CN115012283A - 一种结构错台自动化监测方法 - Google Patents

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张轶
李志义
钟铧炜
陈伟
徐伟忠
俞金宏
杨峰
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Abstract

本发明涉及错台监测技术领域，尤其是一种结构错台自动化监测方法，在接缝两侧的结构之间设置倾斜测量装置，所述倾斜测量装置在接缝两侧的结构发生错台时产生转动，通过倾斜测量装置监测接缝两侧的结构在发生错台时倾斜角度变化，将所述倾斜测量装置所测得的倾斜角度变化换算为接缝两侧的结构之间错台的位移变化量。本发明的优点是：实现检测高效、高精度、自动、连续的错台监测；不仅可以测量出位移值，还可以测量出错台相对位移方向；不仅可以用于水平面竖向错台测量，也可以测量垂直面水平错台测量；结构简单、体积小巧、可靠、能自动化测量并输出监测成果。

Description

一种结构错台自动化监测方法
技术领域
本发明涉及错台监测技术领域，尤其是一种结构错台自动化监测方法。
背景技术
城市的地下道路，受地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工方面的诸多因素以及其他地下工程施工带来的土体扰动影响，在匝道伸缩缝处会产生高低错台和水平错台。具体来讲可表现为高填土下沉、软土地基超限沉陷、沥青路面早期破损、水泥路面断板开裂、路面不平、伸缩缝跳车、隧道衬砌渗水等相关质量控制不利的现象。
错台指的是在水泥混凝土路面的接缝或裂缝处，两板体产生相对位移的现象。错台现象不但会对新铺的沥青混凝土路面平整度产生影响，而且完工后新铺的沥青混凝土路面也会在此处形成裂缝，严重影响工程质量，因此必须进行处理。
通常错台采用人工方式，使用位移测量方式来完成检测。但对于运维使用的道路，特别是担心周边地下施工对既有道路的影响，有必要采用自动化的方式对接缝处的板体间相对位移采取检测。
需要进行连续检测的错台，可以通过直线位移传感器来实现，但在使用直线位移计时，需要在安装结构上进行重新设计，将直线位移计的感应方向调整到错台变化方向一致。位移传感器安装于被检测体表面，需要配合其他自动化监测采集仪、通信终端等，实现错台的连续测量。
这样的产品实际测量技术存在问题如下：机械零位误差比较大；环境带来的污垢、锈蚀会造成严重的测量误差；产品结构复杂，安装复杂。同时，目前已经有使用激光位移技术、光纤传感和双目视觉测量技术用于错台的测量，受设备体积、安装方式和成本的限制，如何在实际工程施工与道路运维过程中，如何使用低成本方法有效进行错台自动测量仍然是个难题。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种结构错台自动化监测方法，通过安装在伸缩缝两侧机械结构，将错台的相对位移变化转换为角度变化，通过将测量所得的角度变化换算为错台的位移变化；实现错台高精度、稳定、自动化监测。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种结构错台自动化监测方法，用于对接缝两侧结构的错台进行监测，其特征在于：在接缝两侧的结构之间设置倾斜测量装置，所述倾斜测量装置在接缝两侧的结构发生错台时产生转动，通过倾斜测量装置监测接缝两侧的结构在发生错台时倾斜角度变化，将所述倾斜测量装置所测得的倾斜角度变化换算为接缝两侧的结构之间错台的位移变化量。
在接缝两侧的结构处分别设置支架，在两个所述支架之间架设所述倾斜测量装置，所述倾斜测量装置的一端与其中一支架铰接，另一端搭接在另一支架上
所述倾斜装置与一支架之间的铰接是通过，在该支架上设置有转动轴，使所述倾斜装置与所述转动轴连接并绕所述转动轴转动。
所述倾斜测量装置设置有控制模块，通过所述控制模块控制所述倾斜测量装置定时启动，在完成错台监测后进行休眠。
对所述倾斜测量装置所处的环境温度进行测量，并结合温度测量结果对所述倾斜测量装置所测得的倾斜角度进行补偿修正。
所述倾斜装置的转动是以接缝两侧的结构所处的水平面内为基准的俯仰转动。
本发明的优点是：实现检测高效、高精度、自动、连续的错台监测；不仅可以测量出位移值，还可以测量出错台相对位移方向；不仅可以用于水平面竖向错台测量，也可以测量垂直面水平错台测量；适用范围广，可适用于道路路面接缝、现浇或预制混凝土结构施工接缝和设计接缝、地下隧道相邻管片间错台监测等；结构简单、体积小巧、可靠、能自动化测量并输出监测成果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中错台检测仪的结构示意图；
图3为本发明中固定架支架的结构示意图；
图4为本发明中固定轴支架的结构示意图；
图5为本发明的错台位移监测原理图；
图6为本发明中错台检测仪的系统框架图；
