CN114717983B - 一种桥梁地基沉降形变监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地基形变监测技术领域，具体涉及一种桥梁地基沉降形变监测装置，其包括桥梁立柱和底座，底座内部还设有安装槽，内固定架的三个端点处均设有固定块，固定块内设有齿条；内活动架包括伸缩杆、固定套和支撑环；外伸缩架包括首尾相连且通过铰接柱转动连接的三个伸缩臂；外伸缩架通过传动结构设置于内固定架外侧；偏转驱动结构，配置成桥梁立柱发生倾斜，支撑环转动使得偏转驱动结构对应伸缩杆连接的固定套始终处于倾斜最低处；进而使得偏转驱动结构所在外伸缩架的内角始终指向倾斜最低方向，且为最小夹角。本发明可以实时监测桥梁立柱的倾斜方向，并通过观察外伸缩架指定夹角变化大小估计倾斜程度，提高了对桥梁立柱沉降形变的监测效果。

Description

一种桥梁地基沉降形变监测装置

技术领域

本发明涉及地基形变监测技术领域，具体涉及一种桥梁地基沉降形变监测装置。

背景技术

地基沉降是桥梁地基建造、生产或使用过程中面临的重大风险之一。地基沉降会诱发严重的桥梁坍塌安全事故，进而造成人员伤亡和非常严重的经济损失。因此，对桥梁地基沉降进行监测是十分重要的。而在现有技术中，桥梁地基沉降的形态大致分为两种，第一，均匀的沉降，这种形态是比较少见的，毕竟在建设工程初期会做地基地层勘探；而且相对来讲，其实时的危害是相对可控的。第二，桥梁地基大多受自然灾害影响，地基沉降往往是不均匀的，导致桥梁的支撑柱发生倾斜，且倾斜后的支撑柱很难判断倾斜方向和倾斜程度，其危害的程度非常大，沉降偏斜引起的后果反应速度是瞬时的，严重影响到了正常桥梁的安全使用。

发明内容

本发明提供一种桥梁地基沉降形变监测装置，以解决上述存在的倾斜后的支撑柱很难判断倾斜方向和倾斜程度、严重影响正常桥梁的安全使用的技术问题。

本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置采用如下技术方案：

一种桥梁地基沉降形变监测装置，包括上下延伸分布的桥梁立柱，还包括：底座、内固定架、内活动架、外伸缩架、传动结构和偏转驱动结构；

底座，为圆环形结构，且同轴地设置于桥梁立柱的外侧；底座内部还设有环形分布且朝向桥梁立柱一侧开口的安装槽，安装槽处还设有环形分布的多个可滑动的L型支杆；

内固定架，呈正三角形结构，且设置于支杆的顶端；内固定架的三个端点处均设有固定块，固定块内设有上下延伸的齿条，且齿条与固定块可上下滑动；

内活动架，设置于内固定架内部；包括伸缩杆、固定套和支撑环，支撑环可转动且不可移动地设置于桥梁立柱；固定套为设置于支撑环外侧壁且环形分布的多个；伸缩杆一端与齿条连接、另一端与固定套球形铰接；

外伸缩架，包括首尾相连且通过铰接柱转动连接的三个伸缩臂，伸缩臂上还设有用于读取桥梁立柱沉降和倾斜变化的刻度线；且初始状态，三个伸缩臂也呈正三角形结构；外伸缩架通过传动结构设置于内固定架的外侧且保持同步移动；外伸缩架、内固定架和内活动架初始处于同一水平面；

偏转驱动结构，配置成桥梁立柱发生倾斜，支撑环转动，使得偏转驱动结构对应伸缩杆连接的固定套始终处于倾斜最低处；进而使得偏转驱动结构所在外伸缩架的内角始终指向倾斜最低方向，且为最小夹角。

优选的，所述传动结构包括连杆、固定杆和连接耳；连杆一端与铰接柱垂直固定连接、另一端与固定杆垂直固定连接；连接耳为对称设置在固定块下端面的两个，且均开设有连接槽；固定杆包括竖直杆以及对称设置在竖直杆两端的横杆，且横杆与连接槽可滑动地匹配安装；横杆的上端面设有传动齿，且横杆与固定块之间还设有驱动件。

进一步优选的，所述驱动件包括第一齿轮、第二齿轮和凹槽；凹槽，设置在固定块内，且两侧还设有贯穿分布且可转动的横轴；第一齿轮，套设安装在横轴上且处于凹槽内，且与齿条啮合传动；第二齿轮为对称设置的两个，分别套设安装在横轴的两端，且处于固定块的外侧，第二齿轮与横杆上的传动齿啮合传动；且第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径。

