专利名称：天桥栏杆承载力无损检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种工程安全检测装置和方法，特别是一种天桥栏杆承载力检测装置和方法。
背景技术：
随着城市建设的快速发展，城市交通日趋发达，为提高城市路网的通行能力，确保行人过街安全、方便，城市人行天桥建设日益增多。人行天桥过街对于提高车辆运行速度、 实现人车分流、改善交通拥挤状况、提高城市步行质量等有良好的交通和社会效益，因而越来越受到城市交通、建设有关部门的重视。据初步统计，北京市目前有天桥近600余座。形式上主要分混凝土和钢箱梁两种形式，人行天桥护栏是人行天桥重要的组成部分，起到保护行人安全的重要作用。当人流拥挤时，天桥护栏作用更为重要，一旦发生失稳就会引起连锁反应， 引发灾难性后果。但由于历史和其它原因，我国规范对此方面仅在《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ69-95)中第3. 1. 11节规定栏杆推力水平荷载为2.5 HWm ,竖向荷载为1. 2 V7 ,不与其他活载迭加。规范数据主要来自日本天桥与地下通道规范。由于国内相关规范只规定了栏杆的每米荷载值，而且目前没有相应规范性文件详细规定栏杆承载力试验与检测方法。导致目前普遍应用的检测方法只是将天桥栏杆分割成延米段进行承载力试验，目前没有成熟的天桥栏杆承载力无损检验技术及设备。现况天桥栏杆材料主要为不锈钢管制品，如仅为进行承载力试验而锯开不但会给施工带来两次焊接的困难，也将影响栏杆美观效果。而且在实际应用中栏杆也是作为一整体进行受力，因此急需研制一种能够对已施工完成的天桥栏杆在无损伤的情况下、从栏杆整体受力和局部失稳的方面进行方便快捷的检测、分析的专门检测装置和检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天桥栏杆承载力无损检测装置和方法，主要解决当前在进行天桥栏杆承载力检测时，没有成熟的天桥栏杆承载力无损检验技术及设备的技术问题，同时解决检测时必须锯开天桥栏杆材料而导致影响栏杆美观效果的问题。—种天桥栏杆承载力无损检测装置，包括机架部分、机架固定部分和检测部分，其特征在于所述机架部分包括机架底座、机架立撑、机架斜撑和油缸后座，所述油缸后座固定在机架立撑的顶部，所述机架底座的后端自上而下开有丝杆穿孔；
机架固定部分包括自上而下贯穿机架底座的前支撑和后支撑，所述前支撑由长丝杆、 旋转手柄、上锁母、拉钩和下锁母组合而成，所述拉钩的钩部扣在桥体的外边缘的底部，拉钩的柄部穿在长丝杆的下端部，并由下锁母锁住，所述上锁母与长丝杆螺纹连接，并拧紧在机架底座的上面，旋转手柄固定在长丝杆的上端；
检测部分包括液压系统、位移传感器、油缸、压力传感器、多路信号采集卡和计算机，
4所述油缸的缸筒后端与油缸后座固定，油缸的油缸杆前端与压力传感器的后端连接，压力传感器的前端与推板的后面连接，所述位移传感器的固定段与油缸的缸筒连接，位移传感器的移动端通过连接件与油缸杆连接，所述位移传感器和压力传感器的信号输出端通过多路信号采集卡与计算机的信号输入接口连接，所述油缸和压力传感器为两套以上。所述后支撑是伸缩式套管，或者是可升降短丝杆，或者是由短丝杆、上端手柄和其下端连接的底板组成，所述短丝杆穿过机架底座后端的丝杆穿孔，丝杆穿孔内有螺纹或连接有固定螺母，所述底板支撑在桥体的上面；
所述位移传感器对称布置于中央的油缸。所述机架立撑是固定立柱、伸缩套管或立式框架。所述机架底座是平板或平面框架。一种天桥栏杆承载力无损检测方法，其特征在于应用所述天桥栏杆承载力无损检测装置，其检测步骤如下
