一种用于钢构件变形点的监测装置及监测方法与流程

本发明涉及钢构件变形测量和定位技术领域，具体涉及一种用于钢构件变形点的监测装置及监测方法。

背景技术：

钢结构工程因其施工周期短、结构断面小、自重轻，抗震性能好，在我国得到了迅猛的发展。这使得钢结构变形监测工作越来越重要，直接影响着建筑物本身的安全以及人民生命财产的安全。

目前国内钢结构建筑变形监测方法往往采用：精密三角测量法、距离或角度交会法、全站仪极坐标法和gps法等。在大跨度复杂钢结构工程变形监测中，通常选用全站仪极坐标测量配合棱镜或专用标靶贴片的测量方法。

在使用普通棱镜进行变形监测的时候，由于在变形监测点棱镜安置困难，需要在钢构件上预先焊制棱镜安置基座后再进行钢构件的拼接、就位，会对钢构件造成结构损伤，破坏钢构件外形。而使用专用标靶贴片测量精度时，测量精度会降低50%，且专用标靶贴片无法在圆形钢构件上使用。同时复杂钢结构工程的结构形式多样，测量角度多变，普通棱镜无法满足角度变换的需求。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明设计了一种用于钢构件变形点的监测装置，用于钢构件变形点的监测装置与测量基站的全站仪配合使用，用于钢构件变形点的监测装置包括：棱镜头、万向轴头、卡箍和底座。万向轴头包括转接头和旋转轴头，旋转轴头的一端为球形结构，另一端为圆柱形结构，转接头的上端与棱镜头固定连接，转接头的下端与圆柱形结构固定连接；卡箍内部的上端为与球形结构相配合的中空结构，球形结构设置在中空结构内，底座的一端设置在卡箍的内部，并与球形结构接触连接，底座的另一端为磁性结构，吸附在钢构件上。

优选的，卡箍包括卡箍本体、定位螺钉、锁紧螺钉、锁紧螺母和锁紧手柄。卡箍本体的内部的上端为与球形结构相配合的中空结构，球形结构设置在中空结构内；底座的一端设置在卡箍本体的内部，其中底座与卡箍本体的右侧通过定位螺钉固定，左侧通过锁紧螺钉和锁紧螺母固定，锁紧手柄与锁紧螺母连接。

优选的，底座包括转接筒、第一底座、第二底座和底座固定螺钉；转接筒的一端设置在卡箍本体的内部，并与球形结构接触连接，其中转接筒与卡箍本体的右侧通过定位螺钉固定，左侧通过锁紧螺钉和锁紧螺母固定，转接筒的下端与第一底座连接，第一底座和第二底座通过底座固定螺钉固定连接，第二底座为磁性结构，吸附在钢构件上。

优选的，卡箍本体上设有定位孔和第一锁紧孔，转接筒上设有耳板，在耳板上设有与第一锁紧孔相配合的第二锁紧孔，锁紧螺钉依次穿过第一锁紧孔和第二锁紧孔并与锁紧螺母连接，转接筒上还设有与定位孔相配合的定位螺孔，定位螺钉穿过定位孔并与定位螺孔连接，卡箍本体的顶端还设有用于加注润滑脂的润滑脂加注口。

优选的，锁紧螺母上设有用于安装锁紧手柄的锁紧手柄安装孔。

优选的，转接头的一端设有第一内螺纹，棱镜头的下端设有与第一内螺纹相配合的第一外螺纹，棱镜头与转接头通过第一内螺纹和第一外螺纹连接；转接头的另一端设有第二内螺纹，圆柱形结构上设有与第二内螺纹相配合的第二外螺纹，转接头和旋转轴头通过第二内螺纹和第二外螺纹连接。

优选的，卡箍本体的底端设有第三内螺纹，第一底座的上端设有与第三内螺纹相配合的第三外螺纹，卡箍本体与第一底座通过第三内螺纹和第三外螺纹连接，第一底座的底部设有底座固定螺孔，第二底座上与底座固定螺孔对应的位置设有第二底座安装孔，底座固定螺钉穿过第二底座安装孔并与底座固定螺孔连接。

