CN108007423A - 一种高精度测量土体中结构物变形的构造和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度测量土体中结构物变形的构造和安装方法，包含空心钢管、钢丝线、位移计、位移计支座、滑轮和铅垂，所述空心钢管第一端埋置于土体中，第二端伸出土体外，埋置于土体中的空心钢管末端部分由填充物封实，所述钢丝线穿过空心钢管和填充物，所述钢丝线第一端固定在结构物上，第二端与位移计滑杆末端连接，所述位移计固定于土体之外的位移计支座上，位移计滑杆前端与第二钢丝线相连，与位移计滑杆前端相连的第二钢丝线穿过滑轮，所述滑轮固定在与位移计保持同一水平线上，穿过滑轮的第二钢丝线由水平向转为竖向，并与铅垂相连；本发明结构设计简单、合理，测量装置安装容易，操作简单、材料容易获取，可重复利用性较高。

Description

一种高精度测量土体中结构物变形的构造和安装方法

技术领域：

本发明专利涉及桥梁工程、岩土工程等领域，尤其是涉及一种高精度测量土体中结构物变形的构造和安装方法。

背景技术：

随着我国工程建设事业的不断蓬勃发展，许多工程的设计与建设需要有科研理论基础作为支撑，尤其在基础工程，近海岸工程等领域。对于充分了解结构物与土之间的相互作用，这也是我国各个高等学府及科研院所所要研究的问题，因此，在科研试验甚至在实际工程应用中，采取相应高精度的方式来测量土体中结构物的变形，这将在相关领域取得重大的突破。

目前，对于结构物与土之间的相互作用，其主要在桩基与土、桥台与土、挡土墙等支护结构与土等相关领域进行。然而，为研究这些结构与土之间的相互作用性能，包括结构与土之间的位移响应等，目前，主要采取试验研究手段，其中包括现场原位试验及试验室内模型试验。对于测量埋置在土体中结构物的变形，如今最常用的是应变片测量法，应变片直接粘贴在结构物的表面，通过读取粘贴在结构表面的应变数据，并计算出结构在该部分的变形值。但是，应变片具有不稳定性，受外界影响因素较多，且对环境的要求高，尤其在土体里的应变片所受到土体环境的影响最为严重，同时在小位移情况下应变片测量结果误差较大，且结构开裂之后，应变片也即失效。由于结构与土响应的复杂性，往往应变片所测出来的位移并不能有效的反映出结构在土体中的实际变形状态，它仅仅代表了结构在某一时刻的位移变形量，而代表不了结构在全过程中所发生的变形形式。

发明内容：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度测量土体中结构物变形的构造和安装方法，其不仅结构设计合理、简单，而且安装高效便捷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：包含空心钢管、钢丝线、位移计、位移计支座、滑轮和铅垂，所述空心钢管第一端埋置于土体中，第二端伸出土体外，埋置于土体中的空心钢管末端部分由填充物封实，所述钢丝线穿过空心钢管和填充物，所述钢丝线第一端固定在结构物上，第二端与位移计滑杆末端连接，所述位移计固定于土体之外的位移计支座上，位移计滑杆前端与第二钢丝线相连，与位移计滑杆前端相连的第二钢丝线穿过滑轮，所述滑轮固定在与位移计保持同一水平线上，穿过滑轮的第二钢丝线由水平向转为竖向，并与铅垂相连。

优选的，所述空心钢管截面形状可采用圆形等，所述空心钢管的外径可选用6mm~10mm，所述空心钢管的壁厚可选用1mm~2mm,所述的空心钢管的材质主要以钢材为主，对强度并无特殊要求。

优选的，所述空心钢管第一端埋置于土体中，第二端伸出土体外，所述空心钢管的长度为L，所述埋置于土体中的空心钢管末端距离结构物0.1L~0.3L，所述空心钢管前端伸出土体外的部份为0.1L~0.2L。

优选的，所述埋置于土体中的空心钢管端头部分采用填充物封实，所述填充物封实的长度为管长的0.2L倍，所述填充物封实的直径为空心管的内径，所述填充物的材料可选用聚乙烯泡沫等材料。

