)金屬軟管上表面設(shè)有沿著軸向的刻度，該刻度可以用來確定損傷部位所在的水平坐標(biāo)。

金屬軟管的外凸式連接環(huán)具有卡齒和對準(zhǔn)刻度。內(nèi)嵌式連接環(huán)具有內(nèi)嵌槽、對準(zhǔn)刻度、貼在連接環(huán)最外側(cè)圓環(huán)處的環(huán)形彈性橡膠。相鄰金屬軟管的連接是通過環(huán)形彈性橡膠的彈力，且對準(zhǔn)刻度對齊后，連接成功。

頂推桿是由旋鈕、一級頂推桿、二級頂推桿、套筒和墊片組成。通過調(diào)節(jié)頂推桿將抱箍張拉并固定在橋墩外壁。頂推桿的頂推是通過旋鈕的旋轉(zhuǎn)。為了使張拉的形狀較為均勻，每個頂推桿的伸長量應(yīng)大致相等。頂推桿的端部有一方形的墊片，墊片不會隨著旋鈕的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，可防止抱箍沿著橋墩外壁下滑。

滑套由滑套固定螺栓、調(diào)平水準(zhǔn)儀和連接板組成。滑套可以在抱箍上自由滑動，從而帶動伸縮裝置圍繞橋墩進(jìn)行檢測。滑套的橫截面是一個有缺口的圓環(huán)，

圓環(huán)的缺口可以使頂推桿不阻礙滑套的移動?；咨喜吭O(shè)有調(diào)平水準(zhǔn)儀，觀察調(diào)平水準(zhǔn)儀的氣泡是否居中，確認(rèn)抱箍的各個位置是否水平。滑套固定螺栓將滑套固定在抱箍上的某一位置。連接板上設(shè)有4個卷尺夾連接孔和1個伸縮裝置連接孔，分別用于連接卷尺夾和伸縮裝置，連接板與滑套為剛性連接。

卷尺夾由1塊卷尺底板、2塊卷尺夾板、2個彈簧和1根滑桿組成。卷尺底板上設(shè)有4個螺孔用于和連接板連接，且設(shè)有一個滑槽用于放置彈簧和滑桿，為卷尺夾板提供滑行軌道。滑桿從左至右分別穿過1個彈簧、2個卷尺滑板和另1個彈簧，并固定在滑槽的端部。卷尺位于兩個卷尺夾板的正中位置。

伸縮裝置由菱形伸縮架、伸縮架固定尺、伸縮架固定桿和卷尺組成。菱形伸縮架沿著橋墩的軸向自由伸縮。菱形伸縮架的最上部一塊菱形的左端節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個鉸接的伸縮架固定尺，右端節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個剛接的伸縮架固定桿。通過將伸縮架固定尺上的波紋狀卡齒扣在伸縮架固定桿上可以固定菱形伸縮架。卷尺的尺勾固定在菱形伸縮架的最底部節(jié)點(diǎn)，卷尺固定于卷尺夾中。卷尺的尺條始終位于菱形伸縮架的中間節(jié)點(diǎn)位置。

機(jī)器人座用于固定拍攝損傷部位并傳輸數(shù)據(jù)的檢測設(shè)備。機(jī)器人座由金屬盒子和底座組成。金屬盒子和菱形伸縮架的最底部節(jié)點(diǎn)相連。底座包括座板和設(shè)在座板上的兩個條形螺栓孔。兩個條形螺栓孔可以便于將不同規(guī)格的機(jī)器設(shè)備固定在機(jī)器人座上。

本發(fā)明同時提供采用上述活動支架檢測橋墩水下部位損傷的方法，是將多節(jié)金屬軟管連接成抱箍，利用頂推裝置及金屬軟管的張緊力將抱箍固定在橋墩的頂部，并調(diào)整抱箍水平；將滑套安裝在抱箍上，檢測設(shè)備安裝在機(jī)器人座上，滑套沿金屬抱箍自由滑動，檢測設(shè)備檢測到損傷部位時，用利用抱箍上的刻度確定損傷部位的水平坐標(biāo)，伸縮裝置中的菱形伸縮架與卷尺共同上下伸縮，利用卷尺刻度確定損傷部位的豎向坐標(biāo)。

