一种桥墩后期维护检测装置及其检测方法

1.本发明涉及桥梁检测设备领域，具体是一种桥墩后期维护检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.在桥梁施工及后期运营过程中，需要对桥墩的垂直度进行检测，特别是对于独柱墩，其垂直度直接影响桥梁结构的安全，桥墩倾斜会使承受非正常的切向力，桥墩便极易出现裂痕断裂甚至倒塌，因此在桥墩后期维护中桥墩垂直度的检测是非常重要的工作；目前检测桥墩的倾斜度主要采用垂线法、靠尺法或用全站仪进行测量等方法；其中，垂线法和靠尺法的检测段长度有限，一般只局限在桥墩下段，检测桥墩桥墩全长的话需要攀爬到桥墩顶部，难度很大，且线锤受风晃动，很难稳定，只能在其趋于稳定时进行测量，这就造成了垂线法和靠尺法测量精度差，特别对于超高桥墩，该缺陷尤为明显；使用全站仪进行测量需要找到一个能够完整观测到整个桥墩的位置支设全站仪，观测路径上不能有遮挡物，且天气可视条件要好，而很多桥梁地处复杂地形，想要在桥面外寻找到这样一个合适且容易到达的观测点很困难，另外观测点需要离桥墩几十甚至上百米，当需要从桥墩另一侧进行观测时，需要长距离迁移至桥墩另一侧并寻找新的观测点，整个过程非常困难且效率极低；而且全站仪测量的计算过程复杂，难度大。


技术实现要素：

3.为了解决现有的桥墩倾斜度测量工具和方法精度差、难度大、效率低的缺陷，本发明设计了一种桥墩后期维护检测装置及其检测方法。
4.一种桥墩倾斜检测装置，包括一个竖直的支柱，支柱的上端铰接有一个悬臂梁，悬臂梁的中段装有一个竖直的调平螺栓；悬臂梁的外伸悬空段上装有一个滑套，悬臂梁的外壁上沿长度方向刻有第一刻度，滑套的前侧壁上球铰有一个横杆，横杆的自由端固定有一个激光发射器和一个激光测距仪，激光测距仪的发射原点与悬臂梁的轴线等高，激光发射器与激光测距仪的发射方向之间的角度为180度；悬臂梁下方设有一个透明筒状的容器，容器开口朝上，容器内设有一个透明的竖管，容器内壁固定有一个第一球壳，第一球壳的上下两端开口，竖管的外壁上固定有一个第一球体，第一球体至于球壳内，从而将竖管通过球铰铰接在容器内，竖管上下两端从球壳上下开口中伸出且可灵活摆动，竖管下端固定有一个配重球；竖管的上端面上开有第一小孔，配重球上开有竖直的第二小孔，第一小孔与第二小孔上下相对。
5.所述的容器内装有没过竖管上端的水，且水中滴入几滴牛奶。
6.所述的悬臂梁位于支柱和调平螺栓之间的部分内沿长度方向开有一个液道，液道的两端各装有一个朝上且位于悬臂梁外的玻璃管，两个玻璃管的侧壁上刻有第二刻度，液道内装有水，两端的液面达到两个玻璃管的中部。
7.所述的两个玻璃管的上端封闭且两个玻璃管的上端之间经一根通气管连通。
8.所述的滑套的前壁固定有一个第二球壳，第二球壳上开有一个朝向悬臂梁自由端的通孔，第二球壳内装有一个第二球体，横杆的铰接端经通孔伸入第二球壳内固定于第二球体上，通孔的直径大于横杆的直径，使横杆可在一定范围内灵活转动，第二球壳上穿有多个径向杆，每个径向杆的内端均固定有一个弧形的摩擦片，径向杆上安装有弹簧，在弹簧的作用下，摩擦片抱紧第二球体。
9.所述的横杆的自由端固定有一个与其平行的标尺，标尺的两端各有一根定位线，一端的定位线与激光测距仪的发射方向对齐，另一端的定位线伸出横杆端部外。
10.利用本装置测量桥墩垂直度的方法为：步骤一：通过立柱和调平螺栓将悬臂梁支设在桥墩底部的一侧，并使悬臂梁的自由端抵住桥墩表面，并将容器置于悬臂梁悬空段的下方；步骤二：通过调平螺栓将悬臂梁调节至水平；步骤三：待容器内的液面完全平静且竖管完全静止后，开启激光发射器，通过滑动滑套将激光发射器的激光线移动到容器上方，使激光从竖管上端的第一小孔射入，观察容器底面上是否有光斑，如果没有，则转动横杆调节激光入射的方向，直至激光线从第二小孔射出在容器底部投射出一个光斑，容器底部的光斑出现后，说明激光发射器被调节至竖直向下的方向，则激光测距仪被调节至竖直向上的方向；步骤四：开启激光测距仪，滑动滑套使激