进一步优选的，所述传动结构为环形均匀分布的三组。

进一步优选的，所述偏转驱动结构设置于其中一个传动结构的固定杆的下方，且包括支撑柱、滑套、滑动杆和压簧；支撑柱为对称设置在竖直杆两端且向下延伸的两个；滑动杆一端与支撑柱连接固定、另一端插设于滑套内；滑套的一端与连接耳连接固定，滑套与横杆平行设置且位于横杆的下方；压簧设置在滑套内，且一端与滑动杆连接、另一端与滑套连接。

进一步优选的，所述滑动杆、滑套和压簧为对称设置的四组。

优选的，所述支杆包括支板和支柱，支板滑动安装在安装槽内；支柱垂直支板向上延伸分布。

优选的，所述伸缩臂包括两个支撑臂和一个滑动臂，支撑臂的一端设有滑槽、另一端与铰接柱转动连接；滑动臂的两端分别与相邻支撑臂内的滑槽可滑动地匹配安装；且所述刻度线设置在滑动臂的上端面。

优选的，所述齿条的横截面为梯形结构，且固定块内设有上下延伸的固定槽，齿条与固定槽可上下滑动地匹配安装。

进一步优选的，在固定块内还设有用于伸缩杆上下滑动的滑道。

本发明的有益效果是：本装置通过设置内活动架与桥梁立柱转动连接，并随着桥梁立柱同步移动，实现了桥梁立柱发生的沉降变化或者沉降倾斜变化，能够直观地将变化形态传递给内活动架的形态变化；进而内活动架的形态变化通过传动结构直接作用在外伸缩架上，初始状态下，外伸缩架与内固定架等距设置，且均为正三角形结构；当桥梁立柱发生整体的均匀沉降时，支撑环随着桥梁立柱整体下移，同时带动三个伸缩杆进行同步下移，并通过传动结构整体长度的伸长，使得伸缩臂变长，带动外伸缩架整体的均匀外扩，此时外伸缩架整体仍然呈正三角形结构，便于从伸缩臂上的刻度线进行直观地读取和算出桥梁立柱的沉降度。

当桥梁立柱发生倾斜沉降变化时，由于不确定桥梁立柱的倾斜方向，本发明设置偏转驱动结构，使得当桥梁立柱倾斜时，驱使支撑环转动，使得偏转驱动结构对应伸缩杆连接的固定套始终处于倾斜最低处；由于偏转驱动结构设置在其中一个传动结构的下方，而传动结构又设置在外伸缩架和内固定架的一个角；进而使得偏转驱动结构所在外伸缩架的内角始终指向桥梁立柱倾斜的最低方向，且此外伸缩架的内角为三角形结构外伸缩架的最小内夹角，进一步通过三个伸缩臂的长度变化和刻度线得出桥梁立柱的倾斜方向，通过观察外伸缩架指定夹角，即是偏转驱动结构所在对应位置的夹角变化大小估计倾斜程度；从而解决了倾斜后的桥梁立柱很难判断倾斜方向和倾斜程度的难题，进一步通过后续的预防和维保措施，保证了桥梁正常使用的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置的整体结构立体图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2中的A-A向剖面视图；

图4为本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置的内固定架的示意图；

图5为本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置的传动结构的局部示意图；

图6本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置的内活动架的局部结构图；

图7为本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置的倾斜状态图；

图8为图7的俯视图；

图9为图8中的B-B向剖面视图；

图10为本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置的偏转驱动结构的局部结构图。

图中：1-桥梁立柱，2-底座，21-安装槽，22-支杆，23-支板，24-支柱，3-内固定架，31-固定块，32-齿条，33-滑道，34-固定槽，4-内活动架，41-伸缩杆，42-固定套，43-支撑环，5-外伸缩架，51-铰接柱，52-伸缩臂，53-刻度线，54-支撑臂，55-滑动臂，6-传动结构，61-连杆，62-固定杆，63-连接耳，64-连接槽，65-竖直杆，66-横杆，67-驱动件，671-第一齿轮，672-第二齿轮，673-凹槽，674-横轴，7-偏转驱动结构，71-支撑柱，72-滑套，73-滑动杆，74-压簧。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种桥梁地基沉降形变监测装置的实施例，如图1至图10所示；