基于同一设计思想，本发明提供了一种采用用于钢构件变形点的监测装置的钢构件变形点的监测方法，钢构件变形点的监测方法包括如下步骤：将万向轴头中旋转轴头的球形结构安装在卡箍本体的内部的上端与球形结构相配合的中空结构内；将转接筒一端设置在卡箍本体的内部，并与球形结构接触连接，并通过定位螺钉固定转接筒与卡箍本体的右侧，通过锁紧螺钉和锁紧螺母固定转接筒与卡箍本体的左侧，并将锁紧手柄安装在锁紧螺母上；将万向轴头的转接头安装在旋转轴头上，并在转接头的上端安装棱镜头；将第一底座安装在转接筒的下端，将第二底座安装在第一底座的下端，并通过底座固定螺钉固定，完成用于钢构件变形点的监测装置的组装；将组装完成的用于钢构件变形点的监测装置安装在钢构件上，并将用于钢构件变形点的监测装置调试到棱镜头的反射中心与测量基站的强制对中的点位同心；将全站仪架设在强制对中的点位上，对监测点的初始距离和测回角度进行测量并记录，每隔阈值时间再对监测点的距离和测回角度进行测量并记录，并与初始记录数据比对判断监测点是否发生变形。

优选的，将组装完成的用于钢构件变形点的监测装置安装在钢构件上，并将用于钢构件变形点的监测装置调整到棱镜头的反射中心与测量基站的强制对中的点位同心，包括如下步骤：将用于钢构件变形点的监测装置利用第二底座的磁性，吸附在钢构件上；通过调整万向轴头中旋转轴头的球形结构，以控制调整棱镜头，将棱镜头的反射中心调整到与测量基站的强制对中的点位同心；通过转动锁紧手柄带动锁紧螺母控制底座将万向轴头锁紧，以控制棱镜头不动。

优选的，将全站仪架设在强制对中的点位上，对监测点的初始距离和测回角度测量并记录，每隔阈值时间再对监测点的距离和测回角度测量并记录，并与初始记录数据比对判断监测点是否变形，包括如下步骤：将全站仪架设在强制对中的点位上，并调整全站仪视准轴十字丝中心与棱镜头的反射中心重合后进行初始距离测量，并记录；将全站仪以盘左位置瞄准测量为起始方向，读取水平度盘读数，并记录，顺时针转动全站仪对准棱镜头后读取水平读数，并记录，将全站仪倒转以盘右位置瞄准测量为起始方向，读取水平度盘读数，并记录，逆时针转动全站仪对准棱镜头后读取水平读数，并记录，根据盘左和盘右记录的数值得到初始测回角度值；每隔阈值时间重复一次以上步骤，并与初始记录数据比对，若多次测量的距离和测回角度均向同一方向持续变化，则钢构件变形，否则，钢构件未变形。

与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明用于钢构件变形点的监测装置及监测方法提供的底座为磁性结构，变形监测点在钢构件拼装就位前即可安置就位，吸附在钢构件表面，解决了工艺操作复杂，安装困难以及使用普通棱镜时因焊制棱镜安置基座对钢构件造成的结构损伤和外形破坏的问题。

