橋梁外觀病害輕便式檢測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

許友山 趙啟林 彭志勇

(1.溫州市交通工程試驗檢測有限公司，浙江 溫州 325000； 2.南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，江蘇 南京 211816)

0 引言

公路橋梁在運營過程中，因車輛超載和環(huán)境因素等作用會導(dǎo)致橋梁使用性能衰退、結(jié)構(gòu)安全與耐久性降低，造成橋梁適應(yīng)性不足，甚至出現(xiàn)橋毀人亡事故[1]。目前的橋梁檢測的主要方式是通過檢測人員搭載橋檢車等高空作業(yè)平臺抵近橋梁待測部位并輔以測量工具檢測病害，工作量較大，檢測效率也相對較低[4]。大部分的桁架橋檢車工作臺長度不超過16 m，對于箱型梁來說，梁底板及外側(cè)腹板1 m左右的位置屬于易檢查區(qū)域，檢查人員可近距離肉眼觀察，而外側(cè)翼板及腹板較高位置屬于難檢查區(qū)域，需要反復(fù)移動橋檢車的工作臺才能完成檢查，內(nèi)側(cè)翼板及腹板屬于無法檢查區(qū)域，通過橋檢車基本無法完成近距離檢查的要求(如圖1所示)。對于變截面連續(xù)箱梁的箱內(nèi)檢測來說，腹板高度從跨中合龍段往0號塊方向呈遞增趨勢，接近合龍段的幾個塊段腹板高度不高，檢查人員可較方便的通過肉眼觀察頂板及腹板外觀情況，而頂板及腹板較高區(qū)域往往需要搭設(shè)腳手架或爬梯才能滿足近距離檢查的要求(如圖2所示)。可以看出，傳統(tǒng)的橋檢作業(yè)質(zhì)量高度依賴檢測人員的技能與經(jīng)驗，然而長時間的肉眼觀察會加劇檢測人員的疲勞，導(dǎo)致易出現(xiàn)漏檢、誤檢病害的現(xiàn)象。

本文提出了在橋檢車或?qū)к壣洗钶d圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行橋梁外觀病害檢測的方法[6]，即通過在橋檢車上或箱內(nèi)底板上設(shè)置可臨時拼裝的簡易導(dǎo)軌，并在導(dǎo)軌上安裝高清數(shù)碼相機(jī)及測距模塊；而后在橋檢車沿橋梁縱向行走或?qū)к壱苿舆^程中，該系統(tǒng)可以對橋梁底部底板、腹板與翼板以及箱內(nèi)頂板、腹板等進(jìn)行全方位圖像采集，從而可以實現(xiàn)橋梁外觀病害更快速、更全面、更客觀的檢測。

1 橋梁外觀病害輕便式檢測系統(tǒng)簡介

如圖3所示，橋梁外觀病害輕便式檢測系統(tǒng)由：1)高清數(shù)碼相機(jī)；2)LED補(bǔ)光燈；3)云臺；4)控制電腦；5)鋰電池組；6)支撐平臺；7)輕質(zhì)復(fù)合材料軌道組成。該系統(tǒng)對橋梁箱外進(jìn)行檢查時根據(jù)實際天氣情況決定是否需要補(bǔ)光，在桁架橋檢車的工作平臺上鋪設(shè)簡易軌道，橋檢車每行進(jìn)一段距離并停穩(wěn)后啟動系統(tǒng)，根據(jù)檢測部位來操縱云臺以尋找合適的拍攝角度，在軌道上行駛并采集圖像(如圖4所示)。該系統(tǒng)對橋梁箱內(nèi)進(jìn)行檢查時需要補(bǔ)光，在箱內(nèi)地面鋪設(shè)簡易軌道，根據(jù)拍攝對象的位置來旋轉(zhuǎn)云臺調(diào)整拍攝角度，啟動系統(tǒng)在軌道上滑動并采集頂板或腹板圖像(如圖5所示)。

2 橋梁外觀病害輕便式檢測系統(tǒng)在某大橋上的應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場試驗

本文的檢測試驗對象為對某變截面連續(xù)梁橋的某段箱梁，目標(biāo)病害為裂縫。使用該系統(tǒng)對箱外部分進(jìn)行檢測時，橋檢車每前進(jìn)一段距離并將工作平臺平穩(wěn)地架設(shè)在底板下方約2 m處后，啟動該系統(tǒng)采用人工調(diào)焦，自動對焦，遙控拍攝的方式采集圖像。進(jìn)行箱內(nèi)檢測時，垂直于行車方向鋪設(shè)軌道，啟動該系統(tǒng)采用人工調(diào)焦，自動對焦，遙控拍攝的方式采集圖像。試驗人員記錄采集到的圖像中的病害信息并使用皮尺、裂縫顯微鏡、手持激光測距儀分別測量裂縫的長度、寬度和裂縫相對于橋梁的位置等具體參數(shù)。

2.2 檢測結(jié)果對比

為了檢驗橋梁外觀病害輕便式檢測系統(tǒng)的使用效果，項目組將本次試驗結(jié)果與該橋近期的定檢結(jié)果進(jìn)行對比(見表1)，其中1號～11號裂縫位于箱外，剩余位于箱內(nèi)。可以看出，在XX號孔下行箱外存在5處裂縫漏檢問題，并且其長度寬度都較大，明顯不是新產(chǎn)生裂縫，這些裂縫中有2處是位于翼板處，1處離內(nèi)側(cè)邊緣較近，另外2處位于跨中合龍段，由于受常規(guī)橋檢車機(jī)械臂長度的限制，這些位置都是人工檢測較難檢測的部位。XX號孔上行小樁號側(cè)半幅箱內(nèi)中利用圖像的方法也檢測出了2例遺漏，這兩處由于離箱室地面較高，人工也難以發(fā)現(xiàn)，更直觀的對比結(jié)果如圖6所示。

表1 現(xiàn)場檢查病害匯總表

3 結(jié)語

為了降低傳統(tǒng)橋梁檢測作業(yè)中檢測人員的勞動強(qiáng)度，提高檢測結(jié)果的全面性和客觀性，本文提出了一種橋梁外觀病害輕便式檢測系統(tǒng)。對某變截面連續(xù)梁大橋的一段箱體進(jìn)行檢測試驗，并對比人工檢測結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)7條定檢遺漏的裂縫，驗證了使用該系統(tǒng)可以有效檢測到傳統(tǒng)的檢測盲區(qū)，檢測結(jié)果更為客觀且效率更高，以后的研究工作可以放在：

1)開發(fā)基于機(jī)器視覺的病害識別和參數(shù)測量技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動化、智能化程度；

2)在平臺上搭載多組相機(jī)以提高圖像采集效率；

3)提高該系統(tǒng)在運動過程中的減震性能。