一种桥梁地基沉降形变监测装置，包括上下延伸分布的桥梁立柱1，还包括：底座2、内固定架3、内活动架4、外伸缩架5、传动结构6和偏转驱动结构7。底座2，为圆环形结构，且同轴地设置于桥梁立柱1的外侧，作为该监测装置整体的支撑。底座2内部还设有环形分布且朝向桥梁立柱1一侧开口的安装槽21，安装槽21处还设有环形分布的多个可滑动的L型支杆22。如此设置，便于在支杆22转动时，使得支杆22能够适配上部结构的转动，并为后续的沉降监测和沉降倾斜变化的监测提供基础。支杆22包括支板23和支柱24，支板23滑动安装在安装槽21内；支柱24垂直支板23向上延伸分布。如此设置，起到支撑上方内固定架的作用。

内固定架3，呈正三角形结构，且设置于支杆22的顶端；内固定架3的三个角的端点处均设有固定块31，固定块31内设有上下延伸的齿条32，且齿条32与固定块31可上下滑动。齿条32的横截面为梯形结构，且固定块31内设有上下延伸的固定槽34，齿条32与固定槽34可上下滑动地匹配安装。在固定块31内还设有用于伸缩杆41上下滑动的滑道33。如此设置，便于适配齿条32只能在竖直上下方向上进行滑动，防止其相对固定块31移动。并进一步设置滑道33，便于伸缩杆41进行上下滑动进行桥梁立柱1沉降或沉降倾斜变化的传递。

内活动架4，设置于内固定架3内部；包括伸缩杆41、固定套42和支撑环43，支撑环43可转动且不可移动地设置于桥梁立柱1；固定套42为设置于支撑环43外侧壁且环形分布的多个；伸缩杆41一端与齿条32连接、另一端与固定套42球形铰接。通过设置内活动架4与桥梁立柱1转动连接，并随着桥梁立柱1同步移动，实现了桥梁立柱1发生的沉降变化或者沉降倾斜变化时，能够直观地将变化形态传递给内活动架4的位置形态变化，具体是桥梁立柱1的倾斜变化会使得三个伸缩杆41进行不同程度的拉伸或压缩，由此可直观地得出桥梁立柱1的沉降变化。

外伸缩架5，包括首尾相连且通过铰接柱51转动连接的三个伸缩臂52，伸缩臂52上还设有用于读取桥梁立柱沉降和倾斜变化的刻度线53；且初始状态，三个伸缩臂52也呈正三角形结构；伸缩臂52包括两个支撑臂54和一个滑动臂55，支撑臂54的一端设有滑槽、另一端与铰接柱51转动连接；滑动臂55的两端分别与相邻支撑臂54内的滑槽可滑动地匹配安装；且刻度线53设置在滑动臂55的上端面。外伸缩架5通过传动结构6设置于内固定架3的外侧且保持同步移动；外伸缩架5、内固定架3和内活动架4初始处于同一水平面。如此设置，在桥梁立柱1发生沉降或者沉降倾斜变化时，首先会使得内活动架4发生位置变化，进而通过传动结构6会带动外伸缩架5进行位置变化，从而在外伸缩架5的滑动臂55上的刻度线53，直观得出桥梁立柱1沉降或倾斜的形态变化。

偏转驱动结构7，配置成桥梁立柱1发生倾斜，支撑环43转动，使得偏转驱动结构7对应伸缩杆41连接的固定套42始终处于倾斜最低处；进而使得偏转驱动结构7所在外伸缩架5的内角始终指向倾斜最低方向，且为最小夹角。如此设置，由于偏转驱动结构7设置在其中一个传动结构6的下方，而传动结构6又设置在外伸缩架5和内固定架3的一个角，因此，通过设置偏转驱动结构7，使得通过外伸缩架5的形态变化，即可实时的监测桥梁立柱1的沉降或沉降倾斜变化。大大提高了该装置对桥梁立柱1的沉降形变监测。

在本实施例中，传动结构6包括连杆61、固定杆62和连接耳63；连杆61一端与铰接柱51垂直固定连接、另一端与固定杆62垂直固定连接；连接耳63为对称设置在固定块31下端面且向下延伸分布的两个，且均开设有连接槽64；固定杆62包括竖直杆65以及对称设置在竖直杆65两端的横杆66，且横杆66与连接槽64可滑动地匹配安装；横杆66的上端面设有传动齿，且横杆66与固定块31之间还设有驱动件67。通过设置传动结构6，实现了内活动架4和外伸缩架5由于桥梁立柱1沉降形变造成的位置组成结构的变化传递。

