箱梁鋼筋定位自動檢測裝置

邵 云

(中鐵十七局集團第四工程有限公司，重慶 404100)

1 概述

基于目前京滬高鐵建設后張法預應力箱梁施工工藝中，箱梁鋼筋綁扎、鋼筋定位檢查及管控的自動化程度不高等特點，設計一個能替代鋼筋定位綁扎中人工測量檢查鋼筋定位情況的自動檢測裝置。以提高檢查鋼筋定位效率，提高檢測鋼筋定位精度。提高箱梁鋼筋綁扎質(zhì)量，預應力張拉質(zhì)量，最終保證箱梁質(zhì)量。

目前京滬高鐵在建，箱梁鋼筋綁扎生產(chǎn)線上都使用鋼筋綁扎胎具來定位鋼筋。鋼筋的定位是否準確關系到整個箱梁生產(chǎn)中底腹頂板鋼筋綁扎后的箱梁整體受力以及預應力液壓張拉施工的質(zhì)量。如果鋼筋胎具沒有把底腹頂板及保護層各鋼筋定位準確，鋼筋綁扎時就會出現(xiàn)偏差。同時預應力定位網(wǎng)的定位不準確，預應力孔道定位網(wǎng)片的安裝位置出現(xiàn)偏差，現(xiàn)有的檢查方式僅僅是工程師到鋼筋綁扎現(xiàn)場使用量具目視檢測，鋼筋繁多，很多位置隱蔽深入，無法測量。導致不能全面完整的檢查，而且人工檢測存在不精確，工作量大，不能及時發(fā)現(xiàn)問題點的情況。在不能很好的發(fā)現(xiàn)和及時解決問題的情況下，將此類鋼筋投入下一道澆筑工序中，以至于混凝土澆筑后的箱梁在整體受力以及預應力張拉方面存在質(zhì)量問題，由此可見鋼筋胎具定位檢測鋼筋綁扎情況的重要性。

現(xiàn)有的定位方式采用鋼筋胎具結構定位，就是在鋼筋胎具每處需要綁扎鋼筋處把接觸部分處理成凹槽或用角鋼來定位鋼筋位置，預應力定位網(wǎng)片的定位僅僅靠人工測量焊接安裝，而這樣定位安裝勢必會帶來鋼筋的位移形變。導致預應力孔道位置位移。人工安裝的工作量大，容易導致工人在綁扎時不易察覺，質(zhì)檢工程師檢查時工作量也相當大，因此不能及時發(fā)現(xiàn)并處理此類問題，所以有必要在鋼筋安裝在胎具上時設計一種能檢測出鋼筋安裝定位是否到位、是否彎折、尺寸是否到位的檢測裝置，并準確顯示出鋼筋安裝不準處的位置，提示工人立即修正。保證后張法預應力箱梁按照圖紙設計以及規(guī)范要求達到其應有的受力效果。

2 設計要求

鋼筋綁扎安裝工藝依據(jù):

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準》。

《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準》。

2.1 操作程序

1)梁體。

碰焊→下料→成型、制作定位網(wǎng)→擺放腹板定位網(wǎng)及箍筋→固定襯鐵→在胎模上定位底板箍筋→綁扎縱向水平筋→綁扎端部鋼筋→綁扎橫隔墻鋼筋→綁扎加強筋→掛墊塊→修整→綁扎腹板頂板兩根水平筋。

2)橋面。

碰焊→下料→成型→焊襯鐵→在胎模上定位底層鋼筋→固定襯鐵→擺放頂層鋼筋→穿扎縱向水平筋→綁扎擋碴墻及豎墻鋼筋→掛墊塊→安裝吊點加強網(wǎng)片→吊裝就位→綁扎加強筋→修整。