步骤1 首先进行天桥栏杆每延米段按规范要求加载时的受力情况分析，得出在规范要求荷载条件下每延米段栏杆的应力、变形、弯矩等数值；然后基于上述数据，在同样的栏杆承受荷载条件下，应用力学计算软件根据要检测的天桥栏杆位置不同等因素进行天桥栏杆整体受力等效转换计算，得出在天桥栏杆作为整体受力时，要达到延米段栏杆同样的受力状态下所需的加载工况；
步骤2 将天桥栏杆承载力无损检测装置安装就位，调整油缸后座，预先设定好油缸的高度、角度，将机架部分的位置调整好，使油缸前端的推板顶住栏杆顶侧部；然后进行机架固定部分的安装，将前支撑的长丝杠穿过机架底座边端上的孔，将拉钩的板部装入长丝杠的下端，并锁紧下锁母将其固定，将拉钩的钩部钩挂在桥体的下缘，将上锁母在机架底座上面锁紧，调整后支撑的高度，使机架整体水平稳定；
步骤3 根据步骤1计算的天桥栏杆整体受力等效转换结果，应用天桥栏杆承载力检测装置对天桥栏杆施加承载力进行加载检测，首先由液压系统向油缸提供动力，对栏杆施加荷载，同时，安装在油缸上的位移传感器压力传感器实时将数据信号通过多路信号采集卡传送给计算机，并由计算机对数据进行存储和处理；
步骤4 装置拆移，拆下机架固定部分，将装置移位搬运至下一检测位置或退场； 步骤5:根据测得的受力及变形数据，作出荷载-变形曲线，分析所测栏杆是否达到允许的承载力要求，并进行检测结果判定。所述步骤3中施加荷载的方式分四阶段，第一，正式检测前施加一定的初始荷载， 然后卸载，使天桥栏杆贴紧检测装置，加载过程中记录荷载变形曲线，在这条曲线表现为非线性时，减少荷载增量；
第二，分级加载，每级荷载不宜超过最大荷载的20%，在每级荷载后应保持足够的静止时间，并检查构件是否存在断裂、屈服、屈曲的迹象；
第三，加载达到使用性能或承载能力检验的最大荷载后，持荷至少lh，每隔15min测取一次荷载和变形值，直到变形值在15min内不再明显增加为止； 第四，分级卸载，在每一级荷载和卸载全部完成后测取变形值。所述步骤5中检测结果判定包括使用性能检验结果的评定和承载能力检验结果的评定。
所述使用性能检验结果的评定经检验的结构或构件应满足下列要求荷载-变形曲线宜基本为线性关系；卸载后残余变形不应超过所记录到最大变形值的20%。当上述要求不能满足时，可重新进行检验。第二次检验中的荷载-变形应基本呈线性关系，新的残余变形不得超过第二次检验中所记录到最大变形的10%。所述承载能力检验结果的评定是在荷载作用下，结构或构件的任何部分不应出现屈曲破坏或断裂破坏；卸载后结构或构件的变形应至少减少20%，即满足以下公式
ACi
—^ 20%，其中是残余变形量，单位是mm，s是总变形量，单位是mm。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果
本发明从天桥栏杆整体受力和局部失稳的方面来进行检测、分析，提供了专门检测的装置和技术，能方便、快捷的完成天桥栏杆承载力检测作业。利用拉钩的钩部扣在桥体的外边缘底部，不需要另外焊接靠背，也简化了结构，减小了装置的长度，在检测过程中对已施工完成的栏杆不会造成破坏，可广泛应用于天桥栏杆承载力检测。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。图1是天桥栏杆承载力检测装置结构示意图。图2是机架固定装置示意图。图3是天桥栏杆承载力检测装置的俯视结构示意图。图4是天桥栏杆承载力检测装置检测步骤流程示意图。附图标记1 一上端手柄，2 —液压系统，3 —机架斜撑，4 一油缸后座，5 —位移传感器，6 —油缸，7 —压力传感器，8 —多路信号采集卡，9 一计算机，10 一栏杆，11 一长丝杆， 12 —桥体、13 —旋转手柄，14 一上锁母，15 —拉钩、16 —下锁母、17 —短丝杆、18 —底板、 19 一机架底座、20 —机架立撑、21 —推板、22 —连接件、23-固定螺母。
