混凝土桥梁底面裂缝检测设备可靠性的优化研究.pdf

第 卷第期年月 陕 西 国 防 职 教 研 究S h a a n x iG u o f a n gV o c a t i o n a lE d u c a t i o nR e s e a r c hV o l N o S e p t 收稿日期:基金项目:陕西国防工业职业技术学院 年度科研计划项目:基于改进经验傅里叶分解技术的桥梁结构损伤识别研究(项目编号:G f y ).作者简介:孙虎(),男,山东济南人,博士,副教授,主要研究方向为道路桥梁专业教学.混凝土桥梁底面裂缝检测设备可靠性的优化研究孙虎(陕西国防工业职业技术学院,陕西 西安 )摘要:随着社会交通量的增大,我国桥梁建设的水平也随之提高,许多新建桥梁往往会出现一些自然病害以及桥梁结构的缺陷,而造成交通事故.通过混凝土桥梁底面裂缝检测设备的优化设计,解决了现有桥梁桥底检测在高空作业易有强气流影响、检测车辆移动造成吊篮出现晃动,影响相机拍摄.对其进行维护或安装裂缝计等设备时,通过照片对该处进行比对.进行人工拍照或者进行人工测量,比较浪费人力,且高空作业安全性不高.解决了由于桥梁是架设在水面上空,水的蒸发作用会使得桥梁的底部长时间处于潮湿的环境中,导致桥梁的底部混凝土长时间水汽浸入,也由于混凝土的颜色和裂缝的颜色较暗,后期进行拍照比对时很难进行裂缝的分析与估长.关键词:裂缝检测;可靠性;优化中图分类号:G ;TU文献标识码:A文章编号:S Y ()研究现状自上个世纪(二十世纪)六十年代开始,结构的模态识别开始逐步引起学者和工程界的关注.结构的模态识别在土木工程、航空航天工程、机械工程等领域越来越受到研究者的关注.依据模态识别技术在处理振动响应时使用的区域(时域、频率域和时频域)不同而分类的.频域识别方法具有使用简单、计算成本低廉的优点.时域识别方法包括自然激励技术结合特征系统实现(N E x T/E R A)、随机子空间识别(S S I)及基于信号的处理技术等.到目前为止,时域识别方法仍然是目前使用最普遍和最有效的模态识别技术.对于时频域识别技术.时频域识别技术利用结构模态参数的时变特性进行参数识别,但目前该方法受测不准原理的影响,无法准确得到真正的时频信息,导致其虽能识别模态参数但具有一定的局限性.在二十世纪七十年代,中国研究人员开始损伤识别技术带入到土木建筑领域中,降低事故给人民生命财产造成的严重损害.结构损伤识别工作按照以往的经验可以可分为四个主要阶段,研究机构和工程技术人员经过长时间的探讨、研究与完善,已经建立起以静态测试、动态指纹、动静结合、智能算法、信息集成、信号处理等新方法为基础的损伤识别研究方向.基于静力荷载测试的结构损伤识别是在综合考虑梁结构设计与荷载等级的基础上,判断梁结构的最不利情况.黄斌等通过设置损伤概率指数阈值和迭代两种策略,提出了一种随机梁结构损伤识别方法.卡德米等人提供了一种由一般边界条件所产生的静载荷和横向的闭合方法的逆损伤识别方法.动力指纹法是根据所采集的结构动力反馈数据识别结构模态参数,然后利用所得到的模态参数变化进行识别损伤.项长生等提出了一种损伤指标,该指标结合了信息熵和模态曲率,可以反映结构损伤的位置和程度.谢中凯提出近似熵以及信息熵理论并应用在混凝土结构损伤识别中.动静结合的损伤识别方法是结合动静结构参数构建新的损伤识别指标,对结构进行损伤识别.王慧等人提出了一种基于自然频率和静态数据的两阶段损伤识别方法.张启伟等提出了一种结合静态和动态测量数据的损伤识别方法.何浩祥等提出了一种考虑瑞利阻尼的动态凝聚法用于实时损伤检测.损伤识别实质上是系统动力学的逆问题,通过智能算法使其识别过程转化为全局控制的结果过程.为解决遗传算法的固有缺陷,邹大力等采用了局部搜索与模拟退火方法的混合遗传算法.李小平通过建立遗传算法和拓扑优化间的联系,避免了连续变量对遗传算法的不良影响.数据融合起源于军事理论研究方面,数据融合的结构损伤识别主要对应于建筑结构的运行情况评价方法阶段.目前常用的方法有DS证据理论、贝叶斯方法和模糊集方法.