2.2 鋼筋的加工及綁扎質(zhì)量要求

1)受力鋼筋順長度方向，當L＞5 000 mm時容許誤差為±20 mm，當L≤5 000 mm時容許誤差為±10 mm。

2)彎起鋼筋的位置容許誤差±20 mm。

3)橋面主筋間距與設計位置偏差要求不大于15 mm。

4)箍筋間距偏差不大于15 mm。

5)腹板箍筋的不垂直度(偏離垂直位置)不大于15 mm。

6)鋼筋保護層與設計位置偏差值不大于5 mm。

7)其他鋼筋偏移不大于20 mm。

8)定位網(wǎng)在任何方向的偏差在距跨中4 m范圍內(nèi)不得大于4 mm，其余間位不得大于6 mm。

由以上鋼筋的加工及綁扎質(zhì)量要求看出鋼筋定位安裝中第6)，8)兩項質(zhì)量要求精度較高。

根據(jù)以上情況自主設計一個鋼筋保護層及預應力定位網(wǎng)鋼筋定位自動檢測裝置。定位檢測裝置必須在復雜的施工環(huán)境下準確檢測出位置所在處，并報警提示工人。同時該裝置必須具有簡易輕便，安裝方便，維護簡單快捷，檢測精確等特點。準確判斷出問題鋼筋所在的位置。替代人工測量目視檢查的繁瑣工作量和所帶來的誤差。

3 鋼筋保護層及預應力定位網(wǎng)的鋼筋定位方法

為了減少或消除因箱梁鋼筋保護層及預應力定位網(wǎng)鋼筋形變和安裝不到位而引起箱梁質(zhì)量問題，從以下幾方面分析。

3.1 電路元件

本技術是采用如下方案實現(xiàn)的:

1)傳感器。

根據(jù)接近開關具有不直接接觸鋼筋而進行位置檢測的屬性，且靈敏度高，頻率響應快，重復定位精度高，瞬變過程短，輸出功率大，急電特性好，工作穩(wěn)定可靠，使用壽命長等優(yōu)點。設計一控制電路。用于檢測受力鋼筋及預應力定位鋼筋的形變和安裝不到位，發(fā)出聲光報警，指導工人檢查報警點，找出報警原因，修正存在的質(zhì)量問題。接近開關是一種具有開關量輸出的位置傳感器。它既有行程開關，微動開關的特性，同時又具有傳感性能。此設計選用三線制PNP常開接近開關，三線制傳感器，負載接在電源地和信號線之間。具體內(nèi)外部電路見圖1，圖2，在鋼筋定位檢測裝置完整電路圖中標為SQ1～SQn(見圖3)。

圖1 傳感器內(nèi)部電路圖

圖2 傳感器外部電路圖

傳感器接近開關基本參數(shù):

a.電源電壓:DC12 V。

b.檢測距離根據(jù)工藝要求自選:4 mm，5 mm。

c.輸出電流:200 mA。

d.輸出模式:PNP常開。

2)三極管。

電流控制元件，利用基區(qū)窄小的特殊結構，通過載流子的擴散和復合，實現(xiàn)了基極電流對集電極電流的控制，使三極管有更強的控制能力。三極管具有對電流信號的放大作用和開關控制作用。所以三極管可以用來放大信號和控制電流的通斷。在電源、信號處理等地方都可以看到三極管，集成電路也是由許多三極管按照一定的電路形式連接起來，具有某些用途的元件。三極管是最重要的電流放大元件。這里采用三極管來控制聲報警元件工作。這里設計中用三極管的控制電流的通斷以及電流放大的特性來達到該檢測裝置的聲報警功能。采用型號9013三極管。鋼筋定位檢測裝置主電路中標為T9013(見圖3)。

三極管基本參數(shù)見表1。

圖3 鋼筋定位自動檢測主電路圖

表1 三極管基本參數(shù)表

3)顯示元件。

發(fā)光二極管(LED)是一種由磷化鎵(GaP)等半導體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當其內(nèi)部有一定電流通過時，它就會發(fā)光。利用這一特性，選用它作為顯示各檢測點的檢測情況，導通發(fā)光即為該檢測點鋼筋定位準確。鋼筋定位檢測裝置完整電路圖中標為D1～Dn，作為多個檢測點顯示燈。