在本实施例中，驱动件67包括第一齿轮671、第二齿轮672和凹槽673；凹槽673，设置在固定块31内，且两侧还设有贯穿分布且可转动的横轴674；第一齿轮671，套设安装在横轴674上且处于凹槽673内，且与齿条32啮合传动；第二齿轮672为对称设置的两个，分别套设安装在横轴674的两端，且处于固定块31的外侧，第二齿轮672与横杆66上的传动齿啮合传动；且第一齿轮671的直径小于第二齿轮672的直径。传动结构6为环形均匀分布的三组。如此设置，当桥梁立柱1发生沉降形变，三个伸缩杆41会各自发生伸长或压缩的变化，对应的桥梁立柱1倾斜的方向必然是伸缩杆41伸长、下降的形态，进而使得对应的齿条32下移，带动第一齿轮671转动，第一齿轮671与第二齿轮672同轴同步转动，因此第二齿轮672会带动横杆66向外移动，使得对应的外伸缩架5一侧的内角变小，也是三角形结构伸缩架内角中最小的一个。然后通过外伸缩架5的伸缩臂52的长度变化，得出桥梁立柱1的沉降度或预估出桥梁立柱1的沉降倾斜度。

在本实施例中，偏转驱动结构设置于其中一个传动结构6的固定杆62的下方，且包括支撑柱71、滑套72、滑动杆73和压簧74；支撑柱71为对称设置在竖直杆65两端且向下延伸的两个；滑动杆73一端与支撑柱71连接固定、另一端插设于滑套72内；滑套72的一端与连接耳63连接固定，滑套72与横杆66平行设置且位于横杆66的下方；压簧74设置在滑套72内，且一端与滑动杆73连接、另一端与滑套72连接。滑动杆73、滑套72和压簧74为对称设置的四组。当桥梁立柱1发生倾斜沉降变化时，由于不确定桥梁立柱1的倾斜方向，本发明设置偏转驱动结构7，使得当桥梁立柱1倾斜时，驱使支撑环43转动，使得偏转驱动结构7对应伸缩杆41连接的固定套42始终处于倾斜最低处；由于偏转驱动结构7设置在其中一个传动结构6的下方，而传动结构6又设置在外伸缩架5和内固定架3的一个角；进而使得偏转驱动结构7所在外伸缩架5的内角始终指向桥梁立柱1倾斜的最低方向，且此外伸缩架5的内角为三角形结构外伸缩架5的最小内夹角，进一步通过三个伸缩臂52上长度变化，间接地读取和预估出桥梁沉降倾斜的变化程度。

工作过程：

首先将底座2放置在桥梁立柱1的外侧，底座2可采用分体式结构，便于安装和拆卸。进而将支撑环43也套设安装在桥梁立柱1上，支撑环43也可采用分体式组合结构。然后即可对桥梁立柱1进行沉降形变的监测。

初始状态下，外伸缩架5与内固定架3等距设置，且均为正三角形结构；当桥梁立柱1发生整体的均匀沉降时，支撑环43随着桥梁立柱1整体下移，同时带动三个固定套42和伸缩杆41进行同步下移，并通过齿条32与第一齿轮671的啮合传动，进而带动第二齿轮672与横杆66的啮合传动，使得三个均匀分布的横杆66向外伸长的量相同，使得外伸缩架5整体长度的伸长变化相同，即是使得伸缩臂52变长，带动外伸缩架5整体的均匀外扩，此时外伸缩架5整体仍然呈正三角形结构，此时工作人员便于从伸缩臂52上的刻度线53进行直观地读取或算出桥梁立柱1的沉降度。

当桥梁立柱1发生沉降倾斜变化时，由于不确定桥梁立柱1的倾斜方向，如图7所示，本发明设置偏转驱动结构7，使得当桥梁立柱1倾斜时，三个伸缩杆41对应的固定套42的高度不一，进而三个伸缩杆41带动齿条32的变化也不同，使得三个固定杆62的位移量也不一样。外伸缩架5不再是正三角形，外伸缩架5的一个内角会小于60度，此内角越小代表桥梁立柱1的倾斜形变越厉害。在滑套72和滑动杆73以及压簧74的配合作用下，使得对应连接伸缩杆41的固定套42，驱使支撑环43转动，使得偏转驱动结构7对应伸缩杆41连接的固定套42始终处于倾斜最低处；由于偏转驱动结构7设置在其中一个传动结构6的下方，而传动结构6又设置在外伸缩架5和内固定架3的一个角。进而使得偏转驱动结构7所在外伸缩架5的内角始终指向桥梁立柱1倾斜的最低方向，且此外伸缩架5的内角为三角形结构外伸缩架5的最小内夹角，进一步通过三个伸缩臂52的长度变化和刻度线53得出桥梁立柱1的倾斜方向，通过观察外伸缩架5指定夹角，即是偏转驱动结构7所在对应位置的夹角变化大小估计倾斜程度；从而解决了倾斜后的桥梁立柱1很难判断倾斜方向和倾斜程度的难题，进一步通过后续的预防和维保措施，保证了桥梁正常使用的安全性，该装置将桥梁立柱1的竖直沉降变化转化为水平运动便于测量和读取参数。进一步通过设置第二齿轮672的直径大于第一齿轮671的直径，可将桥梁立柱1的沉降量变化在外伸缩架5上长度变化量进行放大，便于测量桥梁立柱1的沉降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。