光测距仪向桥墩靠近，向上观察激光测距仪的光点，当激光测距仪的光点移动到桥墩外壁上时，停止移动滑套，此时记录激光测距仪的读数l1，并通过悬臂梁上的刻度读取激光测距仪发射原点与悬臂梁自由端之间的距离l2；如果滑套移动到端部时，激光测距仪的光点依然没有投射到桥墩上，则说明桥墩没有向该侧倾斜，则不需读数直接进行下一步；步骤五：将测量装置沿桥墩轴线转动90度，重复步骤一到步骤四；步骤六：重复步骤五三次，共在桥墩圆周方向的四个象限点处进行四次测量；步骤七：计算桥墩各向的倾斜度，只需计算具有读数组的一侧或数侧，记激光测距仪的发射原点为a，悬臂梁与桥墩外壁的接触点为b，激光测距仪在桥墩外壁上的光点位置为c，则∠acb即为桥墩的倾斜度a，则三角形abc的竖直直角边长为l1，水平直角边的边长为l2，则tana=l2/l1，即可计算得到a；步骤八：计算出桥墩在各个方向上的倾斜度后，通过矢量合成，便可得出桥墩的真实倾斜反向和角度。
11.在步骤一中，悬臂梁抵住桥墩的位置需避开桥墩上有凸起、凹坑的缺陷位置，选择平整的桥墩表面处作为接触点。
12.本发明的测量对象是是桥墩的全段，测量精度高，不需登高攀爬不受风力影响，不需寻找能够观测整个桥墩的合适位置，不需长距离转换检测，大大减小了测量难度，提高了测量效率。
附图说明
13.图1为检测装置的主视剖视图。
14.图2为检测时的主视图。
15.图3为检测方法的原理图。
16.图4为容器的主视剖视图。
17.图5为滑套位置的俯视图。
18.图6为图1中d位置的放大图。
19.图7为图1中e位置的放大图。
20.图8为图2中f位置的放大图。
具体实施方式
21.参照附图，下文将对本发明的具体实施方式进行进一步说明。
22.检测装置包括一个竖直的支柱1，支柱1的上端铰接有一个悬臂梁2，悬臂梁2的中段装有一个竖直的调平螺栓3，支柱1支设好以后，通过调节调平螺栓3可将悬臂梁2调节至水平状态；悬臂梁2的外伸悬空段上装有一个滑套4，悬臂梁2的外壁上沿长度方向刻有第一刻度5，滑套4的前侧壁上球铰有一个横杆6，横杆6的自由端固定有一个激光发射器7和一个激光测距仪8，激光测距仪8的发射原点与悬臂梁2的轴线等高，激光发射器7与激光测距仪8的发射方向之间的角度为180度，若激光发射器7的发射方向竖直朝下，则激光测距仪8的发射方向便为竖直朝上；悬臂梁2下方设有一个透明筒状的容器9，容器9开口朝上，容器9内设有一个透明的竖管10，容器9内壁固定有一个第一球壳11，第一球壳11的上下两端开口，竖管10的外壁上固定有一个第一球体12，第一球体12至于球壳内，从而将竖管10通过球铰铰接在容器9内，竖管10上下两端从第一球壳11上下开口中伸出且可灵活摆动，竖管10下端固定有一个配重球13，当竖管10处于静止状态时，在配重球13的重力作用下，竖管10处于竖直状态；竖管10的上端面上开有第一小孔14，配重球13上开有竖直的第二小孔15，第一小孔14与第二小孔15上下相对，当竖管10处于静止状态时，第一小孔14与第二小孔15位于同一条竖直线上，此时如果激光发射器7处于竖直状态，则激光发射器7向下发射的激光线穿过第一小孔14后必定穿过第二小孔15，然后在容器9的底部投射出一个光斑，反之，如果激光发射器7发出的激光线不是竖直穿过第一小孔14的，则激光线不能穿过第二小孔15，不能在容器9底部投射一个光斑。
23.所述的容器9内装有没过竖管10上端的水，且水中滴入几滴牛奶；一方面，激光线在混入牛奶的水中显示更清晰，便于更清楚的观察激光线，另一方面，竖管10至于水中，由于水的阻力作用，摆动中的竖管10会更快速的恢复静止状态。
24.所述的悬臂梁2位于支柱1和调平螺栓3之间的部分内沿长度方向开有一个液道16，液道16的两端各装有一个朝上且位于悬臂梁2外的玻璃管17，两个玻璃管17的侧壁上刻有第二刻度18，液道16内装有水，两端的液面达到两个玻璃管17的中部；液道16和两个玻璃管17构成一个连通器，调节调平螺栓3时，观察两个玻璃管17内的液面位置的刻度值，当两个玻璃管17内的液面的刻度值相同时，说明悬臂梁2已调节至水平状态。