4)其余電路元件。

a.電源:根據(jù)情況可采用固定式安裝或者便攜式使用。手持式比較輕便，選用一只12 V電瓶作為電路電源。若固定安裝，根據(jù)現(xiàn)場情況外接電源控制柜，通過鎮(zhèn)流降壓變AC220為DC12，變壓器加鎮(zhèn)流橋堆即可。

b.電路中設一兩檔轉(zhuǎn)換開關SB，用來開關總電源，便于檢修或平時長時間不使用切斷電源，減小電池損耗及避免電器元件加速老化和性能變化。

c.HL綠色指示燈，用于提示電路已投入工作，所有檢測正常。

d.RD線路保險，避免短路引發(fā)電路中電源和各電子元件的損壞。

e.HA聲光報警器，用于警示鋼筋定位安裝不到位或漏裝。

f.KD音量調(diào)節(jié)器，通過改變阻值來改變HA兩端電壓，達到音量調(diào)節(jié)。

本設計由以上電子元件組成，將這些電子元件固定安裝在根據(jù)主電路圖制成的電路印刷板上。根據(jù)現(xiàn)場情況設計了便攜式檢測裝置和固定安裝兩種方案。

3.2 具體工作原理設計

由圖3中看出，該原理圖中DC12 V直流電源為電路供電。通過兩檔轉(zhuǎn)換開關SB，開關整個電路工作。為接近開關SQ1～SQn供電，也為三極管9013提供靜態(tài)偏置。線路保險RD對電瓶進行保護(短路保護)，KD用來調(diào)整報警音大小。R1，R2為負載，為三極管9013與發(fā)光二極管提供靜態(tài)偏置。

裝上底腹頂板鋼筋保護層及預應力定位鋼筋網(wǎng)后，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關SB，此時，整個電路全部投入工作。SQ1～SQn如果檢測到工作。則Kn輸出低電平，即負電源信號，控制三極管T不導通(截止)。綠燈HL亮，聲光報警器不工作。

如某一接近開關如SQ2不工作或檢測不到定位鋼筋，其輸出R2為高電平，后級接近開關不工作。T導通，綠燈熄，D2熄，則D2位置底腹頂板鋼筋或開關有問題。

3.3 具體實施方式

1)箱梁胎具定位檢測:采用固定安裝檢測式，將制作好的定位檢測裝置與現(xiàn)場電源控制柜連接上線路，加裝降壓整流電源，使其AC380 V轉(zhuǎn)換為DC12 V，并裝上保險防止電路故障。后將檢測裝置置于工人比較容易操作的地方。在需要檢測鋼筋的檢測處將角鋼攻絲鉆孔，用以安裝接近開關。最后將各傳感器線路與檢測裝置盒相連，線路用穿線管或走橋架的方式保護線路。

2)其余各鋼筋保護層定位檢測:可采用設計的便攜式檢測尺。應用設計時可根據(jù)現(xiàn)場工藝情況設計尺長和設置接近開關數(shù)量，以選擇合適檢測的精度。將檢測尺放在需檢測的鋼筋上，將兩端固定好，調(diào)好水平，就可以找出中間未達到鋼筋工藝質(zhì)量要求的鋼筋位置，顯示問題點所在處并報警提示。再由工人修正鋼筋。

3)預應力孔道定位網(wǎng)鋼筋檢測方法:可采用便攜式檢測尺，將預應力孔道鋼筋定位網(wǎng)片所在的位置選擇好。因定位網(wǎng)片呈網(wǎng)格狀，所以只需檢測網(wǎng)格中各節(jié)點位置是否正確，即可判斷出定位網(wǎng)片的位置是否正確。所以將定位網(wǎng)片中的4排節(jié)點(自行選擇檢測點)水平對應在胎具支撐架上制作卡槽。要檢測定位網(wǎng)片時，將傳感器按定位網(wǎng)中節(jié)點尺寸調(diào)節(jié)好，將檢測尺固定在卡槽上，打開開關即可顯示各節(jié)點位置是否正確。