具体实施例方式实施例参见图1、图2、图3所示，一种天桥栏杆承载力无损检测装置，包括机架部分、机架固定部分和检测部分，所述机架部分包括机架底座19、机架立撑20、机架斜撑3和油缸后座4，所述油缸后座4固定在机架立撑20的顶部，所述机架底座19的后端自上而下开有丝杆穿孔，该穿孔处连接有固定螺母23。机架固定部分包括自上而下贯穿机架底座19的前支撑和后支撑，所述后支撑由短丝杆17、上端手柄1和其下端连接的底板18组成，所述短丝杆17穿过固定螺母23，所述底板18支撑在桥体12的上面；所述前支撑由长丝杆11、旋转手柄13、上锁母14、拉钩15和下锁母16组合而成，所述拉钩15的钩部扣在桥体12的外边缘的底部，拉钩15的柄部穿在长丝杆11的下端部，并由下锁母16锁住，所述上锁母14与长丝杆11螺纹连接，并拧紧在机架底座19的上面，旋转手柄13固定在长丝杆11的上端；检测部分包括液压系统2、位移传感器5、油缸6、压力传感器7、多路信号采集卡8和计算机9，所述油缸6的缸筒后端与油缸后座4固定，油缸6的油缸杆前端与压力传感器7的后端连接，压力传感器7的前端与推板21的后面连接，所述位移传感器的固定段与油缸6的缸筒连接，位移传感器的移动端
6通过连接件22与油缸杆连接，所述位移传感器5和压力传感器7的信号输出端通过多路信号采集卡8与计算机的信号输入接口连接。所述油缸6和压力传感器7为五套，位移传感器5为两套，对称布置于中央的油缸。所述机架立撑20是固定立柱、伸缩套管或立式框架。所述机架底座19是平板或平面框架。一种天桥栏杆承载力无损检测方法，其特征在于应用所述天桥栏杆承载力无损检测装置，其检测步骤如下
步骤1 首先进行天桥栏杆每延米段按规范要求加载时的受力情况分析，得出在规范要求荷载条件下每延米段栏杆的应力、变形、弯矩等数值；然后基于上述数据，在同样的栏杆承受荷载条件下，应用力学计算软件根据要检测的天桥栏杆位置不同等因素进行天桥栏杆整体受力等效转换计算，得出在天桥栏杆作为整体受力时，要达到延米段栏杆同样的受力状态下所需的加载工况；
步骤2 将天桥栏杆承载力无损检测装置安装就位，调整油缸后座4，预先设定好油缸6 的高度、角度，将机架部分的位置调整好，使油缸6前端的推板21顶住栏杆10顶侧部；然后进行机架固定部分的安装，将前支撑的长丝杠11穿过机架底座19边端上的孔，将拉钩15 的板部装入长丝杠11的下端，并锁紧下锁母16将其固定，将拉钩15的钩部钩挂在桥体12 的下缘，将上锁母14在机架底座19上面锁紧，调整后支撑的高度，使机架整体水平稳定；
步骤3 根据步骤1计算的天桥栏杆整体受力等效转换结果，应用天桥栏杆承载力检测装置对天桥栏杆施加承载力进行加载检测，首先由液压系统2向油缸6提供动力，对栏杆10 施加荷载，同时，安装在油缸6上的位移传感器5和压力传感器7实时将数据信号通过多路信号采集卡8传送给计算机9，并由计算机9对数据进行存储和处理；
步骤4 装置拆移，拆下机架固定部分，将装置移位搬运至下一检测位置或退场； 步骤5 根据测得的受力及变形数据，作出荷载-变形曲线，分析所测栏杆是否达到允许的承载力要求，并进行检测结果判定。所述步骤3中施加荷载的方式分四阶段，第一，正式检测前施加一定的初始荷载， 然后卸载，使天桥栏杆贴紧检测装置，加载过程中记录荷载变形曲线，在这条曲线表现为非线性时，减少荷载增量；