2、本发明用于钢构件变形点的监测装置及监测方法提供的万向轴头能够进行360°旋转，通过锁紧螺钉锁紧螺母进行调整和固定实现多角度测量，提高了监测精度和效率。

3、本发明用于钢构件变形点的监测装置及监测方法提供的磁力结构的底座设置为可拆卸结构，安装快捷，操作方便。

附图说明

图1为本发明的用于钢构件变形点的监测装置的结构示意图。

图2为本发明的棱镜头的结构示意图。

图3为本发明的万向轴头的结构示意图。

图4为本发明的万向轴头的爆炸图。

图5为本发明的卡箍的结构示意图。

图6为本发明的卡箍的爆炸图。

图7为本发明的底座的结构示意图。

图8为本发明的底座的爆炸图。

附图标记：

1-棱镜头，11-第一外螺纹，2-万向轴头，21-转接头，211-第一内螺纹，212-第二内螺纹，22-旋转轴头，221-第二外螺纹，3-卡箍，31-卡箍本体，311-定位孔，312-第一锁紧孔，313-润滑脂加注口，32-定位螺钉，33-锁紧螺钉，34-锁紧螺母，341-锁紧手柄安装孔，35-锁紧手柄，4-底座，41-转接筒，411-耳板，412-第二锁紧孔，413-定位螺孔，414-第三内螺纹，42-第一底座，421-第三外螺纹，422-底座固定螺孔，43-第二底座，431-第二底座安装孔，44-底座固定螺钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本发明提供了一种用于钢构件变形点的监测装置，用于钢构件变形点的监测装置与测量基站的全站仪配合使用，如图1-8所示，用于钢构件变形点的监测装置包括：棱镜头1、万向轴头2、卡箍3和底座4。万向轴头2包括转接头21和旋转轴头22，旋转轴头22的一端为球形结构，另一端为圆柱形结构，转接头21的上端与棱镜头1固定连接，转接头21的下端与圆柱形结构固定连接。卡箍3内部的上端为与球形结构相配合的中空结构，球形结构设置在中空结构内，底座4的一端设置在卡箍3的内部，并与球形结构接触连接，底座4的另一端为磁性结构，吸附在钢构件上。

在一优选实施例中，卡箍3包括卡箍本体31、定位螺钉32、锁紧螺钉33、锁紧螺母34和锁紧手柄35。卡箍本体31的内部的上端为与球形结构相配合的中空结构，球形结构设置在中空结构内。底座4的一端设置在卡箍本体31的内部，其中底座4与卡箍本体31的右侧通过定位螺钉32固定，左侧通过锁紧螺钉33和锁紧螺母34固定，锁紧手柄35与锁紧螺母34连接。优选的，卡箍本体31的材料为铁。

在一优选实施例中，底座4包括转接筒41、第一底座42、第二底座43和底座固定螺钉44。转接筒41的一端设置在卡箍本体31的内部，并与球形结构接触连接，其中转接筒41与卡箍本体31的右侧通过定位螺钉32固定，左侧通过锁紧螺钉33和锁紧螺母34固定，转接筒41的下端与第一底座42连接，第一底座42和第二底座43通过底座固定螺钉44固定连接，第二底座43为磁性结构，吸附在钢构件上。优选的，接筒41和第一底座42的材料为铁，第二底座43的材料采用汝钢磁铁。

在一优选实施例中，卡箍本体31上设有定位孔311和第一锁紧孔312，转接筒41上设有耳板411，在耳板411上设有与第一锁紧孔312相配合的第二锁紧孔412，锁紧螺钉33依次穿过第一锁紧孔312和第二锁紧孔412并与锁紧螺母34连接，转接筒41上还设有与定位孔311相配合的定位螺孔413，定位螺钉32穿过定位孔311并与定位螺孔413连接，卡箍本体31的顶端还设有用于加注润滑脂的润滑脂加注口313。锁紧螺母34上设有用于安装锁紧手柄35的锁紧手柄安装孔341。

在一优选实施例中，转接头21的一端设有第一内螺纹211，棱镜头1的下端设有与第一内螺纹211相配合的第一外螺纹11，棱镜头1与转接头21通过第一内螺纹211和第一外螺纹11连接；转接头21的另一端设有第二内螺纹212，圆柱形结构上设有与第二内螺纹212相配合的第二外螺纹221，转接头21和旋转轴头22通过第二内螺纹212和第二外螺纹221连接。

在一优选实施例中，卡箍本体31的底端设有第三内螺纹414，第一底座42的上端设有与第三内螺纹414相配合的第三外螺纹421，卡箍本体31与第一底座42通过第三内螺纹414和第三外螺纹421连接，第一底座42的底部设有底座固定螺孔422，第二底座43上与底座固定螺孔422对应的位置设有第二底座安装孔431，底座固定螺钉44穿过第二底座安装孔431并与底座固定螺孔422连接。

实施例2

本发明提供了一种采用用于钢构件变形点的监测装置的钢构件变形点的监测方法，钢构件变形点的监测方法包括如下步骤：将万向轴头2中旋转轴头22的球形结构安装在卡箍本体31的内部的上端与球形结构相配合的中空结构内。将转接筒41一端设置在卡箍本体31的内部，并与球形结构接触连接，并通过定位螺钉32固定转接筒41与卡箍本体31的右侧，通过锁紧螺钉33和锁紧螺母34固定转接筒41与卡箍本体31的左侧，并将锁紧手柄35安装在锁紧螺母34上。将万向轴头2的转接头21安装在旋转轴头22上，并在转接头21的上端安装棱镜头1。将第一底座42安装在转接筒41的下端，将第二底座43安装在第一底座42的下端，并通过底座固定螺钉44固定，完成用于钢构件变形点的监测装置的组装。将组装完成的用于钢构件变形点的监测装置安装在钢构件上，并将用于钢构件变形点的监测装置调试到棱镜头1的反射中心与测量基站的强制对中的点位同心。将全站仪架设在强制对中的点位上，对监测点的初始距离和测回角度进行测量并记录，每隔阈值时间再对监测点的距离和测回角度进行测量并记录，并与初始记录数据比对判断监测点是否发生变形。

