专利名称：一种结构与土相对位移的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，尤其是特别涉及一种结构与土相对位移的测量装置。
背景技术：
土木水利工程中，各种结构在外力作用下产生的位移是非常值得关注的一个问 题，位移的大小直接关系到结构的稳定性，因此需要对其进行测量和监控。结构位移分为绝 对位移和相对位移。过去对结构位移的监测主要是测量绝对位移，例如，采用水准仪进行表 面沉降监测、利用全站仪进行表面水平位移观测以及利用测斜管进行土体内部水平位移监 测等。实际工程中，结构与其接触的土体之间发生的相对位移也是非常重要的监测参 数，相对位移的大小直接关系到结构的受力变形状态和稳定性。如地基基础工程中广泛应 用的桩基础与桩周土体之间发生的相对位移、挡土墙与地基土体接触面之间的相对位移、 面板堆石坝的混凝土面板与上游堆石体之间的相对位移、复合地基中桩顶刺入垫层的相对 位移等。在本发明之前，对结构与土相对位移的测量往往采取间接的方法，通过测量多个 参考点的绝对位移，用不同参考点之间的绝对位移之差计算相对位移。这种方法过程繁琐， 测量工作量大，成本高，而且误差较大，精度不高；在结构与土体内部，由于位移“不可见”， 这种方法往往无法实施。名称为“结构竖向相对位移自动测量装置”的实用新型专利(申请号00204386. 6) 公开了一种自动测量基础不均勻沉降及其他相对竖向位移的装置，该装置结构简单实用、 操作方便，但该装置由于使用液面高度的变化进行位移测量，因此只能测量竖向相对位移， 无法测量水平方向的相对位移或倾斜方向的相对位移；同时由于采用了液面高度的变化进 行测量，其结果受温度影响较大；当仪器埋设于结构内部，不能直接观察到液面的情况下， 只能通过导电液体电阻的变化来间接测量位移，增加了误差的积累；此外，该装置需要将两 端的外壳牢牢固定在结构上，而土体是一种非常松散柔软的结构，无法与该装置固定连接， 因此该装置无法测量结构与土体之间的相对位移。
发明内容本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，开发一种结构与土体之间相对位移的测
量装置。本实用新型的技术方案是一种结构与土相对位移的测量装置，包括位移传感器和护筒，其主要技术特征在 于所述位移传感器置于护筒内，一端通过第一万向节与护筒连接，另一端通过第二万向节 与刚性连杆连接，连杆通过护筒上的连杆出口伸出；所述的护筒上设置固定板。本装置埋设于土体中，固定板能将护筒固定在土体中，将连杆与待测结构相连，通
3过位移传感器测量结构与土体的相对位移。位移传感器通过万向节与护筒和连杆连接，可 以仅将测量方向的作用力传递给位移传感器。所述的位移传感器可采用工程中常用的正弦式位移计。所述的连杆护筒外一端可设连接板，开有螺栓孔，用于与结构相连。所述的固定板为固定在护筒外壁上的一个或多个片状物。所述的位移传感器与读数仪相连，通常的方法是通过数据线与读数仪相连。将本实用新型用于测量结构与土相对位移，主要步骤如下根据所需测量的相对 位移大小和方向大致确定位移传感器和连杆的初始位置；将护筒和固定板埋置于土体中； 将连杆与被测结构固定连接；将位移传感器与读数仪连接，读取仪器的初始读数；工程施 工后，结构受力产生位移，带动与其固定连接的连杆运动，连杆的运动引起位移传感器读数 的改变；根据工程监测的需要，每隔一定的时间测量一次读数，根据读数计算出结构的相对 位移。本发明的优点和效果在于(1)将护筒埋设于土体中，由于固定板具有较大的面积，因此承受的土压力也较 大，而连杆拉动位移传感器的力相对较小，因此固定板能在土体中滞留不动，使与之连接的 测量装置护筒也固定不动，测量装置与土体位移完全相同，通过这种巧妙的方法将刚性的 测量装置固定于柔性的土体之中。(2)由于测量装置的位移传感器不限于某一方向，因此可以测量水平、竖直或倾斜 方向的位移，应用范围广。(3)由于仪器埋设于土体内部，通过数据线连接等方式可以测读结构与土内部的 数据，这样将隐蔽在内部不可见的相对位移可见化。(4)测量装置所反应的位移是结构与土的实际相对位移，是一种直接测量方法，该 实际相对位移直接通过数据线或其他方式传递给读数仪，因此测量误差仅来源于位移传感 器自身的误差，没有误差传递和误差积累，测量误差小。(5)测量装置的位移传感器可采用工程中常用的正弦式位移计，位移传感器技术 成熟，能直接利用现有的传感器，不需要另外单独开发，因此成本低，实施方便。本实用新型的结构与土相对位移的测量装置，结构简单，操作方便，成本低廉，以 极其简单的方法解决了实际工程中结构与土之间隐蔽性相对位移无法测量的难题，是一种 非常实用的方法。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细描述。本实用新型的保护范 围并不以具体实施方式
为限，而是由权利要求加以限定。
图1本实用新型装置结构示意图；图2图1所示结构的俯视图；图3顶部固定板示意图；图4底部固定板示意图；图5中部固定板示意图；图6多固定板示意图；[0029]图7桩顶刺入量测量示意图；图8图7中A的放大具体实施方式