25.所述的两个玻璃管17的上端封闭且两个玻璃管17的上端之间经一根通气管19连通；这样可避免玻璃管17内的水洒出，且能够使玻璃管17和液道16内的水自由流动。
26.所述的滑套4的前壁固定有一个第二球壳20，第二球壳20上开有一个朝向悬臂梁2自由端的通孔21，第二球壳20内装有一个第二球体22，横杆6的铰接端经通孔21伸入第二球壳20内固定于第二球体22上，通孔21的直径大于横杆6的直径，使横杆6可在一定范围内灵活转动，第二球壳20上穿有多个径向杆23，每个径向杆23的内端均固定有一个弧形的摩擦
片24，径向杆23上安装有弹簧25，在弹簧25的作用下，摩擦片24抱紧第二球体22；摩擦片24为横杆6的转动施加阻尼，使横杆6既能被灵活的转动，又能稳定在任意位置。
27.所述的横杆6的自由端固定有一个与其平行的标尺26，标尺26的两端各有一根定位线27，一端的定位线27与激光测距仪8的发射方向对齐，另一端的定位线27伸出横杆6端部外；读取激光测距仪8的发射原点在悬臂梁2上的位置时，通过读取标尺26外端的定位线27处的刻度，然后减去两根定位线27之间的距离即可，这样可避免横杆6遮挡住激光测距仪8发射原点处的刻度而不便读取的问题。
28.利用本装置测量桥墩垂直度的方法为：步骤一：通过立柱和调平螺栓3将悬臂梁2支设在桥墩底部的一侧，并使悬臂梁2的自由端抵住桥墩表面，并将容器9置于悬臂梁2悬空段的下方；步骤二：通过调平螺栓3将悬臂梁2调节至水平，调节调平螺栓3时观察两个玻璃管17内液面处的刻度值，当两个玻璃管17内液面处的刻度值相同时，说明悬臂梁2被调节至水平状态；步骤三：待容器9内的液面完全平静且竖管10完全静止后，开启激光发射器7，通过滑动滑套4将激光发射器7的激光线移动到容器9上方，使激光从竖管10上端的第一小孔14射入，观察容器9底面上是否有光斑，如果没有，则转动横杆6调节激光入射的方向，直至激光线从第二小孔15射出在容器9底部投射出一个光斑，容器9底部的光斑出现后，说明激光发射器7被调节至竖直向下的方向，则激光测距仪8被调节至竖直向上的方向；调节时可观察竖管10内激光线的偏斜方向来判断调节方向，使激光线逐渐向第二小孔15移动，或观察激光在竖管10内底面上的光斑位置，使光斑逐渐移动到第二小孔15处；步骤四：开启激光测距仪8，滑动滑套4使激光测距仪8向桥墩靠近，向上观察激光测距仪8的光点，当激光测距仪8的光点移动到桥墩外壁上时，停止移动滑套4，此时记录激光测距仪8的读数l1，并通过悬臂梁2上的刻度读取激光测距仪8发射原点与悬臂梁2自由端之间的距离l2；如果滑套4移动到端部时，激光测距仪8的光点依然没有投射到桥墩上，则说明桥墩没有向该侧倾斜，则不需读数直接进行下一步；步骤五：将测量装置沿桥墩轴线转动90度，重复步骤一到步骤四；步骤六：重复步骤五三次，共在桥墩圆周方向的四个象限点处进行四次测量；步骤七：计算桥墩各向的倾斜度，只需计算具有读数组的一侧或数侧，记激光测距仪8的发射原点为a，悬臂梁2与桥墩外壁的接触点为b，激光测距仪8在桥墩外壁上的光点位置为c，则∠acb即为桥墩的倾斜度a，则三角形abc的竖直直角边长为l1，水平直角边的边长为l2，则tana=l2/l1，即可计算得到a；步骤八：计算出桥墩在各个方向上的倾斜度后，通过矢量合成，便可得出桥墩的真实倾斜反向和角度。
29.在步骤一中，悬臂梁2抵住桥墩的位置需避开桥墩上有凸起、凹坑的缺陷位置，选择平整的桥墩表面处作为接触点。
30.相对于垂线法和靠尺法，本发明测量的是桥墩全段的倾斜度，测量精度更高，且不需登高攀爬即可测量桥墩的倾斜度，且不受风力影响；相对于全站仪测量，本发明不需寻找能够观测整个桥墩的合适位置，在桥墩底部即可完成测量，不受地形影响，且由于测点就在桥墩底部，换侧测量时非常方便，避免了全站仪测量另一侧时需要长距离转换地点的不便，
大大减小了测量难度，另外，本发明需量取的数据少，计算简单，计算量小。