在一优选实施例中，将组装完成的用于钢构件变形点的监测装置安装在钢构件上，并将用于钢构件变形点的监测装置调整到棱镜头1的反射中心与测量基站的强制对中的点位同心，包括如下步骤：将用于钢构件变形点的监测装置利用第二底座43的磁性，吸附在钢构件上。通过调整万向轴头2中旋转轴头22的球形结构，以控制调整棱镜头1，将棱镜头1的反射中心调整到与测量基站的强制对中的点位同心。通过转动锁紧手柄35带动锁紧螺母34控制底座4将万向轴头2锁紧，以控制棱镜头1不动。

在一优选实施例中，将全站仪架设在强制对中的点位上，对监测点的初始距离和测回角度测量并记录，每隔阈值时间再对监测点的距离和测回角度测量并记录，并与初始记录数据比对判断监测点是否变形，包括如下步骤：将全站仪架设在强制对中的点位上，并调整全站仪视准轴十字丝中心与棱镜头1的反射中心重合后进行初始距离测量，并记录。将全站仪以盘左位置瞄准测量为起始方向，读取水平度盘读数，并记录，顺时针转动全站仪对准棱镜头1后读取水平读数，并记录，将全站仪倒转以盘右位置瞄准测量为起始方向，读取水平度盘读数，并记录，逆时针转动全站仪对准棱镜头1后读取水平读数，并记录，根据盘左和盘右记录的数值得到初始测回角度值。每隔阈值时间重复一次以上步骤，并与初始记录数据比对，若多次测量的距离和测回角度均向同一方向持续变化，则钢构件变形，否则，为测量误差，钢构件未变形。

实施例3

下面介绍本发明的一个优选实施方式的钢构件变形点的监测方法的具体过程：

首先，将万向轴头2中旋转轴头22的球形结构安装在卡箍本体31的内部的上端与球形结构相配合的中空结构内。将转接筒41一端设置在卡箍本体31的内部，并与球形结构接触连接，并通过定位螺钉32固定转接筒41与卡箍本体31的右侧，通过锁紧螺钉33和锁紧螺母34固定转接筒41与卡箍本体31的左侧，并将锁紧手柄35安装在锁紧螺母34上。将万向轴头2的转接头21安装在旋转轴头22上，并在转接头21的上端安装棱镜头1。将第一底座42安装在转接筒41的下端，将第二底座43安装在第一底座42的下端，并通过底座固定螺钉44固定，完成用于钢构件变形点的监测装置的组装。将用于钢构件变形点的监测装置利用第二底座43的磁性，吸附在钢构件上。通过调整万向轴头2中旋转轴头22的球形结构，以控制调整棱镜头1，将棱镜头1的反射中心调整到与测量基站的强制对中的点位同心。通过转动锁紧手柄35带动锁紧螺母34控制底座4将万向轴头2锁紧，以控制棱镜头1不动。将全站仪架设在强制对中的点位上，并调整全站仪视准轴十字丝中心与棱镜头1的反射中心重合后进行初始距离测量，并记录。将全站仪以盘左位置瞄准测量为起始方向，读取水平度盘读数，并记录，顺时针转动全站仪对准棱镜头1后读取水平读数，并记录，将全站仪倒转以盘右位置瞄准测量为起始方向，读取水平度盘读数，并记录，逆时针转动全站仪对准棱镜头1后读取水平读数，并记录，根据盘左和盘右记录的数值得到初始测回角度值。每隔3天重复一次以上步骤，并与初始记录数据比对，当重复3次测量的距离持续变远或变近，测回角度持续变大或变小，则需要将此观测点的观测间隔改为1天，若接下来五天测量的距离和测回角度还与之前变化趋势相同，则判定钢构件变形。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。