当今社会随着交通量的增大,我国桥梁建设的发展也是日益增加,而许多新建桥梁往往会出现一些自然病害以及桥梁结构的缺陷而产生交通事故的发生.而现有桥梁桥底检测主要是技术人员乘坐桥梁检测车的吊篮,通过吊臂调节进入桥底进行检测,需要技术人员在高空进行作业,安全隐患大,其次一些通过拍摄设备代替人工进行裂缝的拍摄,观察检测.传统的混凝土桥梁底面裂缝检测装置,用于桥梁底面的裂缝检测,以桥梁检测车作为工作平台,包括行进底盘,相机方位及姿态调整模块和裂缝检测模块,其中,行进底盘设置在桥梁检测车的桁架臂上,可在桁架臂上直线往复移动;相机方位及姿态调整模块设置在所述行进底盘上,用于对裂缝检测模块的方位及姿态进行调整;裂缝检测模块设置在所述相机方位及姿态调整模块上,用于实施对桥梁底面裂缝的检测.该检测装置可以实现桥底裂缝图像的快速检测,系统记录的相关数据可供工程人员评估桥梁的裂缝损伤情况以及后期分析研究.上述仍有一些缺点:首先,如在高空作业会容易有强气流以及检测汇总车辆配合移动,所以吊篮会出现晃动,影响相机的拍摄,另外相机只是简单的对裂缝进行拍摄,如后续需要对其进行维护或安装裂缝计等设备时,通过照片对该处进行寻找;其次,另外进行拍照比对的时候,进行人工拍照,或者进行人工人测量,这行方式比较浪费人力,而且高空作业安全性不高;最后,由于一般的桥梁都是架设在水面的上空的,由于水的的蒸发作用会使得桥梁的底部长时间处于潮湿的环境中,导致桥梁的底部混凝土长时间被水汽浸入,使得桥梁的底部表面颜色比较暗沉(这里可以类比比下雨后的水泥地面)进行拍照后的照片由于混凝土的颜色和裂缝的颜色都比较暗,后期进行照片比对的时候很难进行裂缝的分析与估长,同时暗沉的混凝土也很难对墨水进行具有对比度的显色.裂缝检测设备的优化设计通过对混凝土桥梁底面裂缝检测设备的分析研究,提出混凝土桥梁底面裂缝检测设备的优化设计,提高设备检测的可靠性.包括检测车及其一侧设置的检测升降架,检测升降架下侧安装有可以进行控制停止的移动机构,移动机构的上侧安装有用于对桥梁底部进行拍照检测的检测机构,检测机构的内侧安装两组可以进行记号、标识的标识机构,移动机构包括固定安装在检测升降架下侧位置的滑轨,滑轨的内侧活动设置有滑台,滑轨、滑台的内部活动设置有螺纹杆,滑轨的一侧内部靠近检测升降架的位置设置有方形槽,方形槽的一侧内壁固定安装有电机,滑台的内侧上端固定安装有气缸.滑台与滑轨滑动设置,所述螺纹杆与滑台为螺纹连接,所述螺纹杆贯穿方形槽的一侧与电机内部转子固定连接.检测机构包括固定安装在气缸上端的方形盒,方形盒的一端靠近上侧位置固定安装有用于探测裂缝有无的声波传感器.方形盒的内侧底部固定连接有固定棒,固定棒的外侧套有碗形套杆,碗形套杆的下侧固定连接有两组固定板,两组固定板与方形盒内侧底部之间固定连接有弹簧,碗形套杆的上侧内部设置有圆球.圆球的内侧底部固定设置有配重块,圆球的上侧固定连接有摄像头,配重块可以使得摄像头在碗形套杆的上端一直保持竖直位置,方形盒的内侧底部固定连接有控制器.碗形套杆与固定棒为滑动设置,所述圆球与碗形套杆滑动设置,所述控制器、声波传感器、摄像头、气缸为信号连接.标识机构包括固定连接在方形盒的两侧内壁的固定壳,固定壳的内侧活动设置有长齿板,固定壳的内侧靠近长齿板的一侧活动设置有短齿板,固定壳的内部靠近长齿板、短齿板之间活动连接有柱齿轮.固定壳的上下侧靠近长齿板、短齿板的位置均开设有开口,长齿板的上侧开设有凹槽,所述凹槽的内侧活动设置有三组用于定位的尖齿轮,三组所述尖齿轮的两侧均固定连接有若干组用于稳定尖齿轮的支撑块.短齿板的一端固定连接有固定条,短齿板的前端固定连接有固定杆,上侧靠近固定条、固定杆的位置均开设有活动口.固定杆的外侧活动套有印刷筒,印刷筒的外侧固定连接有印标条,印刷筒的外部靠近印标条前侧固定连接有若干组用于拍照后对比裂缝长度的刻度条.印标条、若干组刻度条的内侧固定连接有溢墨块,两组固定条之间固定连接有用于烘干混凝土潮湿印记烘干棒.长齿板、短齿板与固定壳为限制滑动设置,柱齿轮与长齿板、短齿板相互啮合设置,尖齿轮的尖端设置,支撑块为倾斜设置.