优选的，所述埋置于空心钢管末端的填充物，所述填充物应设置为截面空心，其内径为1mm~2mm，内径用于穿设钢丝线，外径依据空心管的直径而定。

优选的，所述钢丝线穿过空心钢管，其一端固定在结构物上，另一端与位移计滑杆末端连接，所述钢丝线通过挂钩固定在结构物上，所述钢丝线直接绑在位移计滑杆的末端。

优选的，所述钢丝线应选取圆形截面形式，所述钢丝线应选用较细或细的直径，所述钢丝线的强度等级并无特殊要求，所述钢丝线的长度仅需满足整个装置的连接即可。

优选的，所述位移计固定于土体之外的位移计支座上，所示位移计支座应固定于距离伸出土体外钢管0.4L~0.8L，所述固定的位移计应与钢管及钢丝线保持在同一水平线上。

优选的，所述位移计滑杆的前端与第二钢丝线相连，并且与位移计滑杆前端相连的第二钢丝线穿过滑轮，所述第二钢丝线绑在位移计滑杆的前端，所述滑轮应固定，并保持与位移计及钢丝线在同一水平线上，所述穿过滑轮的第二钢丝线由原先的水平向改变为竖直向。

优选的，所述滑轮需选用带有凹槽轨道，所述滑轮的规格尺寸可与常规一致。

优选的，所述穿过滑轮的钢丝线与铅垂相连，所述铅锤的形式可选用常规规格，所述铅锤的质量可选用5kg~10kg，所述铅锤与钢丝线之间采用绑扎连接。

一种高精度测量土体中结构物变形的构造的安装方法，包含以下步骤：

（1）首先进行结构物的安装，接着在结构物相应测点处布置挂钩；

（2）然后进行土体分层填筑，土体填筑至第一个测点处；

（3）接着进行空心钢管的安置，空心钢管必须与测点保持为同一水平线上；

（4）绑扎钢丝线在结构物的挂钩上，钢丝线并穿过钢管与位移计滑杆的末端相连；

（5）位移计固定在位移计支座上，并保持位移计、钢丝线、空心钢管、测点四者在同一水平线上；

（6）另一条钢丝线与位移计滑杆的前端相连，并通过滑轮与铅锤连接；

（7）依此类推，当土体填筑至每一个测点位置时，均按上述（1）~（6）方式安装所述的高精度测量土体中结构物变形的构造措施。

目前采用应变片无法测量出桩基埋置在土体部分的累积变形现象，而通过位移计能够直接测量出这一现象，本发明主要原理是钢丝线在结构物与位移计之间起到了桥梁的作用，当结构物发生变形时带动钢丝线，钢丝线带动位移计，位移计产生位移数据，其有效的对土中结构的变形进行直接测量，同时，依靠铅垂的重量，能加大位移计的回弹力，保证钢丝线一直处于绷紧状态，使位移计与结构同步移动。所以，该结构装置的位移计测量值与结构实际发生的位移值相同，其不仅提高了位移计测量结构变形的精度，而且装置安装容易，操作简单、材料容易获取，可重复利用性高，受外界的影响因素小，测量结果可以直接输出位移值等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构设计简单、合理，测量装置安装容易，操作简单、材料容易获取，可重复利用性较高，采用加回弹力的位移计来直接测量结构物在土体中的变形，能精确有效的了解结构与土之间的位移响应结果，这将在我国结构物与土相互作用的试验研究中具有广阔的应用前景，并将对我国桥梁、岩土工程等研究领域起到一定的促进作用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明：

图1为本发明的整体示意图；

图2为空心钢管埋置于土体中示意图 ；

其中：1-结构物（混凝土桩基），2-土体，3-箱壁，4-填充物，5-空心钢管，6-位移计滑杆，7-位移计支座，8-位移计，9-钢丝线，91-第二钢丝线，10-滑轮，11-铅锤。

具体实施方式：

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1所示，一种高精度测量土体中结构物变形的构造，包含空心钢管5、钢丝线9、位移计8、位移计支座7、滑轮10、铅垂11等组成。所述空心钢管5一端埋置于土体2中，另一端伸出土体2外，所述埋置于土体2中的空心钢管5末端部分采用填充物4封实，所述钢丝线9穿过空心钢管，所述钢丝线9一端固定在结构物1上，另一端与位移计滑杆6末端连接，所述位移计8固定于土体2之外的位移计支座7上，所述位移计滑杆6的前端与钢丝线9相连，所述与位移计滑杆6前端相连的钢丝线9穿过滑轮10，所述滑轮10固定于与位移计8保持统一水平线上的位置处，所述穿过滑轮10的钢丝线9由水平向转为竖向，并与铅垂11相连。

