既有路面井盖承载能力现场快速检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术，具体涉及一种既有路面井盖承载能力现场快速检测装置及其检测方法。

背景技术

在现实生活中，检查井影响到城市的市容、道路的平整度以及行车的安全性和舒适性等。检查井盖是由井盖与井座组成，是与路面交通工具直接接触的公共设施，井盖的质量能否适应繁重的交通，也直接影响着路面的安全。检查井盖的安全性是道路建设的重要考察指标，故此目前国家标准《GB/T 23858-2009检查井盖》要求井盖在出厂之前要进行承载能力室内试验的检测。然而，针对既有路面井盖的现场承载能力检测缺乏相应装备和方法。

在公路现场的井盖与路面往往会产生落差，这种情况一方面是路面铺装施工时产生或者是井盖安装尺寸偏差，另一方面是在交通荷载的反复作用下检查井与周边土体发生不均匀沉降而造成的，会导致过往车辆发生跳车现象，从而使井盖不断承受过往车辆的反复冲击荷载。目前针对井盖承载能力的检测方法主要考虑逐级静力加载方式，虽其试验荷载考虑了1.2倍的冲击系数，但加载工况与现实的冲击现状完全不符。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种既有路面井盖承载能力现场快速检测装置。此既有路面井盖承载能力现场快速检测装置的结构简单，方便搭载，提升检测工作效率。

本发明的另一目的是提供了基于既有路面井盖承载能力现场快速检测装置的检测方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：既有路面井盖承载能力现场快速检测装置，包括快速拆装支撑架、测量组件、顶盘、导杆、重力撞击件、用于拉起重力撞击件的钢索和卷扬机，所述顶盘安装于快速拆装支撑架的上端，所述导杆的上端通过螺纹安装于顶盘；所述重力撞击件的中部设有被导杆穿过的导向孔，所述卷扬机通过钢索与重力撞击件连接；所述导杆的中心设有检测通道；所述测量组件安装于顶盘上，且所述测量组件位于检测通道的正上方；

所述快速拆装支撑架包括两组相对设置的支撑组件，所述支撑组件包括底座、插杆和连接梁，所述插杆的下端通过过盈配合插入底座的固定孔，所述插杆的上端设有支撑块，所述连接梁的一端设有被插杆的上端穿过的通孔，当插杆的上端插入通孔后，所述支撑块的上端顶着连接梁的下面，所述连接梁的另一端设有插入顶盘的插式固定部。

优选的，所述的插式固定部包括固定杆和与顶盘的外壁相匹配的弧形板，所述弧形板和固定杆依次固定于连接梁的另一端，所述顶盘设有与固定杆匹配的插孔；当固定杆插入插孔时，所述弧形板的内侧面与顶盘的外壁相贴。

优选的，所述顶盘包括上盘和下盘，所述上盘和下盘均设有半孔，当上盘和下盘相贴时，所述导杆的上端依次穿过上盘和下盘，且所述上盘和下盘的半孔形成插孔。

优选的，所述的既有路面井盖承载能力现场快速检测装置还包括固定器，所述固定器包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和第二连接板分别固定于两组支撑组件的底座，所述第一连接板设有连接杆，所述第二连接板设有与连接杆匹配的连接孔，所述连接杆插入连接孔。

优选的，所述重力撞击件包括铸铁部和橡胶层，所述铸铁部的下端设有撞击面，所述橡胶层固定于撞击面。

优选的，所述测量组件包括测量架和激光测距传感器，所述激光测距传感器通过测量架安装于顶盘，且所述激光测距传感器位于检测通道的正上方。

基于既有路面井盖承载能力现场快速检测装置的检测方法，采用上述的既有路面井盖承载能力现场快速检测装置，包括以下步骤：

S1、在现场快速组装好检测装置，使重力撞击件位于井盖的上方，此时测量组件的激光测距传感器检测井盖的盖面与激光测距传感器之间距离为D

S2、接着卷扬机将重力撞击件拉到设定的高度后再释放，以使重力撞击件以自由落体方式下落，从而撞击井盖，然后测量组件中的激光测距传感器再次检测井盖的盖面与激光测距传感器之间距离为D

δ’＝D

S3、基于δ’与δ

优选的，法向最大压缩量δ

其中，δ

优选的，在步骤S3中，

当δ’＜δ

当δ’≥δ

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明的检测装置采用快速拆装支撑架，这可在既有路面的井盖上快速搭载，以使测量组件的激光测距传感器可准确检测井盖受到撞击后的变量，使得在正常行驶的公路上局部围蔽时间缩短，提升检测工作效率。