固定条、固定杆与两组活动口相适配,溢墨块贯穿至印刷筒的内部位置,具体如图所示.桥面检测车检测升降架移动机构图结构图设备运行时,通过装置中的检测车、检测升降架的使用,将移动机构放置在桥面的下侧合适的位置,通过启动气缸将声波传感器、摄像头与桥面底部合适的位置,通过电机带动螺纹杆正反旋转,使得螺纹陕 西 国 防 职 教 研 究螺纹杆滑轨滑台方形槽检测机构电机图移动机构结构图标识机构声波传感器方形盒气缸滑台图检测机构结构图固定壳固定板烘干棒弹簧摄像头固定杆圆球碗形套杆控制器 方形盒图检测机构内部结构图连接的滑台沿着滑轨向一侧往复滑动,配合声波传感器使用以及摄像头的检测与观察、拍摄,对桥面底面实现裂缝的检测与拍摄.其次在高空中进行检测时,难免会风流以及检测车的配合位置变化,会导致滑轨可能产生晃动、倾斜,此时圆球内侧的配重块的固定增重作用下,当碗形套杆随之滑轨晃动时,同时因圆球重心在配重块上,配合圆球的球形设置以及与碗形套杆的滑动设置,从而使得摄像头保持竖直状态,保证摄像头在进行拍照的时候一直处于竖直的状态,可以使得拍照的角度最佳.良好的垂直拍照角度可以使得对于后期照片进行分析的时候更加简单,更加准确,从而提高裂缝检测结果可靠性,最长齿板固定条活动口摄像头圆球配重块固定壳图检测机构局部结构图凹槽长齿板柱齿轮支撑块尖齿轮固定杆短齿板开口图标识机构局部结构后当声波传感器反馈的波纹以及摄像头拍摄的画面发现裂缝时,暂停电机的运行,反馈的信息通过控制器控制气缸启动,使得方形盒升起,使得两侧的长齿板升起与桥面接触,持续移动推动长齿板向下移动.通过啮合的柱齿轮,推动短齿板以及上侧设置的两组烘干棒、印刷筒升起,印刷筒与桥面接触,两组印标条随着移动对裂缝的两侧进行画线,以及若干组刻度条进行长度标的画制,后期进行裂缝的评估的时候,只需要进行将照片中的裂缝与长度标进行对照读数,从而读出裂缝的大小.通过这种采用照片配合长度标的读数方式可以在拍照成像之后就可以立马进行长度标的读数,不需要后期进行计算机的分析就可以快速地知道裂缝的大小,检测效率具有显著提升,而设置的溢墨块可对印刷筒中的墨孙虎:混凝土桥梁底面裂缝检测设备可靠性的优化研究水进行持续吸附,保持印标条、刻度条可以随时画线,由于一般的桥梁都是架设在水面的上空的.由于水的的蒸发作用会使得桥梁的底部长时间处于潮湿的环境中,导致桥梁的底部混凝土长时间被水汽浸入,使得桥梁的底部表面颜色比较暗沉(这里可以类比比下雨后的水泥地面),摄像头发现桥面底面潮湿,反馈至控制器控制烘干棒使用,在面对潮湿的桥面进行烘干,将暗沉的混凝土表面烘干成白灰色(这里颜色可以类比长时间暴晒的水泥地表面).从而可以使得长度标画制后痕迹与白灰色形成明显的色差,使得暗沉的混凝土也很难对墨水进行具有对比度的显色,方便拍照的照片的对比分析与读数,解决了由于混凝土暗沉导致长度标看不清的问题,通过烘干棒可以便于后续的印标条、刻度条标记,以及长齿板上侧活动设置的尖齿轮.与桥面接触后,由于尖端的设置与支撑块与桥面的倾斜面支撑,保持在画线时,风吹横向移动时,稳定的抓持住桥面,提供移动的稳定性,保持良好的画线、标记操作,其中两组长齿板在向下滑动时,会推动两组的固定板,带动碗形套杆、摄像头向下沿着固定棒滑动,压缩弹簧,使得方形盒上升时,摄像头同步实现下降,保持与桥面的拍摄距离,呈现同一焦距的拍摄.裂缝检测设备的优化效果分析通过裂缝检测设备的优化设计,相比于传统裂缝检测设备.将移动机构放置在桥面的下侧合适的位置,通过启动气缸将声波传感器、摄像头与桥面底部合适的位置,配合声波传感器使用以及摄像头的检测与观察、拍摄,对桥面底面实现裂缝的检测与拍摄,代替人工操作,提高安全性.在高空中进行检测时,难免会风流以及检测车的配合位置变化,会导致滑轨可能产生晃动、倾斜,此时圆球内侧的配重块的固定增重作用下,当碗形套杆随之滑轨晃动时,同时因圆球重心在配重块上,配合圆球的球形设置以及与碗形套杆的滑动设置,从而使得摄像头保持竖直状态,保证摄像头在进行拍照的时候一直处于竖直的状态,可以使得拍照的角度最佳,良好的垂直拍照角度可以使得对于后期照片进行分析的时候更加简单,更加准确,从而提高裂缝检测结果可靠性.