第二，分级加载，每级荷载不宜超过最大荷载的20%，在每级荷载后应保持足够的静止时间，并检查构件是否存在断裂、屈服、屈曲的迹象；
第三，加载达到使用性能或承载能力检验的最大荷载后，持荷至少lh，每隔15min测取一次荷载和变形值，直到变形值在15min内不再明显增加为止； 第四，分级卸载，在每一级荷载和卸载全部完成后测取变形值。所述步骤5中检测结果判定包括使用性能检验结果的评定和承载能力检验结果的评定。所述使用性能检验结果的评定经检验的结构或构件应满足下列要求荷载-变形曲线宜基本为线性关系；卸载后残余变形不应超过所记录到最大变形值的20%。当上述要求不能满足时，可重新进行检验。第二次检验中的荷载-变形应基本呈线性关系，新的残余变形不得超过第二次检验中所记录到最大变形的10%。
所述承载能力检验结果的评定是在荷载作用下，结构或构件的任何部分不应出现屈曲破坏或断裂破坏；卸载后结构或构件的变形应至少减少20%，即满足以下公式
γ ^ 20%，其中是残余变形量，单位是mm，^是总变形量，单位是mm。应用本发明所涉及的天桥栏杆承载力无损检测方法及检测装置时，主要分为以下步骤
步骤1 (计算)
① 首先进行天桥栏杆每延米段按规范要求加载时的受力情况分析，得出在规范要求荷载条件下每延米段栏杆的应力、变形、弯矩等数值。②然后基于上述数据，在同样的栏杆承受荷载条件下，应用力学计算软件根据要检测的天桥栏杆位置不同等因素进行天桥栏杆整体受力等效转换计算，得出在天桥栏杆作为整体受力时，要达到延米段栏杆同样的受力状态下所需的加载工况。步骤2 (检测装置安装就位)
①先将整体装置就位，调整油缸后座4，预先设定好油缸6的高度、角度，将机架3位置调整好，使得油缸6前端顶住栏杆10顶部。②然后进行机架固定装置11的安装，将丝杠拉杆13穿过机架3前端杆上的孔， 将锁母14置于机架3前端杆上方，拉钩15固定于丝杠拉杆13下端。调整丝杠拉杆13，使得拉钩15钩挂在桥体12下缘，最后拧死锁母14，将丝杠拉杆13拉紧，并调节调整支撑1， 使得整体装置水平稳定。步骤3 (加载检测):根据步骤1计算的天桥栏杆整体受力等效转换结果，应用天桥栏杆承载力检测装置对天桥栏杆施加承载力并进行检测。①由液压系统2向油缸6提供动力，对栏杆10施加荷载，同时，安装在油缸6上的位移传感器5和压力传感器7实时将数据信号通过多路信号采集卡8传送给计算机9，并由计算机9对数据进行存储和处理。②加载方式依据《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344-2004)中附录H钢结构性能的静力荷载检验中的规定。正式检验前施加一定的初始荷载，然后卸载，使构件贴紧检验装置。加载过程中记录荷载变形曲线，当这条曲线表现为非线性时，应减少荷载增量。分级加载，每级荷载不宜超过最大荷载的20%，在每级荷载后应保持足够的静止时间，并检查构件是否存大断裂、屈服、屈曲的迹象。加载达到使用性能或承载能力检验的最大荷载后，应持荷至少lh，每隔15min测取一次荷载和变形值，直到变形值在15min内不再明显增加为止。然后应分级卸载，在每一级荷载和卸载全部完成后测取变形值。步骤4 (装置移位或退场)