2、本发明的检测装置可让重力撞击件准确下落到预设的撞击位置，避免错位，提高了检测的准确性。同时，快速拆装支撑架中的各个部件采用独特的搭接结构，可实现快速拆装，也方便运输。

3、本发明填补行业内目前既有路面井盖承载能力的现场检测方法的技术空白，提出一种全新的井盖现场快速检测思路。

附图说明

图1是本发明的既有路面井盖承载能力现场快速检测装置的结构示意图。

图2是本发明的快速拆装支撑架的结构示意图。

图3是本发明的插杆的结构示意图。

图4是本发明的导杆的结构示意图。

图5是本发明的重力撞击件、钢索和卷扬机等构成的加载机构结构示意图。

图6是本发明的测量组件和顶盘的结构示意图。

图7是本发明的重力撞击件的结构示意图。

其中，1为快速拆装支撑架，2为测量组件，3为顶盘，4为导杆，5为重力撞击件，6为钢索，7为卷扬机，8为导向孔，9为检测通道，10为底座，11为插杆，12为连接梁，13为支撑块，14为通孔，15为插式固定部，16为固定杆，17为弧形板，18为上盘，19为下盘，20为固定器，21为第一连接杆，22为第二连接板，23为连接杆，24为铸铁部，25为橡胶层，26为球状部，27为饼状部，28为测量架，29为激光测距传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图5及图7所示的既有路面井盖承载能力现场快速检测装置，包括快速拆装支撑架、测量组件、顶盘、导杆、重力撞击件、用于拉起重力撞击件的钢索和卷扬机，所述顶盘安装于快速拆装支撑架的上端，所述导杆的上端通过螺纹安装于顶盘；所述重力撞击件的中部设有被导杆穿过的导向孔，所述卷扬机通过钢索与重力撞击件连接；所述导杆的中心设有检测通道；所述测量组件安装于顶盘上，且所述测量组件位于检测通道的正上方；

所述快速拆装支撑架包括两组相对设置的支撑组件，所述支撑组件包括底座、插杆和连接梁，所述插杆的下端通过过盈配合插入底座的固定孔，所述插杆的上端设有支撑块，所述连接梁的一端设有被插杆的上端穿过的通孔，当插杆的上端插入通孔后，所述支撑块的上端顶着连接梁的下面，所述连接梁的另一端设有插入顶盘的插式固定部。

具体的，为保证重力撞击件稳定的上升和下落，卷扬机采用2个，2个卷扬机通过相应的钢索与重力撞击件的两端连接。在实际工作中，在既有路面的井盖上组装好快速拆装支撑架，重力撞击件套接于导杆，且重力撞击件位于井盖中心的正上方。启动卷扬机，卷扬机收卷钢索，以将重力撞击件提升到适当的高度。然后再松开释放，让重力撞击件做自由落体运动，以模拟行驶的车辆自由下落撞击井盖。重力撞击件在撞击井盖前后，测量组件中的激光测距传感器检测井盖在撞击前后的两次时井盖与激光测距传感器之间的距离，从而确定井盖的变形量δ’。

快速拆装支撑架主要有两组相对设置的支撑组件构成，而支撑组件包括底座、插杆和连接梁，插杆的上、下端通过过盈配合分别与连接梁和底座固定连接，同时为保证插杆与连接梁之间连接的稳定性，在插杆的端设置截面呈三解形的支撑块。此结构的快速拆装支撑架，可方便检测人员快速组装，提高检测效率，减少路面交通的影响。

为保证连接梁与顶盘的之间连接的稳定性，所述的插式固定部包括固定杆和与顶盘的外壁相匹配的弧形板，所述弧形板和固定杆依次固定于连接梁的另一端，所述顶盘设有与固定杆匹配的插孔；当固定杆插入插孔时，所述弧形板的内侧面与顶盘的外壁相贴。此设置进一步提高了快速拆装支撑架的搭建和拆卸，提高了检测效率。

如图6所示，所述顶盘包括上盘和下盘，所述上盘和下盘均设有半孔，当上盘和下盘相贴时，所述导杆的上端依次穿过上盘和下盘，且所述上盘和下盘的半孔形成插孔。此顶盘的结构简单，方便拆装。

所述的既有路面井盖承载能力现场快速检测装置还包括固定器，所述固定器包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和第二连接板分别固定于两组支撑组件的底座，所述第一连接板设有连接杆，所述第二连接板设有与连接杆匹配的连接孔，所述连接杆插入连接孔。具体的，第一连接板和第二连接板均呈半圆形，当连接杆插入连接孔时，第一连接板和第二连接板形成一圆环，此圆环的内孔尺寸大于重力撞击件底面的尺寸，可避免重力撞击件撞击井盖。同时此设置还进一步保证了快速拆装支撑架的稳定性。