当声波传感器与拍摄的摄像头发现裂缝时,通过控制器控制气缸启动,使得方形盒升起,两侧的长齿板升起与桥面接触,推动短齿板以及上侧设置的两组烘干棒、印刷筒升起,印刷筒与桥面接触,两组印标条随着移动对裂缝的两侧进行画线,以及若干组刻度条进行长度标的画制,后期进行裂缝的评估的时候.,只需要进行将照片中的裂缝与长度标进行对照读数,从而读出裂缝的大小,通过这种采用照片配合长度标的读数方式可以在拍照成像之后就可以立马进行长度标的读数,不需要后期进行计算机的分析就可以快速地知道裂缝的大小,检测效率具有显著提升.摄像头发现桥面底面潮湿,反馈至控制器控制烘干棒使用,在面对潮湿的桥面进行烘干,将暗沉的混凝土表面烘干成白灰色.从而可以使得长度标画制后痕迹与白灰色形成明显的色差,使得暗沉的混凝土也很难对墨水进行具有对比度的显色,方便拍照的照片的对比分析与读数,解决了由于混凝土暗沉导致长度标看不清的问题.通过烘干棒可以便于后续的印标条、刻度条标记,以及长齿板上侧活动设置的尖齿轮,与桥面接触后,由于尖端的设置与支撑块与桥面的倾斜面支撑,保持在画线时,风吹横向移动时,稳定的抓持住桥面,提供移动的稳定性,保持良好的画线、标记操作.两组长齿板在向下滑动时,会推动两组的固定板,带动碗形套杆、摄像头向下沿着固定棒滑动,压缩弹簧,使得方形盒上升时,摄像头同步实现下降,保持与桥面的拍摄距离,呈现同一焦距的拍摄.结论通过对混凝土桥梁底面裂缝检测设备的优化设计,通过良好的垂直拍照角度使得后期照片进行分析的时候更加简单,更加准确,从而提高裂缝检测结果可靠性,通过采用照片配合长度标的读数方式在拍照成像后进行长度标的读数,显著提升设备的检测效率.在面对潮湿的桥面时进行烘干,将暗沉的混凝土表面烘干成白灰色.从而可以使得长度标画制后痕迹与白灰色形成明显的色差,照片的对比分析与读数,解决了混凝土暗沉导致长度标看不清的问题.对混凝土桥梁底面裂缝检测设备进行的优化,通过移动机构、检测机构、标识机构之间的相互配合,代替人工操作,提高裂缝检测结果可靠性,通过标记便于后续的维护.R e s e a r c ho nR e l i a b i l i t yo fC r a c kD e t e c t i o nE q u i p m e n t i nB o t t o mS u r f a c eo fC o n c r e t eB r i d g eS UN H u(S h a a n x i I n s t i t u t eo fT e c h n o l o g yX ia nS h a a n x i )A b s t r a c t:W i t ht h e i n c r e a s eo f s o c i a l t r a f f i cv o l u m e,t h e l e v e l o fb r i d g ec o n s t r u c t i o n i nC h i n ah a sa l s ob e e ni m p r o v e d,a n dm a n yn e wb r i d g e so f t e nh a v es o m en a t u r a ld i s e a s e sa n dd e f e c t so fb r i d g es t r u c t u r e,r e s u l t i n g i nt r a f f i ca c c i d e n t s T h r o u g ht h eo p t i m i z a t i o nd e s i g no f c r a c kd e t e c t i o ne q u i p m e n to nt h eb o t t o ms u r f a c eo f t h e c o n c r e t eb r i d g e,t h e e x i s t i n gb r i d g eb o t t o md e t e c t i o n