一种监测变形缝两侧主体结构错动变形量的装置的制作方法

本发明涉及一种监测变形缝两侧主体结构错动变形量的装置。
背景技术：
：由于大型建构筑物工程或地下隧道等工程在使用过程中，受到周边施工、自然降水、地震、爆炸等人为或自然因素的影响，地基土体会发生不同程度的不均匀沉降或土体迁移，工程的主体结构会发生整体或局部的沉降变形。为了结构安全，在工程设计和施工过程中，均会根据需要设置抗震缝、沉降缝、伸缩缝等类型的变形缝。在发生变形时，变形缝两侧的结构构件会在竖直和两个水平方向发生相对变位移化，即发生竖直错动(Z方向相对位移)、水平错动(X方向相对位移)、水平间距变化(Y方向相对位移)。目前对工程结构变形缝两侧主体结构变形的监测手段为：在水平方向和竖直方向各安装位移传感器或裂缝计，通过传感器直接测量两侧主体结构的相对变形。目前，监测变形缝两侧主体结构竖向错动(Z方向相对位移)、水平错动(X方向相对位移)时，要在变形缝处设置一支水平位移传感器，一支竖向位移传感器，并将传感器两端分别固定在变形缝两侧的结构上，捕捉变形缝两侧主体结构的相对位移量。上述现有技术方案主要存在以下两点缺陷：(1)由于现有传感器的安装支架都是固定在两侧主体结构上，在变形缝两侧主体结构发生相对错动时，传感器会发生系统误差，导致监测数据出错。以仅发生X方向错动为例，变形缝处设置的水平位移传感器会发生拉伸或收缩变形，监测到的数据是准确的X方向错动变形量，但同时，由于竖直位移传感器的两个安装点之间的位置发生了变化，两安装点之间的距离变大，竖直位移传感器会出现拉伸变形，错误的显示结构在发生水平向错动的同时存在竖直错动。同理，在仅发生竖直错动时，水平位移传感器也会显示发生了水平向错动。在发生两个方向的错动变形时，传感器的数据会出现较大的误差，进而影响技术人员对结构检测数据的准确分析。(2)监测两个方向的错动变形需使用两个传感器分别对两个方向进行监测，两个传感器的数据采集需要占用采集仪上两个数据通道。同时监测装置占用空间也较大，尤其是在地下隧道中监测结构变形时，传感器均垂直于隧道结构表面安装，安装后对隧道的通行和使用均会造成一定的影响。技术实现要素：为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种监测变形缝两侧主体结构错动变形量的装置，其仅采用一只双轴倾角传感器的方式，监测变形缝两侧主体结构的水平和竖直方向的变形量，解决了上述的现有技术的系统误差问题。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种监测变形缝两侧主体结构错动变形量的装置，其用于监测变形缝两侧主体结构在水平和竖直方向的错动变形量，其特征在于，包括双轴倾角传感器、第一支架、第二支架、传感器安装板及连接轴；所述双轴倾角传感器安装在所述传感器安装板的上表面上，用于监测所述变形缝两侧主体结构在水平和竖直方向的错动变形量；所述第一支架和第二支架分别安装在所述变形缝两侧主体结构上；所述传感器安装板设置于所述连接轴上，所述连接轴与所述第一支架连接。在上述技术方案的基础上，本发明还可做如下改进。进一步，所述第一支架包括第一水平杆，所述第一水平杆的第一端设置有安装轴，所述安装轴未与所述第一水平杆连接的一端与所述连接轴连接。进一步，所述第一水平杆的第二端安装在所述变形缝两侧中的第一侧的主体结构上。进一步，所述第一支架还包括第一竖直杆，所述第一竖直杆与所述第一水平杆垂直，所述第一竖直杆的第一端与所述第一水平杆连接；所述第一竖直杆的第二端安装在所述变形缝两侧中的第一侧的主体结构上。进一步，所述安装轴上沿其径向方向设置有用于安装第一限位销的第一销孔。