架桥机承载性能快速检测装置及评估方法

1.本发明属于大型工程机械检测技术领域，具体涉及一种架桥机承载性能快速检测装置及评估方法，适用于架桥机起吊前对其承载性能进行快速现场评定。


背景技术：

2.架桥机是一种将预制钢筋混凝土梁段吊装在桥梁支座上的专用施工机械。低速、重载、大跨度和结构复杂是架桥机的显著特点。在桥梁工程建设量依然增长的今天，架桥机一旦发生故障或事故,将会造成人员伤亡和巨大的经济损失,甚至是灾难性的后果。在特殊的施工环境和施工条件下架桥机工作时整体结构的稳定性以及安全性是施工单位最为关切的问题。在实际工程中，架桥机超载使用的情况十分普遍，且超过额定载重量的数值较大，超出范围常达到铭牌标示承载性能的50％-70％，造成了架桥机结构的内部损伤，进一步导致承载能力降低，也产生诸多安全隐患。
3.针对这种情况，一方面对于架桥机超载现象的治理，一方面现有架桥机承载性能荷载试验多为静载试验，常规的架桥机承载性能静载试验，需要确定加载的工况，拟定加载方案，在正式加载前，需要画出不同加载工况下天车的位置。此试验评估方法需设置不同于工作情况的加载工况，费时且成本较高，不易在工地现场环境即时进行，且承载性能评定标准不甚明晰，试验结果时常与工地应用产生差异，有必要对架桥机承载能力的快速评估形成明确、系统的评估方法。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种使用标准配重并且基于激光测距的架桥机承载性能快速检测装置及评估方法，该检测装置将所有模块集成于一个框架中，评估过程无需与外界产生任何联系，使得评估过程简便且不易受外界干扰；该检测装置自动化程度高，评估过程操作简单，测试速度快而数据准确；该检测装置重要部件价格逐渐降低，为大规模低成本应用提供良好条件；该评估方法不需要进行加载方案的布置，简化了现场准备工作。该架桥机承载性能快速评估方法节省时间，工程适应性强，主观性小，在一定程度上可以替代常规荷载试验，或作为检算法和传统荷载试验法之间的一种中间评定评估方法。
5.为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：
6.一种架桥机承载性能快速检测装置，包括测距模块，运算模块、存储模块和蓄电池；其中，
7.所述测距模块包括电路控制器、激光发射单元、光电转换单元、相位识别单元、距离计算单元，所述电路控制器用于进行距离实时采集和控制电源开闭，所述激光发射单元用于发射脉冲激光信号，光电转换单元用于将激光发射单元返回的脉冲激光信号转换为电信号，相位识别单元用于通过电信号变化确定所接收到的脉冲激光信号与激光发射单元所发射的脉冲激光信号的相位差；运算模块和存储模块分别依托处理器和缓存单元进行挠度和架桥机承载性能数据评估和存储；标准配重通过框架上层的轨道和卡扣进行装卸；测距
模块，运算模块、存储模块和蓄电池固定在框架下层。
8.所述测距模块距离计算公式为:其中s为测量距离,λ为激光波长，n为整周期数，为不足2π的相位余数。
9.按上述方案，其中pu为架桥机承载性能，l1为天车与前、后支腿的距离的较小者，m为标准配重质量，l为架桥机前后支腿间距离，w
max
为测试过程中架桥机最大挠度，h为架桥机主桁高度，σz为架桥机主桁材料屈服强度，e为架桥机主桁钢材弹性模量。
10.优选地，上述电路控制器数据采集周期为0.5ms。
11.在一个优选的实施方式中，还包括一种架桥机承载性能快速评定评估方法，具体步骤如下:
12.步骤一：架桥机的天车将所述的承载性能快速检测装置吊装至最高位；
13.步骤二：以架梁速率移动天车，测量全过程的承载性能快速检测装置与桥面距离；
14.步骤三：卸下标准配重后，再次按照步骤二的方式：以架梁速率移动天车，测量全过程的承载性能快速检测装置与桥面距离；
15.步骤四：计算步骤三所得到的距离数据相对步骤二所得到的距离数据的变化，即为架桥机挠度；
16.步骤五：根据步骤四所得到的架桥机挠度，获取架桥机产生最大挠度时的天车与前、后支腿的距离和最大挠度，估算出架桥机承载性能。
17.有益效果：
18.本发明提供了一整套全新的架桥机承载性能快速检测装置及评估方法，该检测装置传感器体积小，便于安装，将所有模块集成于一个框架中，且检测装置自动化程度高，使得评估过程简便且不易受外界干扰，操作简单，测试速度快而数据准确；不需要进行加载方案布置，现场准备工作极为简单，完全不影响架梁；该检测装置重要部件和材料价格适中，降低了试验成本。该评估方法具有在工地大范围应用的条件，在一定程度上可以替代常规荷载试验，或作为检算法和传统荷载试验法之间的一种中间评定评估方法。