i s e a s y t oh a v e s t r o n ga i r f l o wi nh i g ha l t i t u d ew o r k,a n dt h eh a n g i n gb a s k e t s h a k i n gc a u s e db y t h em o v e m e n t o f t h ev e h i c l e,w h i c ha f f e c t s t h e c a m 陕 西 国 防 职 教 研 究e r as h o o t i n g Wh e nm a i n t a i n i n g i t o r i n s t a l l i n ge q u i p m e n t s u c ha s c r a c km e t e r,c o m p a r e t h ep l a c e t h r o u g hp h o t o s M a n u a l p h o t o g r a p h yo rm a n u a lm e a s u r e m e n t,i t i saw a s t eo fm a n p o w e r,a n dt h es a f e t yo fa e r i a lw o r k i sn o th i g h B e c a u s et h eb r i d g e i se r e c t e da b o v et h ew a t e r,t h ee v a p o r a t i o no fw a t e rw i l lm a k et h eb o t t o mo f t h eb r i d g e i nah u m i de n v i r o n m e n t f o r a l o n g t i m e,r e s u l t i n g i n t h e c o n c r e t e a t t h eb o t t o mo f t h eb r i d g e f o ra l o n g t i m e,b u t a l s ob e c a u s eo f t h e c o l o ro f t h e c o n c r e t ea n d t h e c o l o ro f t h e c r a c k i sd a r k,i t i sd i f f i c u l t t oa n a l y z ea n de s t i m a t e t h ec r a c k s i nt h e l a t e rp e r i o d K e yW o r d s:C r a c kd e t e c t i o n;R e l i a b i l i t y;O p t i m i z a t i o n参考文献中共中央 国务院印发 交通强国建设纲要 E B/O L h t t p s:/w ww g o v c n/z h e n g c e/c o n t e n t_ h t m,交通 运 输 部 年 交 通 运 输 行 业 发 展 统 计 公 报 E B/O L h t t p s:/w w w g o v c n/x i n w e n/c o n t e n t_ h t m?e q i d f c f d c e e c,李惠,鲍跃全,李顺龙结构健康监测数据科学与工程J工程力学,():M a l o m oD,S c aT tA r r e g g i aN,O r g n o n iA,e ta l N u m e r i c a lS t u d yo nt h eC o l l a p s eo ft h eM o r a n d iB r i d g eJ J o u r n a lo fP e r f o r m a n c eo fC o n s t r u c t e dF a c i l i t i e s,():H uZ,M aH B l i