进一步，所述第二支架包括第二水平杆，所述第二水平杆上沿其轴向方向间隔设置有两个用于安装梯形键的键槽，所述梯形键的两条平行边竖立于所述键槽中，且所述梯形键的任一个平行边的长度大于所述键槽的深度。进一步，所述第二水平杆的一端安装在所述变形缝两侧中的第二侧的主体结构上。进一步，所述第二支架还包括第二竖直杆，所述第二竖直杆与所述第二水平杆垂直，且所述第二竖直杆的第一端与所述第二水平杆连接；所述第二竖直杆的第二端安装在所述变形缝两侧中的第二侧的主体结构上。进一步，所述连接轴包括金属杆、金属套筒及设置在所述金属套筒外壁上的金属条板；所述金属杆的第一端处沿其径向方向设置有与所述安装轴相配合的安装孔，以使得所述安装轴安装在所述安装孔中；所述金属杆上沿其径向方向设置有用于安装第二限位销的第二销孔及用于安装第三限位销的第三销孔；所述金属杆的第二端穿过所述金属套筒，并通过所述第二限位销和所述第三限位销限定所述金属套筒的位置；所述金属条板的平面与所述金属套筒的轴线平行，且所述金属条板设置于所述传感器安装板的下表面上。进一步，所述传感器安装板的一边缘处间隔设置有两个用于安装螺栓的螺孔，且安装于两个所述螺孔中的螺栓分别与两个所述梯形键一一对应，且所述螺栓的底端与所述梯形键的斜面接触。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明采用双轴倾角传感器可同时监测水平方向及竖直方向的位移变化，占用空间小，便于安装和维护；(2)本发明的双轴倾角传感器与变形缝两侧主体结构的连接均是间接的、非固定式的连接，当变形缝两侧主体结构发生相对位移时，不会对双轴倾角传感器产生硬性拉扯，从而可避免由于缺乏变形能力而造成监测数据的系统性误差；(3)本发明提供了两种结构的第一支架和两种结构的第二支架，可分别用于安装在变形缝两侧主体结构的水平面上或竖直面上。附图说明图1、2为本发明提供的监测变形缝两侧主体结构错动变形量的装置的结构示意图；图3、4为本发明提供的第一支架的结构示意图；图5至7为本发明提供的第二支架的结构示意图；图8为本发明提供的连接轴的结构示意图；图9为本发明提供的安装有双轴倾角传感器的传感器安装板的结构示意图。附图说明：1-变形缝两侧主体结构，1-1-变形缝，2-双轴倾角传感器，3-传感器安装板，4-第一支架，4-1-第一水平杆，4-2-第一竖直杆，5-第二支架，5-1-第二水平杆，5-2-第二竖直杆，6-梯形键，7-螺栓，8-连接轴，9-安装轴，10-第一销孔，11-键槽，12-金属杆，13-金属套筒，14-金属条板，15-安装孔，16-第二销孔，17-第三销孔。具体实施方式如图1、2所示，本发明提供的监测变形缝两侧主体结构错动变形量的装置，其用于监测变形缝两侧主体结构1在水平和竖直方向的位移变化，其包括双轴倾角传感器2、第一支架4、第二支架5、传感器安装板3及连接轴8；所述双轴倾角传感器2安装在所述传感器安装板3的上表面上，用于监测所述变形缝两侧主体结构1在水平及竖直方向的位移变化；所述第一支架4和第二支架5分别安装在所述变形缝两侧主体结构1上；所述传感器安装板3设置于所述连接轴8上，所述连接轴8与所述第一支架4连接。如图2所示，图中1-1所示为变形缝，1所示为变形缝两侧主体结构。其中的双轴倾角传感器2同时监测水平和竖直方向的角度变化，精度应不低于0.05°，量程不小于10°。需要说明的是，结合
背景技术：
