爬升檢測系統在橋梁高墩柱質檢中的應用設想

哈 娜，歐陽偉

（遼寧省交通高等專科學校 遼寧 沈陽 110122）

1 引言

針對10m以上或更高的高墩柱橋梁在檢測過程中受地形和作業車范圍的限制，無法應用傳統的檢測手段實現整個墩柱范圍內的檢測，提出研制爬升機構和夾緊裝置，同時攜帶高清攝像頭，不僅可以實現高墩柱上任意位置的爬升和夾緊，而且免去人員爬升檢測的風險，從而對高墩柱混凝土外觀、保護層厚度和強度進行檢測，保證高墩柱橋梁運營過程中的安全性和耐久性。

高墩柱橋梁常修建于地震高發區，為此在對高墩柱橋梁進行檢測時不能夠損壞高墩柱表面，以免造成由于缺損問題引發的抗震性能下降而影響橋梁的正常使用，為此對高墩柱橋梁進行無損檢測是十分必要的[1]。高墩柱橋梁由于自身高大的特點，在建造和施工的過程中，難免出現由于混凝土振搗不足、骨料分布不均勻而導致的高墩柱內部存在離析或空洞等缺陷，其引發的危害往往要比普通墩柱更大。同時高墩柱在檢測過程中也增加了施工人員高空墜落的風險，為此項目提出研制高墩柱爬升夾緊機構并攜帶高清攝像頭，對高墩柱進行外觀檢測，保證施工質量，節省人力。高墩柱在檢測過程中，并不是對整個高度方向的高墩柱截面進行檢測，而是通過設計或計算選取易損截面或區域進行檢測，為此需要對爬升機構進行定位和追蹤，保證檢測截面定位的準確性，從而實現其內部檢測。

2 研究內容設想

（1）資料收集。收集國內外相關高墩柱檢測資料，并進行爬升檢測系統資料收集[2-3]。

①收集國內外相關爬升機構和夾緊機構資料；

②收集國內外現有定位系統。

（2）硬件系統。攜帶高清攝像頭的橋梁高墩柱爬升夾緊機構設計與研究。

①擬定爬升機構形式，結合工作原理，對攜帶攝像頭的爬升機構進行研究和設計；

②根據自鎖爪夾緊原理對橋梁高墩柱夾緊結構進行研究和設計；

③研究爬升機構的動力系統。

（3）軟件系統。開發研制爬升定位系統，應用軟件系統控制，預測爬升機構行經軌跡。

①定位程序設計；

②定位程序應用。

（4）測試系統。應用設計開發的爬升檢測系統對室內外高墩柱進行檢測。

①室內外高墩柱混凝土外觀檢測；

②室內外高墩柱混凝土保護層厚度檢測；

③室內外高墩柱混凝土強度檢測；

④室內外高墩柱檢測結果對比分析，驗證項目建議檢測手段的可靠性和準確性。

3 技術方法

（1）技術方案

項目擬研發爬升夾緊設備，其具體工作原理主要是根據曲柄滑塊傳動機構和自鎖爪夾緊裝置。具體方案如下：

①曲柄滑塊傳動機構機構形式，見圖1。

圖1 自鎖爪夾緊裝置

圖2 曲柄滑塊傳動該機構

圖1中有上下兩個滑塊，兩個滑塊與曲柄端相連，裝置在工作時若其中某一滑塊滑動時，另一滑塊恰好固定。因此，對于該機構任意時刻的運動特性，可按照一般曲柄滑塊處理。在曲柄端連接的滑塊上固定電動機，曲柄被帶動產生順時針旋轉。機構在運動過程中，將下滑塊固定，曲柄從最下端轉動經過0～180o過程推動上滑塊運動至頂端，然后控制上滑塊，繼續轉動180o～360o過程中，拉動下滑塊向上運動。

②自鎖爪夾緊裝置

圖2為自鎖爪夾緊裝置圖，從圖中可以看出通過外掛千斤頂拉動拉桿8，使得與拉桿相連的驅動搖桿5向內擺動，同時帶動與夾緊滾輪3相連的驅動搖桿4擺動，從而帶動兩滾輪對爬桿產生擠壓，實現夾緊作用。當外力撤去或減小時，通過套筒中彈簧的回復作用使拉桿8復位，從而松開兩滾輪，實現放松的功能。在橋墩下部固定定位滾輪6，夾緊時此定位滾輪與兩個夾緊滾輪一起實現三點定位。在橋墩上部固定滾輪1，可調解滾輪1與滾輪6之間距離，其作用是放松時與滾輪6一起前后頂住橋墩，防止裝置發生側翻，保證爬行時裝置的穩定可靠。

[1] 莊文君，張柳，鄒磊.淺析用超聲波對橋梁墩柱進行無損檢測的方法[J].公路交通科技.2013(5）.

[2] 劉登躍，何斌，陳鵬杰，唐曉城.一種新型的輪式纜索檢測機器人系統[J].中國科技信息.2015（03）.

[3] 余劍武，張申林，肖清.拉索檢測機器人爬升裝置設計與穩定性分析[J].機械設計與研究.2017（04）.