CN215832652U - 用于构建桥梁桩基础水平及长桩基应力位移监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种用于构建桥梁桩基础水平及长桩基应力位移监测系统，涉及建筑施工监测领域，本新型监测系统由传感器系统、数据采集及转换传输系统、通信中继系统、远程控制系统四个部分组成，具有数据准确、安装简单、维护方便、数据传输稳定，可远程操作，定时采集，单传感器独立采集等特点。由于为大、长桩以及桥梁桩基础长期服役期间的监测提供了新思路、新方法。
Description
技术领域
本实用新型涉及建筑施工监测领域，尤其是用于构建桥梁桩基础水平及长桩基应力位移监测系统。
背景技术
近年来，随着我国经济高速发展，现代化进程不断推进，在深厚软土地区，高层建筑、桥梁的不断修建，超长、大直径灌注桩以其具有较高单桩承载力的优点在工程上应用数量急剧增多。在东部沿海软土分布地区，超高层建筑、桥梁分布密集。同时，地下管廊、盾构的施工，临近的航道施工，地下水位的变化等都会对既有桥梁桩基造成未知的变形，对桩基稳定性特别是长期服役性能产生影响。而复杂的地层地质情况，地下管廊、盾构的施工，临近的航道施工，地下水位的变化等都会对桩基造成未知的变形，对桩基稳定性特别是长期服役性能产生影响。
而现有的既有桥梁桩基位移以及长桩基监测系统，多是通过监测桥梁桩基周边土体的变形、沉降来推求桥梁桩基础的位移；以及通过混凝土表层的应变片，监测桩基附近的土体沉降，或是在桩基础预留测斜管来监测桩基础的应力及倾斜情况。但这类的监测系统一是通过媒介获得数据相对不够精准；二是这类监测系统无法长期独立工作获取数据，需要工作人员长期驻扎在现场，即费时又费力，造成的经济损失也较大；三是此类监测系统数据不够直观，尤其是监测土体的变形、沉降来推求桥梁桩基础的位移有一定的时间差，不能及时的反映出桥梁基础的稳定性情况。很多工程无法满足使用条件，尤其是测斜管，在桩基础服役后就无法进行测量。由此可以看出，现有的技术方法均存在一定的不足之处。
因此，如何提供一种用于构建桥梁桩基础水平及长桩基应力位移监测系统方法，尤其是针对其长期服役期间的相关数据监测就成为本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型包括：用于构建桥梁桩基础水平监测系统和及长桩基应力位移监测系统，其中用于构建桥梁桩基础水平监测系统，由传感器系统（1）、数据采集及转换传输系统（2）、通信中继系统（3）、远程控制系统（4）四个部分组成。
所述传感器系统由静力水准仪（101）、倾角传感器（102）、传感器延长线（103）组成；所述数据采集及转换传输系统为数据采集转换仪（104）；由数字信号连接模块（202），电流信号连接模块（201）、数字信号转换模块（204）、电流信号转换模块（203）、连接天线（205）、通信信号转换模块（206）、控制模块（207）、电气模块（208）八个部分组成；
所述数据采集转换仪（104）通过连接天线（205）将数据上传至通信中继系统（3）。
所述远程控制系统（4）连接通信中继系统（3）。
用于长桩基应力位移监测系统，其特征在于:所述监测系统由传感器系统（1）、数据采集及转换传输系统（2）、通信中继系统（3）、远程控制系统（4）四个部分组成；
所述传感器系统由钢筋应力传感器（105）、测斜传感器（106）、传感器延长线（103）三部分组成。所述数据采集及转换传输系统（2）为数据采集转换仪（104）；由频率信号连接模块（209），数字信号连接模块（202）、频率信号转换模块（210）、数字信号转换模块（204）、连接天线（205）、通信信号转换模块（206）、控制模块（207）、电气模块（208）八个部分组成。
所述数据采集转换仪（104）通过连接天线（205）将数据上传至通信中继系统（3）。
所述远程控制系统（4）连接通信中继系统（3）。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为实施例1的传感器系统示意图；
图3为实施例1的数据采集及转换传输系统示意图；
图4为实施例2的传感器系统示意图；
图5为实施例2的数据采集及转换传输系统示意图。
图中：1—传感器系统，2—数据采集及转换传输系统，3—通信中继系统，4—远程控制系统，101—静力水准仪，102—倾角传感器，103—传感器延长线，104—数据采集转换仪，105—钢筋应力传感器，106—测斜传感器，201—电流信号连接模块，202—数字信号连接模块，203—电流信号转换模块，204—数字信号转换模块，205—连接天线，206—通信信号转换模块，207—控制模块，208—电气模块；209—频率信号连接模块，210—频率信号转换模块。