如图1和图2所示，一种结构与土相对位移的测量装置，由位移传感器1、护筒3、 连杆11、固定板10组成。护筒3可选圆柱形，位移传感器1置于其中。位移传感器1下端通过第一万向节 21与护筒3底板连接，位移传感器1上端通过第二万向节22与连杆11相连接。万向节21、 22的作用是使位移传感器1能前后左右自由运动，当连杆11主要沿位移传感器测量方向运 动时，连杆11仅传递测量方向作用力给位移传感器1，而不能传递弯矩，从而使位移传感器 1内部的传力杆不会因为弯曲被卡死。与位移传感器1相连的连杆11通过护筒3上的连杆出口 6伸出护筒3 ；连杆11护 筒外一端为连接端，可采用各种已知方式用于与结构进行固定连接，如焊接、粘接或螺栓连 接，比如实施例中连杆11护筒外一端设连接板8，为圆形，中心开有螺栓孔9。连杆11应具 有足够的刚度，使之带动位移传感器1运动时受力变形很小，不会影响测量精度。根据所测 量结构和相对位移的方向，连杆11可在制作时根据需要弯折成不同形状。固定板10为具有一定面积的片状物，固定在护筒3外壁上，优选垂直于护筒3轴 向固定。例如护筒为圆柱形，可选固定板10为圆环形薄片，围绕并固定在护筒3外壁上，根 据测量需要，固定板10可位于护筒3顶部(如图3)，或位于护筒3底部(如图4)，或位于 护筒3中部(如图5)，或有多个固定板10与护筒3固定连接(如图6)。固定板10的直径 可取20 30cm，当土体强度较低时，固定板10直径可适当增加。位移传感器1通过数据线5与读数仪12相连。与位移传感器1相连的数据线5 通过护筒3上的数据线出口 7伸出后，与读数仪12相连。位移传感器1可采用工程中常用 的正弦式位移计，读数仪12采用频率仪。本实用新型的测量装置，结构与土相对位移的测量方法主要技术步骤如下根据 所需测量的相对位移大小和方向大致确定位移传感器1和连杆11的初始位置；将护筒3和 固定板10埋置于土体中，固定板10由于具有较大的面积，承受了一定的土压力，因此连杆 11拉动位移传感器1运动时，固定板10和护筒3能固定在土体中；连接板8与被测结构固 定连接；将数据线5与读数仪12连接，并读取仪器的初始读数；工程施工后，结构受力产生 位移，带动与其固定连接的连杆11运动，连杆11的运动引起位移传感器1读数的改变；根 据工程监测的需要，每隔一定的时间测量一次读数，根据读数计算出相对位移。当结构与土体可能发生多个方向的位移时，还可在不同方向同时埋设多个测量装 置，即可同时测量多个方向的相对位移。实施例1如图1和图2所示，一种结构与土相对位移的测量装置，由位移传感器1、护筒3、 连杆11、固定板10组成。位移传感器1为正弦式位移计，置于圆柱形护筒3中，圆环薄片状 固定板10固定在护筒3顶部。位移传感器1下端通过第一万向节21与护筒3底板连接， 位移传感器1上端通过第二万向节22与连杆11相连接。连杆11为刚性，另一端通过护筒 3上的连杆出口 6伸出护筒3，该端为圆形连接板8，中心开有螺栓孔9。采用频率仪作为读数仪12，数据线5通过护筒3上的数据线出口 7伸出后，与读数仪12相连。将上述测量装置用于实际工程测量。复合地基是一种常用的地基处理方法，如图7、图8所示，复合地基通过铺设在桩 基16上的褥垫层15来调整桩土荷载分担。复合地基受力后，桩基16顶部会刺入褥垫层 15，本实用新型之前，桩基16顶部的刺入量难以准确测量。本实用新型将上述测量装置按 位移传感器1测量方向埋入桩间土 14中，使固定板10接近桩周土 14表面；在桩基16顶部 用冲击钻打一小孔，用膨胀螺栓13穿过连接板8上的螺栓孔9插入小孔中，并拧紧从而将 连接板8固定在桩基16顶部。当复合地基受力后，桩间土 14下沉，使固定板10在土压力 作用下也跟着下沉，桩基16顶部刺入垫层15，桩土之间发生相对位移，通过连杆11带动位 移传感器1运动，从而产生读数的变化，由此可以测读出相对位移大小，即刺入量。
权利要求一种结构与土相对位移的测量装置，包括位移传感器(1)和护筒(3)，其特征在于所述位移传感器(1)置于护筒(3)内，一端通过第一万向节(21)与护筒(3)连接，另一端通过第二万向节(22)与刚性连杆(11)连接，连杆(11)通过护筒(3)上的连杆出口(6)伸出；所述的护筒(3)上设置固定板(10)。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的固定板(10)为固定在护筒 (3)外壁上的一个或多个片状物。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述连杆(11)的护筒(3)外一端设 开有螺栓孔(9)的连接板(8)。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的位移传感器(1)为正弦式位 移计。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的护筒(3)为圆柱形，所述的固 定板(10)为围绕并固定在在护筒(3)外壁上的圆环状薄片。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的位移传感器(1)与读数仪 (12)相连。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的位移传感器(1)通过数据线 (5)与读数仪(12)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种结构与土相对位移的测量装置，包括位移传感器(1)和护筒(3)，其特征在于所述位移传感器(1)置于护筒(3)内，一端通过第一万向节(21)与护筒(3)连接，另一端通过第二万向节(22)与刚性连杆(11)连接，连杆(11)通过护筒(3)上的连杆出口(6)伸出；所述的护筒(3)上设置固定板(10)。本实用新型的结构与土相对位移的测量装置，结构简单，操作方便，成本低廉，以极其简单的方法解决了实际工程中结构与土体之间隐蔽性相对位移无法测量的难题。
文档编号G01B21/02GK201637396SQ20102002222
公开日2010年11月17日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者丁选明, 李平, 杨贵, 陈育民 申请人:河海大学;南京河海科技有限公司