有益效果：本發(fā)明主要是通過滑套在抱箍上的水平滑移和伸縮裝置的豎向伸縮功能，利用機(jī)器人座上的檢測設(shè)備對橋墩水下?lián)p傷部位的全方位細(xì)致檢測。實(shí)現(xiàn)了對橋梁水下基礎(chǔ)損傷部位的檢測、坐標(biāo)定位等功能，解決了現(xiàn)階段機(jī)器人因水流湍急被水沖走、丟失等問題，提高了橋梁水下隱患部位檢測的效率與質(zhì)量，有效降低了檢測成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的使用狀態(tài)示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是當(dāng)橋墩橫截面是矩形時的應(yīng)用狀態(tài)示意圖；

圖4是圖1中金屬軟管端部卡扣裝置的三維軸測圖；

圖5是圖1中頂推桿的局部詳圖；

圖6是圖1中滑套和伸縮裝置的局部三維軸測圖；

圖7是圖1中伸縮裝置和機(jī)器人座的局部三維軸測圖；

圖8是圖1中卷尺夾和連接板的三維軸測圖；

圖中：1金屬軟管；1a抱箍上的刻度；2外凸式連接環(huán)；2a卡齒；2b對準(zhǔn)刻度；3內(nèi)嵌式連接環(huán)；3a內(nèi)嵌槽；3b對準(zhǔn)刻度；3c環(huán)形彈性橡膠；4頂推桿；4a旋鈕；4b一級頂推桿；4c二級頂推桿；4d套筒；4e墊片；5滑套；6滑套固定螺栓；7調(diào)平水準(zhǔn)儀；8連接板；8a卷尺夾連接孔；8b伸縮裝置連接孔；9卷尺底板；9a螺栓孔；9b滑槽；10卷尺夾板；11彈簧；12滑桿；13菱形伸縮架；14菱形伸縮架固定尺；15伸縮架固定桿；16卷尺；16a有刻度的尺帶；16b卷尺的尺鉤；17金屬盒子；17a金屬盒子的底板；17b條形螺孔。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例的橋墩水下部位損傷檢測的活動支架如圖1所示，主要是由金屬軟管1、滑套5、頂推桿4、菱形伸縮架13、和金屬盒子17等部分組成。

抱箍由若干節(jié)等長且可彎曲的金屬軟管1通過外凸式連接環(huán)2和內(nèi)嵌式連接環(huán)3首尾相連而成，并通過金屬軟管1側(cè)面的頂推桿4張拉在橋墩外壁。每節(jié)金屬軟管的兩端分別有一個外凸式連接環(huán)2和一個內(nèi)嵌式連接環(huán)3，其上表面有沿著軸向的刻度1a，該刻度可以用來確定損傷部位的水平坐標(biāo)。若橋墩的橫截面是圓形，則抱箍通過頂推桿4在橋墩外壁張拉成圓環(huán)形如圖2所示；若橋墩的截面是矩形，則抱箍通過頂推桿4在橋墩外壁張拉成圓角的方環(huán)形如圖3所示。

相鄰金屬軟管的連接是通過外凸式連接環(huán)2和內(nèi)嵌式連接環(huán)3相連來實(shí)現(xiàn)。外凸式連接環(huán)2和內(nèi)嵌式連接環(huán)3的三維軸測圖如圖4所示。外凸式連接環(huán)2具有卡齒2a和對準(zhǔn)刻度2b。內(nèi)嵌式連接環(huán)3具有內(nèi)嵌槽3a、對準(zhǔn)刻度3b以及貼在連接環(huán)最外側(cè)圓環(huán)處的環(huán)形彈性橡膠3c。相鄰金屬軟管的連接是通過擠壓環(huán)形彈性橡膠3c，將外凸式連接環(huán)的卡齒嵌入內(nèi)嵌槽中，然后旋轉(zhuǎn)連接環(huán)使對準(zhǔn)刻度2b、3b對齊。此時，在環(huán)形彈性材料3c的彈力作用下連接環(huán)互相擠壓，使之因難以克服較大的靜摩擦力而不會輕易發(fā)生相對滑移，當(dāng)相鄰金屬軟管的頂推桿4均在同一水平面內(nèi)時，則表示相鄰金屬軟管的連接工作完成。最終，若干節(jié)金屬軟管1通過首尾連接形成閉合的抱箍。