固定安裝檢測裝置優(yōu)勢:檢測點多，一次安裝到位，適合批量檢測。一人對多點。

便攜式檢測尺裝置優(yōu)勢:方便快捷，隨檢隨測，能深入人體不能到達的地方檢測。結構簡單，適合作工具使用。使用時自主選擇檢測點。

3.4 技術要求

1)一種后張法預應力箱梁施工工藝中的鋼筋保護層及預應力定位網(wǎng)的鋼筋定位自動檢測方法，其特征為:

a.檢測金屬的特性:這里檢測鋼制材料。

b.檢測準確:根據(jù)傳感器選用4 mm或5 mm達到檢測精度。靈敏度高，頻率響應快，重復定位精度高，瞬變過程短，輸出功率大，急電特性好，易安裝拆卸。市面上此類接近開關很多，性能基本一樣，不同的是輸入和輸出方式略有區(qū)別。這里采用LJ12A3-4-Z/BX或者LJ12A3-5-Z/BX。

c.檢測顯示:采用發(fā)光二極管顯示，一目了然。

d.檢測提示:聲報警裝置。

e.安裝簡易:固定安裝時需攻絲鉆孔，螺栓固定即可。線路穿線管或橋架保護。將控制部分裝于檢測裝置盒中，螺栓固定。檢測定位網(wǎng)片時使用檢測尺，需在胎具支撐架上安裝卡槽。

f.維護簡單:更換方便，一般主要是電源或接近開關出故障，拆卸線路更換安裝即可。

g.成本低廉:固定安裝檢測裝置材料及安裝根據(jù)檢測點多少大概在200元～1 000元內(nèi)。

可保證半年不出故障。便攜式檢測尺因外形外觀加工制作，大概在500元～1 000元內(nèi)。

2)實現(xiàn)如技術要求1)所述的鋼筋定位自動檢測裝置，按其特征分為兩種:固定式和便攜式。固定式已詳細說明就不提了，需提的是便攜式，外形結構簡單，檢測尺部分內(nèi)部稍有結構，特殊制作。

3)如技術要求2)所述的便攜式檢測裝置，其特征為:轉(zhuǎn)換開關刻度，可調(diào)整檢測點位置接近開關，用來檢測鋼筋固定螺栓，固定接近開關滑槽，移動接近開關到所要到的刻度電源，提供DC12 V，插裝式便于更換水準尺，顯示水平。

4 結語

本技術基于目前京滬高鐵建設后張法預應力箱梁施工工藝中，箱梁鋼筋綁扎鋼筋定位檢查及管控的自動化程度不高等特點，發(fā)明一個能替代鋼筋定位綁扎中人工測量檢查鋼筋定位情況的自動檢測裝置。解決目前沒有儀器對鋼筋進行自動定位檢測的問題，并提高鋼筋定位檢查效率，提高檢測鋼筋定位精度。提高箱梁鋼筋綁扎質(zhì)量，提高預應力張拉質(zhì)量，最終保證箱梁質(zhì)量。

總體來說，此設計是根據(jù)現(xiàn)場施工情況及施工工藝設計發(fā)明。制作簡單易行，定位檢測精度高，檢測點是否到位一目了然。整個發(fā)明所需材料包括電子元件、電源、線路線管的費用成本，耗費低，性能功能達到所需要求。而且為維護檢修減輕了工作量，能減少此類質(zhì)量問題，有效的提升工作效率、產(chǎn)品質(zhì)量。本設計所述的鋼筋定位自動檢測裝置及方法具有創(chuàng)新、自主設計，簡單快捷、科學合理、提高效率，提高質(zhì)量的特點。

[1] 鐵建設[2005]160號，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準[S].

[2] TB 10415-2003，鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準[S].