[发明专利]一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢结构检测技术领域，具体地，涉及一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置及方法。 

背景技术

正交异性钢桥面板由于结构自重轻、整体效率高、跨越能力强、抗震性能好等优点，被广泛应用于大、中跨度桥梁结构中。但是，由于构造应力复杂、焊接缺陷难控制以及直接承受车辆动力作用等原因，正交异性钢桥面板也是钢桥结构中最容易发生疲劳破坏的部位。自1971年英国Severn桥最早发现钢桥面板构造细节的疲劳裂纹以来，德国、法国、日本、美国、荷兰等国相继出现了钢桥面板疲劳开裂的报道，我国虎门大桥、海沧大桥、江阴大桥等的正交异性钢桥面板也已经检测到了大量疲劳裂纹。这些裂纹具有许多共性，并且通常出现在纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接焊缝等应力集中明显位置。因此，需要在实际工程中对在役正交异性钢桥面板的疲劳开裂情况进行定期检测和长期监测。 

在正交异性钢桥面板疲劳裂纹的检测方法中，目前使用最为广泛也最简单直接的是目测法，但这种方法存在一定局限性，比如现场情况可能导致检测人员很难甚至无法到达某些疲劳开裂敏感区域，以及人工目测可能无法精准确定裂纹的尖端位置等。此外也有一些利用电势能落差、超声回传等原理开发而成的钢结构裂纹探测设备，可实现对裂纹尺寸的准确测量，但这些设备同样需要人工现场操作，可能存在部分区域不可达和操作空间受限的问题，也无法通过远程控制实现自动检测和长期监测。因此，需要设计一种疲劳裂纹自动检测装置，这种原位布置的监测装置应能采用远程控制代替现场操作，实现对钢桥面板疲劳开裂状态的自动检测和长期监测，确保桥梁结构的安全性与使用性。 

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂 纹自动检测装置及方法，该装置可以实现对正交异性钢桥面板疲劳裂纹的自动检测和长期监测。 

为实现以上目的，本发明采用了以下技术方案： 

本发明提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测装置，包括光纤断裂线组件、通路检测器以及数据传输模块，其中： 

光纤断裂线组件由双向正交排布的光纤断裂线组成，光纤断裂线组件直接粘贴于结构钢板表面并直接通过光纤与通路检测器相连； 

通路检测器包含光源发射单元、光源接收单元和电路芯片单元，光源发射单元和光源接收单元与光纤断裂线的两端相连，电路芯片单元与数据传输模块电路连接，电路芯片单元通过数据传输模块接收外部监测指令或以一定时间间隔自动激励光源发射单元，并记录光纤断裂线组件的断裂位置和断裂时间，实现对光纤断裂情况的自动检测和长期监测； 

数据传输模块通过无线传输功能实现与远程计算机通讯，将远程计算机指令传输至电路芯片单元，同时将通路检测数据经电路芯片单元无线传输至远程计算机，然后通过计算机程序推算裂纹位置、长度及扩展速率。 

优选地，所述光纤断裂线组件直接粘贴于结构钢板表面，具体的：当用于未开裂钢桥面板的潜在裂纹萌生监测时，将光纤断裂线组件粘贴在疲劳开裂敏感区域，如纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接焊缝的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面。 

优选地，所述光纤断裂线组件的大小可以根据检测区域范围进行定做，光纤断裂线的数量和间距按照检测精度要求进行调整。 

优选地，所述通路检测器包含两个光源发射单元和两个光源接收单元，光源发射单元和光源接收单元均内置多个光纤断裂线接口，光纤断裂线的两端分别与光源发射单元和光源接收单元的内置光纤断裂线接口连接。 

本发明提供一种正交异性钢桥面板疲劳裂纹自动检测方法，步骤如下： 

步骤1：对于未开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在纵肋与面板连接焊缝、纵肋与横隔板连接焊缝、横隔板与面板连接焊缝、纵肋对接角焊缝等疲劳开裂敏感区域的钢板表面；对于已经开裂的正交异性钢桥面板，将光纤断裂线组件粘贴在裂纹尖端前方区域的钢板表面； 

步骤2：将通路检测器连同数据传输模块一并粘贴在光纤断裂线组件附近； 

步骤3：将光纤断裂线组件的光纤断裂线的两端分别接入光源发射单元和光源接收单元的内置接口内； 

步骤4：利用内置电池启动测量装置，实现数据传输模块与远程计算机无线连接成功。 

步骤5：通过远程计算机发送单次实时检测指令或连续多次自动监测指令，之后通路检测器检测光纤断裂组件的通路情况获得裂纹监测数据，