通過調(diào)節(jié)金屬軟管1側(cè)面的頂推桿4來將抱箍張拉并固定在橋墩外壁。頂推桿4是由旋鈕4a、一級頂推桿4b、二級頂推桿4c、套筒4d和墊片4e組成，其局部詳圖如圖5所示。頂推桿4的調(diào)節(jié)是通過手動旋轉(zhuǎn)頂推桿端部的旋鈕4a，使一級頂推桿4b旋出，一級頂推桿4b螺紋轉(zhuǎn)滿之后即帶動二級頂推桿4c從金屬軟管內(nèi)部的套筒4d中旋出，以此種模式使各級頂推桿依次轉(zhuǎn)動從而實(shí)現(xiàn)抱箍的張拉。旋鈕4a的外表面有用于提供摩擦力的刻痕，一級頂推桿4b外表面有螺紋，二級頂推桿4c內(nèi)外表面均有螺紋，套筒4d的內(nèi)表面有螺紋。套筒4d固定在金屬軟管1內(nèi)部。為了使張拉的形狀較為均勻，每個頂推桿4的伸長量應(yīng)大致相等。頂推桿4的端部有一方形的墊片4e，用來增大頂推桿4與橋墩外壁的接觸面積，提供摩擦力，防止抱箍沿著橋墩外壁下滑。墊片不會隨著旋鈕4a的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。

滑套由滑套固定螺栓6、調(diào)平水準(zhǔn)儀7和連接板8組成，其三維軸測圖如圖6所示?；?可以在抱箍上自由滑動，從而帶動伸縮裝置圍繞橋墩進(jìn)行檢測。滑套5的橫截面是一個有缺口的圓環(huán)，圓環(huán)的缺口可以使頂推桿4不阻礙滑套5的移動。當(dāng)抱箍在橋墩外壁張拉完成后，為了確保抱箍刻度1a定位的準(zhǔn)確性，需要確認(rèn)抱箍是否在同一水平面上。此時通過將滑套5置于抱箍上的不同位置，并觀察滑套5上的調(diào)平水準(zhǔn)儀7的氣泡是否居中，以確認(rèn)抱箍的各個位置是否水平。若氣泡并不居中，則說明抱箍發(fā)生了傾斜，需要進(jìn)行調(diào)整，直至氣泡居中。若需要將滑套固定在抱箍上的某一位置，則可直接擰緊滑套固定螺栓6。松開滑套固定螺栓6后，滑套又可自由滑動。連接板8上設(shè)有4個卷尺夾連接孔8a和一個伸縮裝置連接孔8b，分別用于連接卷尺夾和伸縮裝置，其三維軸測圖如圖7所示。連接板8與滑套5為剛性連接。

卷尺夾由1塊卷尺底板9、2塊卷尺夾板10、2個彈簧11和1根滑桿12組成，其三維軸測圖如圖8所示。卷尺底板上設(shè)有4個螺栓孔9a用于和連接板8連接，且設(shè)有一個滑槽9b用于放置彈簧11和滑桿12并為卷尺夾板10提供滑行軌道?；瑮U12從左至右分別穿過1個彈簧11、2個卷尺夾板10和另1個彈簧11，并固定在滑槽9b的端部?；瑮U即避免了彈簧受壓失穩(wěn)，也避免了卷尺夾板脫離滑槽。在卷尺夾上安置卷尺16時，可先將兩塊緊貼的卷尺夾板10沿著滑槽9b的相反方向分開，再將卷尺插入2塊卷尺夾板10之間，然后松開卷尺夾板10，讓卷尺夾板10將卷尺夾緊，最后微調(diào)卷尺夾板10使卷尺位于卷尺底板9的正中位置。