图7为本发明中固定轴支架的另一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-7 所示，图中标记1-7分别表示为：错台检测仪1、固定架支架2、固定轴支架3、安装孔4、斜坡5、支撑架6、转动轴7。
实施例：如图1至图6所示，本实施例中结构错台自动化监测方法用于实现结构接缝错台的监测，尤其是伸缩缝接缝错台处的监测。
本实施例中的结构错台自动化监测方法可通过如图1至图6所示的监测设备实现，但为了不同的结构安装需要，其支架结构可相应变化。
具体而言，该监测设备包括错台检测仪1、固定架支架2和固定轴支架3，其中固定架支架2和固定轴支架3分别安装在伸缩缝两侧的结构上，作为倾斜测量装置错台检测仪1安装在固定架支架2和固定轴支架3之间以测量错台的位移变化以及错台相对位移方向，还可用于水平面竖向错台测量以及垂直面水平错台测量。
如图3所示，固定架支架2的支架主体呈L型结构，其L型结构的支架主体上分别开设有若干孔洞，该孔洞均用于固定架支架2与结构之间的连接。在固定架支架2的内侧设置有斜向布置的支撑架6，该支撑架6的朝向固定轴支架3的一侧表面作为支撑面，用于对错台检测仪1进行支撑。
如图4所示，固定轴支架3的支架主体也呈L型结构，亦开设有用于与结构连接的若干孔洞。在固定轴支架3的立面外侧设置有转动轴7。在本实施例中，转动轴7的外侧端部具有弯折段，该弯折段是用于与错台检测仪1连接时对错台检测仪1起到限位固定作用。
通过将固定架支架2和固定轴支架3设置为L型结构便于将支架贴合在接缝两侧的结构上，同时配合所开设的安装孔洞能够使支架与结构紧密贴合在一起，从而当发生错台时，位移变化可全部传递到支架上进而转化为错台检测仪1的转动，提高监测精度。
结合图1至图4所示，错台检测仪1的一侧开设有安装孔4，该安装孔4的孔径与固定轴支架3上的转动轴相吻合适配，错台检测仪1可通过转动轴7插入安装孔4内并通过转动轴7的弯折段实现错台检测仪1的一端与固定轴支架3之间的连接固定；此时错台检测仪1可绕转动轴7进行转动，错台检测仪1的转动是以接缝两侧的结构所处的水平面内为基准的俯仰转动。错台检测仪1的另一侧设置斜坡5，该斜坡5的角度大于固定架支架2的支撑面角度；错台检测仪1的另一端可搭接在固定架支架2的支撑面上。这样一来，错台检测仪1能够随固定架支架2与固定轴支架3之间的间距变化而沿固定轴支架3的支撑面移动而带来倾斜角度的变化。
在本实施例中，如图6所示，错台检测仪1包括控制模块、倾斜传感模块、温度传感模块、通信模块和电源管理模块。其中，控制模块作为错台检测仪1的核心部件，其电性连接并控制所有其他模块并可接收相应数据进行计算；倾斜传感模块用于测量倾斜角度的变化，对应于错台大小的变化；温度传感模块则用于采集环境温度数据以对测量倾斜角度进行补偿；通信模块用于数据传输和网络授时；电源管理模块则内置供电管理电路和电池以对错台检测仪1的工作进行供电。
如图5所示，本实施例的测量原理为：
1）错台检测仪1的形状设计为长方体，在与支撑架6的接触部位之间一个切角；长度为L；
2）当错台位移时，带动支撑架6间距离位移D时，安装在两个构件上的支撑面及轴部间距离位移了D，此时错台检测仪1向下从A点沿支撑面滑动到B点；相应地，错台检测仪1绕转动轴7的转动角度为∠AOB；A点与B点在一个半径为L的圆上；
3）错台检测部件中轴线OA的延长线与支撑架6的平行线交于P点，夹角为∠OPB；
4）按三角函数关系：线段AB长度LAB=2*L*Sin（∠AOB/2）；
5）按三角函数关系：D/Sin（∠PBA）= LAB/Sin（∠OPB）；
6）∠PBA=180°-∠AOB-∠OPB；
7）D=LAB*Sin（∠PBA）/Sin（∠OPB）；
8）D=2*L*Sin（∠AOB/2）*Sin（180-∠AOB-∠OPB）。
由此，错台检测仪1可检测因错台变化所导致的角度变化，从而计算出错台位移D。本实施例通过将错台的相对位移变化，转化为角度变化，通过错台检测仪1测量角度变化，换算为错台的位移变化。图5所示的错台是使错台检测仪1逆时针转动，即从A点转动到B点，而在实际使用中，当错台检测仪1发生由B点至A点的顺时针转动时也可通过测量角度变化进而计算出错台，可以测量出位移值，还可以测量出错台相对位移方向。
本实施例在具体实施时：错台检测仪1除了传统引线输出测量信号外，还可将其通信模块设置为无线通信，例如可采用WIFI、4G、5G、Lora、NBIOT等多种无线方式，无线通信电路为可更换的模块方式。
为了进一步提升监测使用效果，尤其是长期无人的自动化监测，在控制模块内可设定测量时刻定时启动，完成错台检测流程后进入休眠，以降低功耗，适应没有外部供电时长期应用。在实际使用过程中，错台位移的计算可由控制模块直接计算得出而后通过通信模块上传至服务器进行进一步的处理，也可直接通过通信模块将错台检测仪1的测量数据通过通信模块上传至服务器并由服务器进行错台位移的计算以及进一步的处理。
为了满足接缝两侧不同结构的安装需要，如图7所示，转动轴7也可安装在固定轴支架3的内侧立面上以对应安装错台检测仪1。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (6)