的描述，其中的水平方向即为X方向，竖直方向即为Z方向。其中的双轴倾角传感器即可监测变形缝两侧主体结构在X方向的错动变形量，即变形缝两侧主体结构发生水平错动的位移，还可监测变形缝两侧主体结构在Z方向的错动变形量，即变形缝两侧主体结构在发生竖直错动的位移。如图3所示，该第一支架4为“一”字形，其材质为不锈钢，第一支架4的直径可为10mm，即该第一支架4包括第一水平杆4-1，所述第一水平杆4-1的第一端设置有安装轴9，所述安装轴9未与所述第一水平杆4-1连接的一端与所述连接轴8连接；第一水平杆4-1的第二端安装在所述变形缝两侧中的第一侧的主体结构上，如柱、墙或板上。其中的安装轴9的轴表面平整光滑，并进行抛光处理，也可进行其他降低摩擦系数的技术处理。当安装表面为竖向时可采用该“一”字形的第一支架4。如图4所示，该第一支架4为“Г”形，即该第一支架4包括第一水平杆4-1和第一竖直杆4-2，所述第一竖直杆4-2的第一端与所述第一水平杆4-1连接；所述第一竖直杆的4-2第二端安装在所述变形缝两侧中的第一侧的主体结构上，如柱、墙或板上；所述第一水平杆4-1的第一端设置有安装轴9，所述安装轴9未与所述第一水平杆4-1连接的一端与所述连接轴8连接。其中的安装轴9的轴表面平整光滑，并进行抛光处理，也可进行其他降低摩擦系数的技术处理。当安装表面为水平面时可采用该“Г”形的第一支架4。为便于连接轴8与设置于第一支架4上的安装轴9的连接，其中的安装轴9上沿其径向方向设置有用于安装第一限位销的第一销孔10，通过该第一限位销可将连接轴8限定在安装轴9的一定位置上，便于连接轴8的安装。如图5所示，该第二支架5为“一”字形，直径可为15mm至20mm，即该第二支架5包括第二水平杆5-1，所述第二水平杆5-1上沿其轴向方向间隔设置有两个用于安装梯形键6的键槽11；所述梯形键6的两条平行边竖立于所述键槽11中，且所述梯形键6的任一个平行边的长度大于所述键槽11的深度。该第二水平杆5-1的一端安装在所述变形缝两侧中的第二侧的主体结构上，如柱、墙或板上。如图6、7所示，该第二支架5为“Г”形或“T”形，即该第一支架5包括第二水平杆5-1和第二竖直杆5-2，所述第二竖直杆5-2与所述第二水平杆5-1垂直，且所述第二竖直杆5-2的第一端与所述第二水平杆5-1连接；所述第二竖直杆5-2的第二端安装在所述变形缝两侧中的第二侧的主体结构上；所述第二水平杆5-1上其轴向方向间隔设置有两个用于安装梯形键6的键槽11。其中的两个键槽11的尺寸满足牢固安装梯形键6的要求，且槽内各面平整，例如键槽深度可至少为3mm，长度可为25mm，宽度可不小于10mm。梯形键6与键槽11相适配，该梯形键可为不锈钢材质，形状为直角梯形，梯形的腰，即梯形的两条非平行边的夹角为10°-15°，键厚度可不小于10mm，梯形的底，即梯形的两平行边的长度可至少为5mm，且均大于或等于第二支架5上键槽11的深度，梯形键6安装时，将梯形键6的两条平行边竖立安装于键槽11中，梯形键6斜面平整光滑，并进行抛光处理，也可进行其他降低摩擦系数的技术处理。如图8所示，其中的连接轴8包括金属杆12、金属套筒13及设置在所述金属套筒13外壁上的金属条板14；所述金属杆12的第一端处设置有与所述安装轴8相配合的安装孔15，以使得所述安装轴8安装在所述安装孔15中；所述金属杆12上沿其径向方向设置有用于安装第二限位销的第二销孔16及用于安装第三限位销的第三销孔17；所述金属杆12的第二端穿过所述金属套筒13，并通过所述第二限位销和所述第三限位销限定所述金属套筒13的位置；所述金属条板14的平面与所述金属套筒13的轴线平行，且所述金属条板14设置于所述传感器安装板3的下表面上。