摘 要

桥梁水下墩柱结构受水流冲刷，淘刷，气蚀等影响，易产生较多表观缺陷。传统墩柱水下检测方法需要依靠潜水员下潜以及ROV设备进行检测，受施工环境影响大，人员和设备安全不能得到保障。

基于这一行业现状，本设计提出了一种水下墩柱表观缺陷综合检测平台，对平台的结构形式进行设计，采用以桁架结构为主体的紧固平台以及以金属检测杆为主体的检测平台，并在此基础上提出了一整套平台架设检测撤收方案。此外，本设计还基于ANSYS有限元结构计算软件，对检测平台的强度进行校核，结果表明，结构强度满足要求。

固定式水下综合检测平台作为辅助检测平台为检测设备提供搭载，增加了水下检测的稳定性和精确度，为水下施工技术提供了一种新思路。

关键词：检测平台；表观缺陷；工程应用；有限元仿真

Abstract

The structure of the underwater pier and pillar of the bridge is easily affected by water erosion, scouring, cavitation, etc., and is prone to produce many apparent defects. The traditional underwater detection method of pier columns needs to rely on divers diving and Rov equipment for detection. It is greatly affected by the construction environment and the safety of personnel and equipment cannot be guaranteed.

Based on the current status of this industry, this design proposes a comprehensive inspection platform for the appearance defects of underwater piers. The structure of the platform is designed, and the water fastening platform with the truss structure as the main body and the metal detection rod as the main body are used. Underwater detection platform, and on this basis, a whole set of platform erection detection and withdrawal plan is proposed. In addition, the design is also based on ANSYS finite element structural calculation software to check the strength of the inspection platform. The results show that the structural strength meets the requirements.

As the auxiliary detection platform, the fixed underwater comprehensive detection platform is provided for the detection equipment, which increases the stability and accuracy of underwater detection, and provides a new idea for underwater construction technology.

Key Words：Inspection platform; apparent defects; engineering application; finite element simulation

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1水下检测方法综述 2

1.2.2水下检测平台综述 5

1.3目的及意义 6

第二章 水下墩柱表观缺陷综合检测平台方案设计 7

2.1设计要求 7

2.2总方案设计 8

2.3 水下墩柱固定式检测平台设计方案 8

2.3.1紧固平台设计 9

2.3.2检测平台设计 12

2.4检测平台架设撤收及检测流程 14

2.4.1检测平台架设 14

2.4.2 检测流程 15

2.4.3 撤收流程 16

2.5检测平台可行性分析 16

2.5.1 检测设备可行性分析 16

2.5.2 平台结构可行性分析 18

2.6本章小结 18

第三章 有限元软件分析 20

3.1引言 20

3.2建模及分析软件介绍 20

3.3 参数的设定 21

3.4 定义材料及划分网格 22

3.5 施加约束 22

3.6 定义流场 23

3.7 施加载荷 23

3.8 计算结果与分析 24

3.9 本章小结 24

第四章 总结与展望 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1研究背景

桥梁具有工程造价高、损伤修复困难、病害不易发现等特征，是交通设施安全管理的关键节点，如图1所示为某桥梁图。目前，我国在役交通系统中，除了大量按照现行标准建设的新建桥梁以外，尚有不少建于上世纪五十至八十年代的桥梁仍服役于不同等级的道路，这些桥梁由于设计、施工技术的不完善和荷载等级偏低，加上长年处于超载、超限车辆的服役条件，有不少桥梁已经出现了材料老化，结构耐久性降低的情况。桥梁结构复杂，整体可能为水下结构和水下结构两部分。水上结构的病害检测和维修较为容易，通过传统技术工程手段就能做到。水下结构的特点是半隐蔽工程，检测手段相对比较缺乏、检测难度大，且检测作业有一定的风险，完成一座桥梁的全面检测工作需要较高的成本，这些因素导致桥梁在日常检查中水下结构的检测工作常被忽视或省略，而针对水下结构的维修养护工作也未得到实行。因此，提出一套完整、可靠的桥梁墩柱水下结构检测方案就显得较为重要^[4-5]。

图1 大型桥梁

作为桥梁结构的主要承重构件，桥梁的基础直接承受桥梁上部结构传递的载荷，其质量直接关系到桥梁结构的耐久性和安全性。 桥梁的水下基础承受各种主观和客观载荷，例如运营期的载荷，河流侵蚀和侵蚀，洪水，恶劣天气，船舶碰撞，风载荷，波浪力，温度和冰压，海水腐蚀。 它受各种因素影响。 随之而来的病害包括：地基开挖和支撑桥墩的埋葬深度减小，地基的沉陷和滑坡，混凝土的裸露和肋骨和锈蚀，侵蚀，河床路面损坏。 施工原因导致基础的收缩和膨胀。上述病害会对桥梁的安全运营造成巨大压力，因此水下基础检测是桥梁检测行业的研究重点。如图2所示为桥梁病害图。

桥梁墩柱结构主要损害包括蜂窝麻面、外露钢筋、以及混凝土的剥落和保护层的丢失。其中三者相互影响，表面的蜂窝麻面导致外部的腐蚀介质更易进入混凝土内部，破坏保护层，导致钢筋的锈蚀，钢筋的锈蚀会使其体积膨胀，从而导致混凝土的脱落剥离，混凝土的脱落剥离会进一步加速腐蚀介质的钢筋的侵蚀。三者相互影响。病害特征往往是同时出现的。另外这些病害导致的主要危害就是桥梁承载力下降、安全性能变差，使用年限减少。这三者通常都是同时出现的，同时由于位于水中，这就给桥梁的水下墩柱部分的病害的检测与维修造成了很大的难度。同时，水面附近的干湿飞溅区及其容易发生病害，这个区域的水况恶劣，流速较快，也给墩柱结构的病害检测造成了很大的困难^[4-6]。