Claims (7)

1.一种桥梁地基沉降形变监测装置，包括上下延伸分布的桥梁立柱，其特征在于：还包括：底座、内固定架、内活动架、外伸缩架、传动结构和偏转驱动结构；

底座，为圆环形结构，且同轴地设置于桥梁立柱的外侧；底座内部还设有环形分布且朝向桥梁立柱一侧开口的安装槽，安装槽处还设有环形分布的多个可滑动的L型支杆；

内固定架，呈正三角形结构，且设置于支杆的顶端；内固定架的三个端点处均设有固定块，固定块内设有上下延伸的齿条，且齿条与固定块可上下滑动；

内活动架，设置于内固定架内部；包括伸缩杆、固定套和支撑环，支撑环可转动且不可移动地套设于桥梁立柱外侧；固定套为设置于支撑环外侧壁且环形分布的多个；伸缩杆一端与齿条连接、另一端与固定套球形铰接；

外伸缩架，包括首尾相连且通过铰接柱转动连接的三个伸缩臂，伸缩臂上还设有用于读取桥梁立柱沉降和倾斜变化的刻度线；且初始状态，三个伸缩臂也呈正三角形结构；外伸缩架通过传动结构设置于内固定架的外侧且保持同步移动；外伸缩架、内固定架和内活动架初始处于同一水平面；

偏转驱动结构，配置成桥梁立柱发生倾斜，支撑环转动，使得偏转驱动结构对应伸缩杆连接的固定套始终处于倾斜最低处；进而使得偏转驱动结构所在外伸缩架的内角始终指向倾斜最低方向，且为最小夹角；所述传动结构包括连杆、固定杆和连接耳；连杆一端与铰接柱垂直固定连接、另一端与固定杆垂直固定连接；连接耳为对称设置在固定块下端面的两个，且均开设有连接槽；固定杆包括竖直杆以及对称设置在竖直杆两端的横杆，且横杆与连接槽可滑动地匹配安装；横杆的上端面设有传动齿，且横杆与固定块之间还设有驱动件；所述驱动件包括第一齿轮、第二齿轮和凹槽；凹槽，设置在固定块内，且两侧还设有贯穿分布且可转动的横轴；第一齿轮，套设安装在横轴上且处于凹槽内，且与齿条啮合传动；第二齿轮为对称设置的两个，分别套设安装在横轴的两端，且处于固定块的外侧，第二齿轮与横杆上的传动齿啮合传动；且第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径；所述偏转驱动结构设置于其中一个传动结构的固定杆的下方，且包括支撑柱、滑套、滑动杆和压簧；支撑柱为对称设置在竖直杆两端且向下延伸的两个；滑动杆一端与支撑柱连接固定、另一端插设于滑套内；滑套的一端与连接耳连接固定，滑套与横杆平行设置且位于横杆的下方；压簧设置在滑套内，且一端与滑动杆连接、另一端与滑套连接。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁地基沉降形变监测装置，其特征在于：所述传动结构为环形均匀分布的三组。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁地基沉降形变监测装置，其特征在于：所述滑动杆、滑套和压簧为对称设置的四组。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁地基沉降形变监测装置，其特征在于：所述支杆包括支板和支柱，支板滑动安装在安装槽内；支柱垂直支板向上延伸分布。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁地基沉降形变监测装置，其特征在于：所述伸缩臂包括两个支撑臂和一个滑动臂，支撑臂的一端设有滑槽、另一端与铰接柱转动连接；滑动臂的两端分别与相邻支撑臂内的滑槽可滑动地匹配安装；且所述刻度线设置在滑动臂的上端面。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁地基沉降形变监测装置，其特征在于：所述齿条的横截面为梯形结构，且固定块内设有上下延伸的固定槽，齿条与固定槽可上下滑动地匹配安装。

7.根据权利要求6所述的一种桥梁地基沉降形变监测装置，其特征在于：在固定块内还设有用于伸缩杆上下滑动的滑道。

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