伸縮裝置由菱形伸縮架13、伸縮架固定尺14、伸縮架固定桿15和等組成，其三維軸測圖如圖6和圖7所示。菱形伸縮架13可以沿著橋墩的軸向自由伸縮。菱形伸縮架的最上部一塊菱形的左端節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個鉸接的伸縮架固定尺14，右端節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個剛接的伸縮架固定桿15。伸縮架固定尺14可以繞左端節(jié)點(diǎn)在伸縮架平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，且沿著尺長方向設(shè)有連續(xù)的波紋狀卡齒。伸縮架固定桿15是垂直于伸縮架平面的圓柱狀短桿。通過將伸縮架固定尺上的波紋狀卡齒扣在伸縮架固定桿15上可以固定菱形伸縮架13，確保它不發(fā)生伸縮位移。卷尺的尺勾16b固定在菱形伸縮架的最底部節(jié)點(diǎn)，卷尺固定于卷尺夾中。卷尺的尺帶16a始終位于菱形伸縮架13的中間節(jié)點(diǎn)位置，可隨著菱形伸縮架13的伸縮而伸縮。這樣卷尺上的讀數(shù)可直接確定橋墩損傷部位的豎向坐標(biāo)。

機(jī)器人座用于固定拍攝損傷部位并傳輸數(shù)據(jù)的檢測設(shè)備。機(jī)器人座由金屬盒子17和底座組成，其三維軸測圖如圖7所示。金屬盒子17和菱形伸縮架的最底部節(jié)點(diǎn)相連。底座包括底板17a和設(shè)在底板上的兩個條形螺孔17b。兩個條形螺孔17b可以便于將不同規(guī)格的機(jī)器設(shè)備固定在機(jī)器人座上。通過滑套在抱箍上的水平滑移和伸縮裝置在豎向的伸縮，機(jī)器人座上的檢測設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對橋墩水下部位的全方位檢測。并且抱箍上的水平坐標(biāo)和伸縮裝置上的豎向坐標(biāo)可以準(zhǔn)確確定損傷部位的具體位置。

由于橋墩水下部位損傷檢測的現(xiàn)場檢測條件較為簡陋，現(xiàn)場操作有較多的不便之處，若將所有裝置都進(jìn)行現(xiàn)場連接，則會耗費(fèi)大量時間，加大檢測成本。所以在使用本發(fā)明裝置進(jìn)行現(xiàn)場檢測前，需要做好充足的準(zhǔn)備工作，以使檢測工作能順利進(jìn)行。首先需要先了解橋墩截面的周長，以及橋墩水下部位的高度。橋墩截面的周長用于確定所需要金屬軟管1的節(jié)數(shù)以及頂推桿4的頂推長度。金屬軟管1的總長度以剛剛超出橋墩橫截面的周長為宜，這樣金屬軟管1既能連接成圍繞橋墩的抱箍，也不至于因過長而影響使用。抱箍的內(nèi)邊界線與橋墩橫截面的邊界線應(yīng)為相似的圖形。通過相似圖形的邊長差或直徑差，即可初步確定頂推桿4的頂推長度。確定金屬軟管1的節(jié)數(shù)以及頂推桿4的頂推長度后，即可直接將各節(jié)金屬軟管1連接成一條尚未閉合的線狀管，并調(diào)整各節(jié)金屬軟管相應(yīng)部位頂推桿4的長度，使之略小于頂推長度，該長度稱之為預(yù)伸長度，這樣有利于金屬軟管的閉合。橋墩水下部位的高度則用于確定菱形伸縮架13的節(jié)數(shù)以及卷尺16的量程。菱形伸縮架13需要有足夠的節(jié)數(shù)以便能將檢測儀器帶到橋墩的最底部位置進(jìn)行檢測。卷尺16是用來確定橋墩損傷部位的豎向坐標(biāo)，所以卷尺16的量程應(yīng)大于橋墩水下部位的高度。確定了菱形伸縮架13的節(jié)數(shù)以及卷尺的量程后，將菱形伸縮架13與連接板8相連，將卷尺16固定在連接板上的卷尺夾中，將卷尺的尺鉤16b固定在菱形伸縮架13的最底部節(jié)點(diǎn)。同時需要將機(jī)器人座與菱形伸縮架13的最底部節(jié)點(diǎn)相連。然后將菱形伸縮架13收攏到最短長度并用伸縮架固定尺14固定，便于攜帶。