在本发明实施例中，所述空心钢管5的截面形状并不做特殊限制，为便于购买及制作，一般采用市场上常用的圆形截面等，所述空心钢管5的外径可选用6mm~10mm，所述空心钢管5的壁厚可选用1mm~2mm,所述的空心钢管5的材质主要以钢材为主，对强度并无特殊要求，所述埋置于土体中的空心钢管5主要起到钢丝线9在土体2中的通道作用，同时在空心钢管5周围的土体2需要压实，避免试验过程土体2的流动对其位置产生影响。由于空心钢管5的截面尺寸相对于土体小很多，及空心钢管5不会影响结构与土之间的相互作用。

在本发明实施例中，所述空心钢管5一端埋置于土体2中，另一端伸出土体2外，所述空心钢管5的长度为L，所述埋置于土体2中的空心钢管5末端距离结构物0.1L~0.3L，还可视结构物1的实际变形而定，其主要是防止结构物1变形不会碰到钢管，对钢管5产生影响。所述空心钢管5前端伸出土体外的部份为0.1L~0.2L，其有效防止土体2外流，同时可以方便位移计8与钢丝线9容易与土体2中的钢管5保持在同一水平线上。所述空心钢管5伸出土体2外，主要是在箱壁3上挖除与钢管5截面尺寸相同的开口截面。

在本发明实施例中，所述埋置于土体2中的空心钢管5末端部分采用填充物4封实，所述填充物4封实的长度为管长的0.2L倍，所述填充物4封实的直径为空心钢管5的内径，所述填充物4的材料可选用聚乙烯泡沫等材料。所述填充物4应设置为截面空心，其内径为1mm~2mm，外径依据空心钢管5的直径而定。填充物4主要是为了防止土体2进入到空心钢管5里增大钢丝线9的摩擦力，同时穿过填充物4中心的钢丝线9能够保证其在钢管5内的走势也在中心处，所述钢丝线9不会碰到钢管5内壁，减小钢管5对钢丝线9的影响。

在本发明实施例中，所述钢丝线9穿过空心钢管5，其一端固定在结构物1上，另一端与位移计滑杆6末端连接，所述钢丝线9通过挂钩固定在结构物1上，所述钢丝线9直接绑在位移计滑杆6的末端。钢丝线9主要起到结构物1与位移计8之间的桥梁作用，结构物1发生变形时带动钢丝线9，钢丝线9带动位移计8，位移计8产生位移数据。

在本发明实施例中，所述钢丝线9应选取圆形截面形式，所述钢丝线9应选用较细或细的直径，所述钢丝线9的强度等级并无特殊要求，所述钢丝线9的长度仅需满足整个装置的连接即可。

在本发明实施例中，所述位移计8固定于土体2之外的位移计支座7上，所示位移计支座7应固定于距离伸出土体2外空心钢管5的0.4L~0.8L，所述固定的位移计8应与钢管5及钢丝9线保持在同一水平线上。

在本发明实施例中，所述位移计滑杆6的前端与钢丝线9相连，并且与位移计滑杆6前端相连的钢丝线9穿过滑轮10，所述钢丝线9绑在位移计滑杆6的前端，所述滑轮10应固定在同位移计8相距10cm~20cm的位置处，并保持与位移计8及钢丝线9在同一水平线上，所述穿过滑轮10的钢丝线9由原先的水平向改变为竖直向。滑轮10应采用带有凹槽的，其不仅能起到钢丝线9的转弯效果，同时还减小钢丝线9在该转弯处的摩擦力，减小误差。

在本发明实施例中，所述穿过滑轮10的钢丝线9与铅垂11相连，所述铅锤11的形式可选用常规规格，所述铅锤11的质量可选用5kg~10kg，所述铅锤11与钢丝线9之间采用绑扎连接。铅垂11自身有重量，由其重力所引起的钢丝线9拉力，使钢丝线9处于绷直状态，消除钢丝线9自身的扭曲及在土体2中的摩擦所带来的影响。