n dm o d a le s t i m a t i o nu s i n gs m o o t h e dp s e u d oW i g n e r V i l l ed i s t r i b u t i o na n dd e n s i t yp e a k sc l u s t e r i n gJ M e a s u r e m e n tS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,():徐帆基于密度聚类的结构模态参数自动识别D哈尔滨:哈尔滨工业大学,刘亚娟基于频域响应的模态约束分解和识别方法D大连:大连理工大学,秦世强,蒲黔辉,施洲环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法J振动与冲击,():周鹏基于盲源分离的悬架零部件模态参数识别研究D秦皇岛:燕山大学,(上接第 页)结束语“有的放矢”投标助手系统目前仍处于创意阶段,但针对目前建设招投标市场激烈竞争的态势,正确创立投标助手系统并投入使用必将是一种趋势.R e s e a r c ha n dE x p l o r a t i o no f t h e T a r g e t e d B i d d i n gA s s i s t a n tB a s e do nt h eC r e a t i o no f t h eB i d d i n gM o d e lY A OX i a o(S h a a n x i I n s t i t u t eo fT e c h n o l o g yX ia nS h a a n x i )A b s t r a c t:T h eb i d d i n ga s s i s t a n t s y s t e mi sa na r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c es y s t e mw i t ht h em a i nf u n c t i o no fb i d d i n gc o m p e t i t i o na n a l y s i s,a n dt h eb i d d i n gc o m p e t i t i o na n a l y s i si sb a s e do nc r e a t i n gam o r ea c c u r a t eb i d d i n gm o d e l T h eb i d d i n ga s s i s t a n t c a nr e l i e v et h ep r e s s u r eo f t h eb i d d e r,i nt h ec a s eo fn o tv i o l a t i n gt h el a w,m a k e t h eb i d d e rg e t as t r o n gh e l p,i n c r e a s e t h ep o s s i b i l i t yo fw i n n i n gt h eb i d,o r i nt h ec a s eo f l o wp r o b a b i l i t yo fw i n n i n gt h eb i d,d e c i s i v e l yc h o o s e t oe x i t,t oa v o i dm o r e l o s s e s K e yW o r d s:B i d d i n g;C r e a t i n gab i dm o d e l;A s s i s t a n c e参考文献吴修国工程招投标与合同管理(第一版)M上海:上海交通大学出版社,王雪青投标报价决策方法和模型的研究进展E B/O L h t t p s:/ww w t a o d o c s c o m/p h t m l,孙虎:混凝土桥梁底面裂缝检测设备可靠性的优化研究