如图7所示，所述重力撞击件包括铸铁部和橡胶层，所述铸铁部的下端设有撞击面，所述橡胶层固定于撞击面。设置橡胶层既进一步仿真车辆的轮胎自由下落到井盖，也可避免铸铁部直接撞击井盖而导致井盖的损坏。为方便制造和安装，本发明的铸铁部制造成空心铁球，此空心铁球包括上端的球状部和下端的饼状部，此饼状部的截面可为圆形或矩形，从而保证其空心铁球可模拟车轮相当的撞击面积。

如图6所示，所述测量组件包括测量架和激光测距传感器，所述激光测距传感器通过测量架安装于顶盘，且所述激光测距传感器位于检测通道的正上方。具体的，激光测距传感器的激光信号穿过检测通道以到达位于下方的井盖，从而测量出激光测距传感器与井盖盖面之间的距离。通过测量井盖受到撞击后的两次距离，以确定井盖的变形量。

基于既有路面井盖承载能力现场快速检测装置的检测方法，采用上述的既有路面井盖承载能力现场快速检测装置，包括以下步骤：

S1、在现场快速组装好检测装置，使重力撞击件位于井盖的上方，此时测量组件的激光测距传感器检测井盖的盖面与激光测距传感器之间距离为D

S2、接着卷扬机将重力撞击件拉到设定的高度后再释放，以使重力撞击件以自由落体方式下落，从而撞击井盖，然后测量组件中的激光测距传感器再次检测井盖的盖面与激光测距传感器之间距离为D

δ’＝D

S3、基于δ’与δ

当δ’＜δ

当δ’≥δ

法向最大压缩量δ

其中，δ

其中，模拟变形量δ由以下方式得到：

当车辆轮胎下落通过井盖错台位置时，当速度较低时，车辆轮胎将绕着顶点转动；而当达到一定车速时，车轮出现跳车现象，现实状况往往是该类情况。

发生跳车情况以物体平抛运动求解：

X＝v

Y＝1/2g*t^2，

则

则

其中，X为水平移动距离，v

考虑到重型车辆车胎直径和市政公路井盖直径的尺寸大小，当车胎中心完全坠落到井盖中心时，会对井盖产生最大的变形工况，井盖半径为R

忽略空气等阻力，则车胎对井盖的冲击能量E

其中，m为行驶车辆的质量的1/4，h为路面与井盖的盖面之间的高度。

考虑到车辆车胎并非假设的一个质点，下落过程也并非完全的平抛运动，以及当车辆触碰井盖时往往会有刹车状况，且井盖属于薄壁刚性板，其平面内刚度无限大，所以保守考虑该冲击能量被井盖本身垂直方向完全吸收。

则按照该冲击能量设计基于自由落体运动的既有路面井盖承载能力现场快速检测装置，其参数主要为：

则

其中，E

符合实际的M、H理论值，令M＝2吨，市面上钢材重量参数为7.86吨/立方米，则2吨铁球为0.254立方米的体积，球型半径约0.39m，实际按空心铁球三维详图来设计尺寸参数。

根据公路工程技术规程，吨位最大的120t轮式牵引车，最大轴重为30t(300kN)，最多只可能有一侧车轮完全压在井盖上。h取现场调研所得的路面与井盖最大高差为10cm，R

轮式牵引车的单轮宽为50cm，触地长度为20cm，接地面积为1000cm

假定井盖和空心铁球均符合Hertz接触理论的基本条件，在空心铁球撞击井盖的过程中，接触压力、理论变形量的关系为

式中：Pe为接触压力；E为等效弹性模量；R为等效半径；δ为理论变形量。

式中：E

式中：R

在本发明机械结构中(在完全弹性范围内)，质量为M的空心铁球以H高度自由落体撞击井盖，忽略极小量的能量消散，视空心铁球的重力势能全部转化为井盖整体弯曲变形能及接触区域的局部弹性变形能。

井盖的抗弯刚度为

通过弹性力学相关公式推导井盖所产生的弯曲变形能近似为

1)矩形井盖：

2)普遍类型为圆形井盖，令井盖圆的面积简化为同等面积的正方形：

πR

式中：s为井盖的厚度，a和b分别为矩形井盖的长度和宽度，Ew为井盖的弯曲变形能。

根据能量守恒得

式中只有δ为未知量，通过Matlab求解出来。

采用本发明的方法既有路面井盖进行检测时，可快速搭建检测装置，检测效率高，且不需要复杂的运算，检测准确度高，可精确反应井盖的当前的性能状况，保证了路面的安全性。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。