附图说明
19.图1为架桥机承载性能快速评估方法步骤图；
20.图2为架桥机承载性能快速检测装置中横截面剖面图；
21.图3为架桥机承载性能快速检测装置中纵截面剖面图；
22.图4为测距模块组成图；
23.图5为测距模块相位法测距原理图；
24.图6为运算模块承载性能评定公式相关物理量示意图；
25.图中有：1-框架，2-标准配重，3-测距模块，4-运算模块，5-存储模块，6-蓄电池，7-电路控制器、8-激光发射单元、9-光电转换单元、10-相位识别单元、11-距离计算单元，12-轨道，13-卡扣。
具体实施方式
26.图1为本评估方法的实现流程，主要包括：天车吊装测量设备，在空载和标准配重下分别测量与桥面距离，两种距离做差得架桥机挠度，确定挠度最不利工况，计算承载性能评估值。
27.下面结合具体的实施例对本发明的评估方法的基本原理作详细说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
28.架桥机的天车将全套架桥机承载性能快速检测装置吊装至最高位(见图2)；以架梁速率v移动天车，测量全过程的架桥机承载性能快速检测装置与桥面距离；卸下标准配重，重复之前的测量操作；其中，架桥机承载性能快速检测装置，包括双层框架1、标准配重2、测距模块3、运算模块4、存储模块5和蓄电池6；其中，测距模块3包括电路控制器7、激光发射单元8、光电转换单元9、相位识别单元10、距离计算单元11，所述电路控制器7用于距离实时采集和控制电源开闭，激光发射单元8用于发射脉冲激光信号，光电转换单元9用于将激光发射单元8返回的脉冲激光信号转换为电信号，相位识别单元10用于通过电信号变化确定了所接收到的脉冲激光信号与激光发射单元8所发射的脉冲激光信号的相位差；运算模块4和存储模块5分别依托处理器和缓存单元进行挠度和架桥机承载性能数据评估和存储；所述标准配重2通过双层框架1上层的轨道12和卡扣13(具体地，轨道12安装在双层框架1的上层，卡扣13布置在轨道12的上表面，标准配重2置于导轨的上表面，并通过卡扣13扣接固定)进行装卸；测距模块3、运算模块4、存储模块5和蓄电池6固定在双层框架1的下层。
29.进一步地，通过电路控制器6进行距离实时采集，测距模块3通过测量激光器发出激光与激光返回到光接收机的相位间隔来计算目标距离，测距公式为：
[0030][0031]
如图5所示，λ为激光波长，为激光发射单元7参数；n为整周期数，为不足2π的相位余数，两者均由相位识别单元9确定；s为测量距离，由距离计算单元10得出。
[0032]
计算架桥机挠度η，d1，d2分别为两次测量距离；
[0033]
η＝|d
1-d2|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0034]
采用滤波算法消除观测噪声，估算出架桥机承载性能。
[0035]
l1为天车与前、后支腿间距离的较小距离，l为架桥机前、后支腿间距离，t为天车运行时间。
[0036]
l1＝
min
(v
·
t,l-v
·
t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0037]
进一步地，架桥机惯性矩i计算公式为：
[0038][0039]
如图6所示，其中n为架桥机承载性能，m为标准配重质量，e为架桥机主桁钢材弹性模量，w
max
为测试过程中架桥机最大挠度，由计算机程序提取。
[0040]
进一步地，架桥机承载性能评定公式为：
[0041]
[0042]
如图6所示，其中h为架桥机主桁高度，σz为架桥机主桁材料屈服强度。
[0043]
进一步地，由(3)、(4)得出架桥机承载性能评定公式为：
[0044][0045]
其中各物理量含义同式(4)、(5)。
[0046]
在上述理论的基础上，对框架1选取合适的材料类型、横截面类型及尺寸。其中，截面类型为正方形(见图2和图3)，框架1高宽比宜为1/2～2/3，选取轻质、强度足、韧性好、价格低的材料，如硬聚氯乙烯材料等。
[0047]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。