其中的金属杆12直径可为10mm，长度可为50mm至80mm，表面进行抛光处理，也可进行其他降低摩擦系数的技术处理，金属杆12上设置可拧进固定的第二限位销和第三限位销；金属杆12的第一端处设置有与所述安装轴9相配合的安装孔15，孔内壁平整并进行抛光处理，也可进行其他降低摩擦系数的技术处理，孔径与第一支架4上的安装轴9的外径相配合，可使得金属杆12绕安装轴9转动，通过第一支架4上的第一限位销限定在第一支架4上；金属杆12第二端穿入金属套筒13，可由金属杆12上的第二限位销和第三限位销限定金属套筒13的位置，金属套筒13的内径与金属杆12的直径相配合，壁厚可2mm至3mm，长度可为20mm，内壁进行抛光处理，可使得金属套筒13与金属杆12之间在Y方向上可产生相对移动；金属套筒13上金属条板14的尺寸可为10mm×(40mm至50mm)×2mm，焊接在金属套筒13上，表面平直，无变形现象，且金属条板14的平面与金属套筒13的轴线平行，并将该该金属条板14设置于所述传感器安装板3的下表面上。如图9所示，传感器安装板3的一边缘处间隔设置有两个用于安装螺栓7的螺孔，且安装于两个所述螺孔中的螺栓7分别与两个所述梯形键6一一对应，且所述螺栓7的底端与所述梯形键6的斜面接触。优选地，该传感器安装板3为铝材质，长方形，短边与双轴倾角传感器2的尺寸相同，长边比双轴倾角传感器2尺寸大15mm至20mm，板厚可为2mm至3mm。双轴倾角传感器2可通过另外的螺栓安装或可靠的胶粘剂粘贴在传感器安装板3上，传感器安装板3的一侧短边，例如可距边缘5mm处钻两个螺孔，孔径可为5mm至8mm，该两个螺孔中分别安装螺栓7，其中的螺栓7公称直径与传感器安装板3上螺孔内径相配合，螺栓7用螺母安装在传感器安装板3上，长度可为20mm，与螺栓7配合使用的螺母厚度不超过3mm，外径不大于10mm，螺栓7两端边缘做圆角处理，并进行抛光处理，也可进行其他降低摩擦系数的技术处理。在安装该传感器安装板3时，使得两个螺孔中的螺栓7的底部与第二支架5上的两个键槽11的斜面接触，且保证两个螺栓7的底部处于同一水平线上。当变形缝两侧主体结构在X方向发生位移变化时，第一支架4与第二支架5在X方向上随之发生位移变化，使得传感器安装板3与设置于第二支架5上的梯形键6在X方向上发生相对位移，从而改变了传感器安装板3上的两个螺栓7与两个梯形键6斜面的接触点，呈现出其中一个接触点低，另一个接触点高的现象，导致了位于传感器安装板3上的双轴倾角传感器2绕连接轴轴线转动，从而可根据该双轴倾角传感器2的转动角度计算变形缝两侧主体结构在X方向上的位移变化。当变形缝两侧主体结构在Z方向发生位移变化时，第一支架4与第二支架5在Z方向上随之发生位移变化，因传感器安装板一方面通过梯形键6与第二支架5接触，又通过连接轴8与第一支架4接触，导致了传感器安装板3发生倾斜，使得传感器安装板3上的双轴倾角传感器2绕X方向转动，同时，双轴倾角传感器2绕X方向转动带动金属套筒13及金属杆12一起绕X方向转动，即，使得金属杆12绕与之相连接的安装轴9转动，从而可根据该双轴倾角传感器2绕X方向的转动角度计算变形缝两侧主体结构在Z方向上的位移变化。另外，需要说明的是，在安装上述监测变形缝两侧主体结构错动变形量的装置时，除上述描述内容之外，还需满足以下条件：将双轴倾角传感器安装在传感器安装板上，使双轴倾角传感器的两个角度监测方向分别与传感器安装板的长边和宽边平行；传感器安装板3的两个长边的对称轴与所述连接轴8的中心轴处于同一竖直平面上，且相互平行；传感器安装板3上的两个螺栓的底端分别与对应的梯形键的斜面中点接触，并调整传感器安装板3上的螺栓在传感器安装板3下的长度，使得金属杆12处于水平状态，设置于所述第一水平杆4-1的第一端的所述安装轴9的中点与设置于所述第二水平杆5-1上的两个键槽11间的中点应处于同一水平面，设置于所述第二水平杆5-1上的两个键槽11中的两个所述梯形键的斜面向上，且两个所述梯形键的斜面中点与连接轴8的中心轴线处于同一水平面上。