1.一种结构错台自动化监测方法，用于对结构接缝错台进行监测，其特征在于：在接缝两侧的结构之间设置倾斜测量装置，所述倾斜测量装置在接缝两侧的结构发生错台时产生转动，通过倾斜测量装置监测接缝两侧的结构在发生错台时倾斜角度变化，将所述倾斜测量装置所测得的倾斜角度变化换算为接缝两侧的结构之间错台的位移变化量。
2.根据权利要求1所述的一种结构错台自动化监测方法，其特征在于：在接缝两侧的结构处分别设置支架，在两个所述支架之间架设所述倾斜测量装置，所述倾斜测量装置的一端与其中一支架铰接，另一端搭接在另一支架上。
3.根据权利要求2所述的一种结构错台自动化监测方法，其特征在于：所述倾斜装置与一支架之间的铰接是通过，在该支架上设置有转动轴，使所述倾斜装置与所述转动轴连接并绕所述转动轴转动。
4.根据权利要求1所述的一种结构错台自动化监测方法，其特征在于：所述倾斜测量装置设置有控制模块，通过所述控制模块控制所述倾斜测量装置定时启动，在完成错台监测后进行休眠。
5.根据权利要求1所述的一种结构错台自动化监测方法，其特征在于：对所述倾斜测量装置所处的环境温度进行测量，并结合温度测量结果对所述倾斜测量装置所测得的倾斜角度进行补偿修正。
6.根据权利要求1所述的一种结构错台自动化监测方法，其特征在于：所述倾斜装置的转动是以接缝两侧的结构所处的水平面内为基准的俯仰转动。
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