具体实施方式
实施例1
如图1、2、3所示。本实用新型提供了一种用于构建桥梁桩基础水平监测网络的新型监测系统的方法。所述监测系统由传感器系统（1）、数据采集及转换传输系统（2）、通信中继系统（3）、远程控制系统（4）四个部分组成。
所述传感器系统由静力水准仪（101）、倾角传感器（102）、传感器延长线（103）组成。所述传感器系统中，静力水准仪（101）使用直角钢架竖直安装在承台侧面，选择主墩的两个承台进行监测，在每个承台中部靠支柱位置布设1台静力水准仪，另在水平基准点处再固定安装一台静力水准仪（101）作为对比基准，因为安装过程只少量钻孔并使用膨胀螺栓安装，因此对承台结构面的影响微乎其微；倾角传感器（102）选用高精度倾角传感器测量X/Y两个相互垂直方向倾斜变化，选择主墩的两个承台进行监测，在每个承台表面四个角处分别安装1支倾角传感器；所有传感器均单独布设传感器延长线，相互之间互不干扰，避免了某一个传感器或某一段延长线发生故障导致整个监测系统失灵的情况发生，大大降低了系统的故障率，提高了可靠性。
所述数据采集及转换传输系统为数据采集转换仪（104）；由数字信号连接模块（202），电流信号连接模块（201）、数字信号转换模块（204）、电流信号转换模块（203）、连接天线（205）、通信信号转换模块（206）、控制模块（207）、电气模块（208）八个部分组成。
所述数字信号连接模块（202），电流信号连接模块（201）分别将静力水准仪（101）的传感器延长线（103）及倾角传感器（102）的传感器延长线（103）分通道连接，并将静力水准仪（101）和倾角传感器（102）采集的数据分别传递至数字信号转换模块（204）及电流信号转换模块（203）；再由数字信号转换模块（204）及电流信号转换模块（203）分别将多通道数字信号数据及电流信号输出为电信号传送至通信信号转换模块（206）；通信信号转换模块（206）中装有制式物联网卡，负责将电信号转化为电磁频谱并将数据打包通过连接天线（205）上传至通信中继系统（3）。
所述控制模块（207）分别通过对电流信号转换模块（203），数字信号转换模块（204），通信信号转换模块（206）对电流信号、数字信号以及通信信号进行采集并用于定时数据采集时间、频率和模式的设置；所述电气模块（208）采用12V蓄电池或小型磷酸铁锂电池供电，电气模块（208）分别给传感器系统（1）及数据采集及转换传输系统（2）供电，初步估计一个季度至半年需要维护充电一次。所述远程控制系统（4）采用开源程序，可远程设置采集时间、采集频率、采集模式并可连接通信中继系统（3）远程下载数据源。
使用时，先将静力水准仪(101)、倾角传感器(102)、传感器延长线（103）和数据采集转换仪（104）连接到位，再给数据采集转换仪（104）通电，在现场或远程设置好采集时间。到达设定时间前五分钟，电气模块（208）通过控制模块(207)给静力水准仪（101）和倾角传感器（102）供电。
到达设定时间后，所述静力水准仪（101）及倾角传感器（102）自动采集数据并通过传感器延长线（103），将所采集的数据通过数字信号连接模块（202），电流信号连接模块（201），分别将数据传递至数字信号转换模块（204）及电流信号转换模块（203）；再由数字信号转换模块（204）及电流信号转换模块（203）分别将多通道数字信号数据及电流信号输出为电信号传送至通信信号转换模块（206）；通信信号转换模块（206）负责将电信号转化为电磁频谱并将数据打包通过内置制式物联网卡及连接天线（205）上传至通信中继系统（3），整个过程根据工作传感器数量，传感器采集数据频次不同大致需要一至十分钟。
至此，工作人员可通过所述远程控制系统（4）下载数据源，进行下一步分析。如需更改设置采集时间、采集频率、采集模式等则通过远程控制系统（4）设置多组工作方案，并通过通信中继系统（3）将工作命令发送至数据采集及转换传输系统（2）的连接天线（205）和通信信号转换模块（206），由连接天线（205）和通信信号转换模块（206）将命令信息由电磁频谱转化为电信号并传递至控制模块（207），由控制模块（207）控制整个数据采集及转换传输系统（2）工作。
实施例2
如图1、4、5所示。本实用新型提供了一种超长、大桩基长期服役期间应力及位移监测的方法。所述监测系统由传感器系统（1）、数据采集及转换传输系统（2）、通信中继系统（3）、远程控制系统（4）四个部分组成。