在本发明实施例中，一种高精度测量土体中结构物变形的构造，包括上述任意一项所述的高精度测量土体中结构物变形的构造，包含以下步骤：

（1）首先进行结构物1的安装，接着在结构物1相应测点处布置挂钩，挂钩埋置或粘贴于结构物1表面。

（2）然后进行土体2分层填筑，土体2填筑至第一个测点处；

（3）接着进行空心钢管5的安置，空心钢管5必须与测点保持为同一水平线上；

（4）绑扎钢丝线9在结构物1的挂钩上，钢丝线9并穿过钢管5与位移计滑杆6的末端相连；

（5）位移计8固定在位移计支座7上，并保持位移计8、钢丝线9、空心钢管5、测点四者在同一水平线上，位移计8采用的型号和量程依据结构1的变形量而定。

（6）另一条钢丝线9与位移计滑杆6的前端相连，并穿过滑轮10与铅锤11连接；

（7）依此类推，当土体填筑至每一个测点位置时，均按上述（1）~（6）方式安装所述的高精度测量土体2中结构物1变形的构造。

在本发明实施例中，从源头上解决了埋置于土体2中结构物1位移难测量的问题，与传统采用应变片测量法相比较，本发明所采用的方法测出的位移具有高精度，高效率，并能充分反映出结构1与土2之间的实际位移响应，在试验中能重复被利用，同时，该装置受到土体2扰动的影响较小。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的高精度测量土体中结构物变形的构造措施及其实施方式。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：包含空心钢管、钢丝线、位移计、位移计支座、滑轮和铅垂，所述空心钢管第一端埋置于土体中，第二端伸出土体外，埋置于土体中的空心钢管末端部分由填充物封实，所述钢丝线穿过空心钢管和填充物，所述钢丝线第一端固定在结构物上，第二端与位移计滑杆末端连接，所述位移计固定于土体之外的位移计支座上，位移计滑杆前端与第二钢丝线相连，与位移计滑杆前端相连的第二钢丝线穿过滑轮，所述滑轮固定在与位移计保持同一水平线上，穿过滑轮的第二钢丝线由水平向转为竖向，并与铅垂相连。

2.根据权利要求1所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述空心钢管截面形状为圆形，所述空心钢管的外径选用6mm~10mm，空心钢管的壁厚选用1mm~2mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述空心钢管的长度为L，所述埋置于土体中的空心钢管末端距离结构物0.1L~0.3L，所述空心钢管伸出土体外的部份为0.1L~0.2L。

4.根据权利要求3所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述填充物封实的长度为空心钢管管长的0.2L，所述填充物封实的直径为空心管的内径，所述填充物的材料选用聚乙烯泡沫。

5.根据权利要求3所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述填充物为空心截面，其内径尺寸略大于钢丝线的尺寸，外径依据空心管的直径而定；所述钢丝线穿过空心钢管，其第一端通过挂钩固定在结构物上，第二端直接绑在位移计滑杆的末端；所述挂钩采用钢材制成，所述挂钩直接粘贴于结构物表面。

6.根权利要求3所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述位移计固定于土体之外的位移计支座上，位移计支座应固定于距离伸出土体外的空心钢管0.4L~0.8L，所述固定的位移计应与钢管及钢丝线保持在同一水平线上。

7.根权利要求1所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述位移计滑杆的前端与第二钢丝线相连，并且与位移计滑杆前端相连的第二钢丝线穿过滑轮，所述滑轮应固定在距离位移计10cm~20cm的位置处，并保持与位移计及钢丝线在同一水平线上，所述穿过滑轮的钢丝线由原先的水平向改变为竖直向。

8.根权利要求1所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述滑轮带有凹槽轨道。

9.根权利要求1所述的一种高精度测量土体中结构物变形的构造，其特征在于：所述穿过滑轮的第二钢丝线与铅垂相连，所述铅锤的形式为常规规格，所述铅锤的质量选用5kg~10kg，铅锤与第二钢丝线之间采用绑扎连接。

10.一种如权利要求1~9任意一项所述高精度测量土体中结构物变形的构造的安装方法，包含以下步骤：

首先进行结构物的安装，接着在结构物相应测点处布置挂钩；

然后进行土体分层填筑，土体填筑至第一个测点处；

接着进行空心钢管的安置，空心钢管必须与测点保持为同一水平线上；

绑扎钢丝线在结构物的挂钩上，钢丝线并穿过空心钢管与位移计滑杆的末端相连；

位移计固定在位移计支座上，并保持位移计、钢丝线、空心钢管、测点四者在同一水平线上；

第二钢丝线与位移计滑杆的前端相连，并通过滑轮与铅锤连接；

依此类推，当土体填筑至每一个测点位置时，均按上述（1）~（6）方式安装所述的高精度测量土体中结构物变形的构造。