将锁母14松开，拆下机架固定装置11，调节调整支撑1，使得装置便于移位搬运至下一检测位置或退场。步骤5 (检测结果判定)根据测得的受力及变形数据，分析所测栏杆是否达到国家相关规范允许承载力要求。检测结果判定依据《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344-2004)中附录H钢结构性能的静力荷载检验中的规定。
①使用性能检验结果的评定
经检验的结构或构件应满足下列要求荷载-变形曲线宜基本为线性关系；卸载后残余变形不应超过所记录到最大变形值的20%。当上述要求不能满足时，可重新进行检验。第二次检验中的荷载-变形应基本呈线性关系，新的残余变形不得超过第二次检验中所记录到最大变形的10%。②承载能力检验结果的评定在荷载作用下，结构或构件的任何部分不应出现屈曲破坏或断裂破坏；卸载后结构或构件的变形应至少减少20%。即满足以下公式
ACf
—^20% ；^ 一一残余变形量，mm —一总变形量，讓。
权利要求
1.一种天桥栏杆承载力无损检测装置，包括机架部分、机架固定部分和检测部分，其特征在于所述机架部分包括机架底座(19)、机架立撑(20)、机架斜撑(3)和油缸后座(4)，所述油缸后座(4)固定在机架立撑(20)的顶部，所述机架底座(19)的后端自上而下开有丝杆穿孔；机架固定部分包括自上而下贯穿机架底座(19)的前支撑和后支撑，所述前支撑由长丝杆(11 )、旋转手柄(13 )、上锁母(14)、拉钩(15 )和下锁母(16 )组合而成，所述拉钩(15 ) 的钩部扣在桥体(12)的外边缘的底部，拉钩(15)的柄部穿在长丝杆(11)的下端部，并由下锁母(16)锁住，所述上锁母(14)与长丝杆(11)螺纹连接，并拧紧在机架底座(19)的上面， 旋转手柄(13)固定在长丝杆(11)的上端；检测部分包括液压系统(2)、位移传感器(5)、油缸(6)、压力传感器(7)、多路信号采集卡(8)和计算机(9)，所述油缸(6)的缸筒后端与油缸后座(4)固定，油缸(6)的油缸杆前端与压力传感器(7)的后端连接，压力传感器(7)的前端与推板(21)的后面连接，所述位移传感器的固定段与油缸(6)的缸筒连接，位移传感器的移动端通过连接件(22)与油缸杆连接，所述位移传感器(5)和压力传感器(7)的信号输出端通过多路信号采集卡(8)与计算机的信号输入接口连接，所述油缸(6)和压力传感器(7)为两套以上。
2.根据权利要求1所述的天桥栏杆承载力无损检测装置，其特征在于所述后支撑是伸缩式套管，或者是可升降短丝杆，或者是由短丝杆(17)、上端手柄(1)和其下端连接的底板(18)组成，所述短丝杆(17)穿过机架底座(19)后端的丝杆穿孔，丝杆穿孔内有螺纹或连接有固定螺母23，所述底板(18)支撑在桥体(12)的上面。
3.根据权利要求2所述的天桥栏杆承载力无损检测装置，其特征在于所述位移传感器(5)对称布置于中央的油缸。
4.根据权利要求3所述的天桥栏杆承载力无损检测装置，其特征在于所述机架立撑 (20)是固定立柱、伸缩套管或立式框架。
5.根据权利要求3所述的天桥栏杆承载力无损检测装置，其特征在于所述机架底座 (19)是平板或平面框架。
6.一种天桥栏杆承载力无损检测方法，其特征在于应用权利要求1 5所述天桥栏杆承载力无损检测装置，其检测步骤如下步骤1 首先进行天桥栏杆每延米段按规范要求加载时的受力情况分析，得出在规范要求荷载条件下每延米段栏杆的应力、变形、弯矩等数值；然后基于上述数据，在同样的栏杆承受荷载条件下，应用力学计算软件根据要检测的天桥栏杆位置不同等因素进行天桥栏杆整体受力等效转换计算，得出在天桥栏杆作为整体受力时，要达到延米段栏杆同样的受力状态下所需的加载工况；步骤2:将天桥栏杆承载力无损检测装置安装就位，调整油缸后座(4)，预先设定好油缸(6)的高度、角度，将机架部分的位置调整好，使油缸(6)前端的推板(21)顶住栏杆(10) 