所述传感器系统由钢筋应力传感器（105）、测斜传感器（106）、传感器延长线（103）三部分组成。所述传感器系统中，钢筋应力传感器（105）焊接在钢筋笼主钢筋上，获得主筋应力并依此推算出整桩轴力，因为安装过程不切割主筋，因此对桩基础承载力影响微乎其微；测斜传感器（106）选用密封式高精度固定测斜仪测量X/Y两个相互垂直方向倾斜变化以及不同深度测点的倾斜方向与倾斜角度，确定统一的X方向，使用抱箍绑扎在钢筋笼上，安装方便，省时省力；所有传感器均单独布设传感器延长线，相互之间互不干扰，避免了某一个传感器或某一段延长线发生故障导致整个监测系统失灵的情况发生，大大降低了系统的故障率，提高了可靠性。
所述数据采集及转换传输系统（2）为数据采集转换仪（104）；由频率信号连接模块（209），数字信号连接模块（202）、频率信号转换模块（210）、数字信号转换模块（204）、连接天线（205）、通信信号转换模块（206）、控制模块（207）、电气模块（208）八个部分组成。
所述频率信号连接模块（209），数字信号连接模块（202）分别将钢筋应力传感器（105）的传感器延长线（103）及测斜传感器（106）的传感器延长线（103）分通道连接，并汇总数据分别传递至频率信号转换模块（210）及数字信号转换模块（204）；再由频率信号转换模块（210）及数字信号转换模块（204）分别将多通道频率信号数据及数字信号数据进行输出为电信号传送至通信信号转换模块（206）；通信信号转换模块（206）中装有制式物联网卡，负责将电信号转化为电磁频谱并将数据打包通过连接天线（205）上传至通信中继系统（3）。
所述控制模块（207）用于定时数据集时间、采集频率、采集模式的设置；所述电气模块（208）采用12V蓄电池或小型磷酸铁锂电池供电，电气模块（208）分别给传感器系统（1）及数据采集及转换传输系统（2）供电，初步估计一个季度至半年需要维护充电一次。
所述远程控制系统（4）采用开源程序，可远程设置采集时间、采集频率、采集模式并可连接通信中继系统（3）远程下载数据源。
安装时，所述钢筋应力传感器（105）焊接在钢筋笼主钢筋上，测斜传感器（106）选用密封式高精度固定测斜仪测量X/Y两个相互垂直方向倾斜变化以及不同深度测点的倾斜方向与倾斜角度，使用抱箍绑扎在钢筋笼上。
所述钢筋应力传感器（105）及测斜传感器（106）随钢筋笼下桩。提前在室内安装好数据采集转换仪（104），在现场将传感器延长线（103）分通道与数据采集转换仪（104）连接，并连接电气模块（208）。
使用时，所述.钢筋应力传感器105，测斜传感器106传感器延长线（103）和数据采集转换仪（104）连接到位，再给数据采集转换仪（104）通电，在现场或远程设置好采集时间。到达设定时间前五分钟，电气模块（208）通过控制模块(207)给钢筋应力传感器（105）及测斜传感器（106）供电。
到达设定时间后，所述钢筋应力传感器（105）及测斜传感器（106）自动采集数据并通过传感器延长线（103），频率信号连接模块（209），数字信号连接模块（202）分别将数据汇总传递至频率信号转换模块（210）及数字信号转换模块（204）；再由频率信号转换模块（210）及数字信号转换模块（204）分别将多通道频率信号数据及数字信号数据进行输出为电信号传送至通信信号转换模块（206）；通信信号转换模块（206）负责将电信号转化为电磁频谱并将数据打包通过内置制式物联网卡及连接天线（205）上传至通信中继系统（3），整个过程根据工作传感器数量，传感器采集数据频次不同大致需要一至十分钟。
至此，工作人员可通过所述远程控制系统（4）下载数据源，进行下一步分析。如需更改设置采集时间、采集频率、采集模式等则通过远程控制系统（4）设置多组工作方案，并通过通信中继系统（3）将工作命令发送至数据采集及转换传输系统（2）的连接天线（205）和通信信号转换模块（206），由连接天线（205）和通信信号转换模块（206）将命令信息由电磁频谱转化为电信号并传递至控制模块（207），由控制模块（207）控制整个数据采集及转换传输系统（2）工作。
Claims (8)
1.用于构建桥梁桩基础水平监测系统，其特征在于:包括所述监测系统由传感器系统（1）、数据采集及转换传输系统（2）、通信中继系统（3）、远程控制系统（4）四个部分组成；
所述传感器系统由静力水准仪（101）、倾角传感器（102）、传感器延长线（103）组成；所述数据采集及转换传输系统为数据采集转换仪（104）；由数字信号连接模块（202），电流信号连接模块（201）、数字信号转换模块（204）、电流信号转换模块（203）、连接天线（205）、通信信号转换模块（206）、控制模块（207）、电气模块（208）八个部分组成；