安装完成之后，可进行数据采集，根据双轴倾角传感器转动的角度，计算变形缝两侧主体结构在X方向及Z方向上的位移。设定第一水平杆4-1和第二水平杆5-1的横截面中心之间的水平间距为L，连接轴8轴心与螺栓-梯形键的接触点的水平距离为l；梯形键斜面与水平面夹角为ψ，变形缝两侧主体结构1在竖向上，即Z方向上的错动变形量为a，变形缝两侧主体结构1在水平方向上，即X方向上的错动变形量为b，双轴倾角传感器2沿X方向转动的角度变化量为α，沿Y方向转动角度变化量为β。当变形缝两侧主体结构1仅发生水平，即X方向上错动时，b与β的数学关系为：[b+l(1-cosβ)]tgψ＝lsinβ。a＝0；当变形缝两侧主体结构1仅发生竖向，即Z方向错动时：a＝Ltgα，b＝0；当变形缝两侧主体结构1发生水平和竖向，即X和Z方向错动时：a＝(L+c)tgα，根据上述公式、双轴倾角传感器转动的角度可及时判断变形缝两侧主体结构的位移变化。本发明提供的监测变形缝两侧主体结构的三向变形的装置，其采用双轴倾角传感器可同时监测第一水平方向及竖向方向的位移变化，占用空间小，便于安装和维护；另外，本发明的双轴倾角传感器和位移监测构件与变形缝两侧主体结构的连接均是间接的、非固定式的连接，当变形缝两侧主体结构发生相对位移时，不会对双轴倾角传感器和位移监测构件产生硬性拉扯，从而可避免由于缺乏变形能力而造成监测数据的系统性误差；再者，本发明提供了两种结构的第一支架和两种结构的第二支架，可分别用于安装在变形缝两侧主体结构的水平面上或竖直面上。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，各零部件的具体尺寸仅仅是为了示例性说明，本领域技术人员根据本发明的教导可以选择适当的尺寸来实现本发明的装置。以下给出了两个具体的实施例：实施例1测量墙的水平和竖直方向变形，安装表面为竖向，第一支架为“一”字形，直径为10mm；第二支架为“一”字形，直径为15mm，第二水平杆上的键槽深度为3mm，长度为25mm，宽度为10mm；梯形键斜面角度ψ＝10°，第一水平杆和第二水平杆的横截面中心之间的水平间距L＝100mm，连接轴轴心与螺栓-梯形键的接触点的水平距离为l＝20mm，a、b与α、β的对应值如表1所示。表1a(mm)α(°)b(mm)β(°)1.000.571.010.511.991.122.001.013.001.673.001.524.002.204.012.035.012.735.012.546.003.246.013.057.013.757.003.567.994.238.004.079.004.728.994.5810.015.2010.005.10实施例2测量墙的水平和竖直方向变形，安装表面为竖向，第一支架为“一”字形，直径为10mm；第二支架为“一”字形，直径为15mm，第二水平杆上的键槽深度为3mm，长度为25mm，宽度为10mm；梯形键斜面角度ψ＝15°，第一水平杆和第二水平杆的横截面中心之间的水平间距L＝100mm，连接轴轴心与螺栓-梯形键接触点水平距离为l＝20mm，a、b与α、β的对应值如表2所示。a(mm)α(°)b(mm)β(°)1.000.571.000.771.991.122.001.543.001.673.012.324.002.203.993.095.012.734.993.876.003.246.004.667.013.757.005.457.994.238.016.259.004.729.007.0410.015.209.997.84以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3