顶侧部；然后进行机架固定部分的安装，将前支撑的长丝杠(11)穿过机架底座(19)边端上的孔，将拉钩(15)的板部装入长丝杠(11)的下端，并锁紧下锁母(16)将其固定，将拉钩 (15)的钩部钩挂在桥体(12)的下缘，将上锁母(14)在机架底座(19)上面锁紧，调整后支撑的高度，使机架整体水平稳定；步骤3 根据步骤1计算的天桥栏杆整体受力等效转换结果，应用天桥栏杆承载力检测装置对天桥栏杆施加承载力进行加载检测，首先由液压系统(2)向油缸(6)提供动力，对栏杆(10)施加荷载，同时，安装在油缸(6)上的位移传感器(5)和压力传感器(7)实时将数据信号通过多路信号采集卡(8)传送给计算机(9)，并由计算机(9)对数据进行存储和处理；步骤4 装置拆移，拆下机架固定部分，将装置移位搬运至下一检测位置或退场；步骤5 根据测得的受力及变形数据，作出荷载-变形曲线，分析所测栏杆是否达到允许的承载力要求，并进行检测结果判定。
7.根据权利要求6所述的天桥栏杆承载力无损检测装置，其特征在于所述步骤3中施加荷载的方式分四阶段，第一，正式检测前施加一定的初始荷载，然后卸载，使天桥栏杆贴紧检测装置，加载过程中记录荷载变形曲线，在这条曲线表现为非线性时，减少荷载增量；第二，分级加载，每级荷载不宜超过最大荷载的20%，在每级荷载后应保持足够的静止时间，并检查构件是否存在断裂、屈服、屈曲的迹象；第三，加载达到使用性能或承载能力检验的最大荷载后，持荷至少lh，每隔15min测取一次荷载和变形值，直到变形值在15min内不再明显增加为止；第四，分级卸载，在每一级荷载和卸载全部完成后测取变形值。
8.根据权利要求6或7所述的天桥栏杆承载力无损检测方法，其特征在于所述步骤5 中检测结果判定包括使用性能检验结果的评定和承载能力检验结果的评定。
9.根据权利要求8所述的天桥栏杆承载力无损检测方法，其特征在于所述使用性能检验结果的评定经检验的结构或构件应满足下列要求荷载-变形曲线宜基本为线性关系；卸载后残余变形不应超过所记录到最大变形值的20% ；当上述要求不能满足时，可重新进行检验；第二次检验中的荷载-变形应基本呈线性关系，新的残余变形不得超过第二次检验中所记录到最大变形的10%。
10.根据权利要求8所述的天桥栏杆承载力无损检测方法，其特征在于所述承载能力检验结果的评定是在荷载作用下，结构或构件的任何部分不应出现屈曲破坏或断裂破坏；卸载后结构或构件的变形应至少减少20%，即满足以下公式S 其中是残余变形量，单位是mm， 是总变形量，单位是mm。
全文摘要
一种天桥栏杆承载力无损检测装置和方法，其装置包括机架部分、机架固定部分和检测部分，所述机架部分包括机架底座、机架立撑、机架斜撑和油缸后座，所述油缸后座固定在机架立撑的顶部；机架固定部分包括自上而下贯穿机架底座的前支撑和后支撑；检测部分包括液压系统、位移传感器、油缸、压力传感器、多路信号采集卡和计算机。本发明保证能进行方便、快捷的完成天桥栏杆承载力检测作业，能够从栏杆整体受力和局部失稳的方面来检测、分析是否达到国家相关规范允许承载力要求，并且在检测过程中对已施工完成的栏杆不造成破坏，可广泛应用于天桥栏杆承载力检测。
文档编号G01B21/02GK102175443SQ201110041220
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者王光明, 王灏 申请人:北京市市政工程研究院