所述数据采集转换仪（104）通过连接天线（205）将数据上传至通信中继系统（3）；
所述远程控制系统（4）连接通信中继系统（3）。
2.根据权利要求1所述的用于构建桥梁桩基础水平监测系统，其特征在于: 所述传感器系统中，静力水准仪（101）使用直角钢架竖直安装在承台侧面，选择主墩的两个承台进行监测，在每个承台中部靠支柱位置布设1台静力水准仪，另在水平基准点处再固定安装一台静力水准仪（101）作为对比基准；倾角传感器（102）选用高精度倾角传感器测量X/Y两个相互垂直方向倾斜变化，选择主墩的两个承台进行监测，在每个承台表面四个角处分别安装1支倾角传感器；所有传感器均单独布设传感器延长线，相互之间互不干扰。
3.根据权利要求1所述的用于构建桥梁桩基础水平监测系统，其特征在于:
所述数字信号连接模块（202），电流信号连接模块（201）分别将静力水准仪（101）的传感器延长线（103）及倾角传感器（102）的传感器延长线（103）分通道连接，并将静力水准仪（101）和倾角传感器（102）采集的数据分别传递至数字信号转换模块（204）及电流信号转换模块（203）；再由数字信号转换模块（204）及电流信号转换模块（203）分别将多通道数字信号数据及电流信号输出为电信号传送至通信信号转换模块（206）；通信信号转换模块（206）中装有制式物联网卡，负责将电信号转化为电磁频谱并将数据打包通过连接天线（205）上传至通信中继系统（3）。
4.根据权利要求1所述的用于构建桥梁桩基础水平监测系统，其特征在于:
所述控制模块（207）分别通过对电流信号转换模块（203），数字信号转换模块（204），通信信号转换模块（206）电流信号、数字信号以及通信信号进行采集并用于定时数据采集时间、频率和模式的设置；所述电气模块（208）采用12V蓄电池或小型磷酸铁锂电池供电，电气模块（208）分别给传感器系统（1）及数据采集及转换传输系统（2）供电；所述远程控制系统（4）采用开源程序，可远程设置采集时间、采集频率、采集模式并可连接通信中继系统（3）远程下载数据源。
5.用于长桩基应力位移监测系统，其特征在于:所述监测系统由传感器系统（1）、数据采集及转换传输系统（2）、通信中继系统（3）、远程控制系统（4）四个部分组成；
所述传感器系统由钢筋应力传感器（105）、测斜传感器（106）、传感器延长线（103）三部分组成；所述数据采集及转换传输系统（2）为数据采集转换仪（104）；由频率信号连接模块（209），数字信号连接模块（202）、频率信号转换模块（210）、数字信号转换模块（204）、连接天线（205）、通信信号转换模块（206）、控制模块（207）、电气模块（208）八个部分组成；
所述数据采集转换仪（104）通过连接天线（205）将数据上传至通信中继系统（3）；
所述远程控制系统（4）连接通信中继系统（3）。
6.根据权利要求5所述的用于长桩基应力位移监测系统，其特征在于:所述传感器系统中，钢筋应力传感器（105）焊接在钢筋笼主钢筋上；测斜传感器（106）选用密封式高精度固定测斜仪测量X/Y两个相互垂直方向倾斜变化以及不同深度测点的倾斜方向与倾斜角度，确定统一的X方向，使用抱箍绑扎在钢筋笼上，所有传感器均单独布设传感器延长线，相互之间互不干扰。
7.根据权利要求5所述的用于长桩基应力位移监测系统，其特征在于:所述频率信号连接模块（209），数字信号连接模块（202）分别将钢筋应力传感器（105）的传感器延长线（103）及测斜传感器（106）的传感器延长线（103）分通道连接，并汇总数据分别传递至频率信号转换模块（210）及数字信号转换模块（204）；再由频率信号转换模块（210）及数字信号转换模块（204）分别将多通道频率信号数据及数字信号数据进行输出为电信号传送至通信信号转换模块（206）；通信信号转换模块（206）中装有制式物联网卡，负责将电信号转化为电磁频谱并将数据打包通过连接天线（205）上传至通信中继系统（3）。
8.根据权利要求5所述的用于长桩基应力位移监测系统，其特征在于:所述控制模块（207）分别通过频率信号转换模块（210），数字信号转换模块（204），通信信号转换模块（206）对频率信号、数字信号以及通信信号进行采集并用于定时数据采集时间、频率和模式的设置；所述电气模块（208）采用12V蓄电池或小型磷酸铁锂电池供电，电气模块（208）分别给传感器系统（1）及数据采集及转换传输系统（2）供电；所述远程控制系统（4）采用开源程序，可远程设置采集时间、采集频率、采集模式并可连接通信中继系统（3）远程下载数据源。
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