將已經(jīng)部分連接好的裝置帶到現(xiàn)場?，F(xiàn)場操作中首先要進(jìn)行金屬軟管1的閉合工作。在2-3人的配合下將尚未閉合的線狀金屬軟管1圍繞橋墩，并且使每個墊片4e都與橋墩的外壁接觸，通過人力將線狀金屬軟管1的兩端稍微拉緊，以使金屬軟管1在閉合的過程中不會沿著橋墩外壁滑落。在將滑套套入金屬軟管中之后通過兩端的連接環(huán)2~3將金屬軟管1閉合，然后在逐漸松懈人力的過程中，調(diào)整附近的頂推桿4，使之伸長，以逐漸代替人力，直到在完全無人力的狀況下金屬軟管1可以張拉在橋墩外壁而不會滑落，此時初步張拉工作完成。初步張拉后各個頂推桿4的伸長量并不均勻，通過一只手旋轉(zhuǎn)較長二級頂推桿4使之變短的同時另一只手旋轉(zhuǎn)相鄰的較短二級頂推桿4使之變長，則可將伸長量較大的二級頂推桿4的超出長度平均分?jǐn)偟狡渌夗斖茥U4上，且在調(diào)整的過程中抱箍不會滑落。調(diào)整的過程中，被調(diào)短后的二級頂推桿的長度應(yīng)接近于頂推長度。如此圍繞橋墩一周進(jìn)行頂推桿的調(diào)整工作，可使各個二級頂推桿4的伸長量接近于頂推長度。然后滑動滑套，這樣不僅可以確定滑套是否可以在抱箍內(nèi)自由滑動，還可以檢測抱箍是否在同一水平面內(nèi)。若在某一位置調(diào)平水準(zhǔn)儀7的氣泡不居中，則說明抱箍在該處發(fā)生了傾斜，需要進(jìn)行調(diào)平，直至氣泡居中。調(diào)平是為了確保抱箍刻度1a定位的準(zhǔn)確性。調(diào)平工作完成后將檢測儀器固定在機(jī)器人座上，然后松開伸縮架固定尺14，即可開始檢測工作。

為了能對橋墩進(jìn)行全方位的檢測，應(yīng)設(shè)置水平起點(diǎn)坐標(biāo)以及水平坐標(biāo)增量。首先應(yīng)將滑套固定在水平起點(diǎn)坐標(biāo)下進(jìn)行沿深度方向的檢測。深度檢測完成后在上一水平坐標(biāo)的基礎(chǔ)上施加坐標(biāo)增量以作為新的水平坐標(biāo)，然后將滑套移至新的水平坐標(biāo)下進(jìn)行沿深度方向的檢測，如此反復(fù)，直至滑套圍繞橋墩一周。水平坐標(biāo)增量與橋墩橫截面的周長有關(guān)，水平坐標(biāo)增量不宜過大，避免遺漏了部分區(qū)域，也不宜過小，避免檢測重復(fù)的區(qū)域。若在檢測中發(fā)現(xiàn)了橋墩的局部損傷部位，則可在損傷的擴(kuò)展范圍內(nèi)通過滑套和伸縮架的共同位移來記錄損傷，并及時記錄下?lián)p傷部位所在的坐標(biāo)。