CN110823418A - 一种钢桩结构应力检测***及方法 - Google Patents

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张雷
向功顺
任晓莉
王东凯
黄高峰
张智
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Abstract

本发明涉及应力检测技术领域，公开了一种钢桩结构应力检测***，包括处理模块和至少两个双轴倾角传感器，双轴倾角传感器与处理模块通讯连接，双轴倾角传感器用于安装在钢桩结构上，且至少两个双轴倾角传感器上下设置，双轴倾角传感器用于检测钢桩结构在其测量x轴方向和测量y轴方向上的倾斜角度，处理模块用于对其中任意两个双轴倾角传感器测得的同一方向上的倾斜角度进行差值处理，可通过差值的正负值可判断钢桩形变的方向，通过倾角差值的绝对值大小可判断钢桩应力形变的大小，以此可观测钢桩结构的形变，通过形变判断钢桩结构的应力。并且还提供一种钢桩结构应力检测方法，可通过公式求得钢桩结构应力的近似值。

Description

一种钢桩结构应力检测***及方法
技术领域
本发明涉及应力检测技术领域，特别是涉及一种钢桩结构应力检测***及方法。
背景技术
绞吸挖泥船通过钢桩在海中站立。通常绞吸挖泥船在海上施工过程后，因为海浪、绞刀等因素影响，定位钢桩的应力形变必然存在，钢桩应力形变是否在安全范围内往往对绞吸挖泥船的安全及连续施工具有极为重要作用，如果钢桩因为应力过高而折断会造成绞吸挖泥船的停工，并危及绞吸挖泥船的船舶安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种监测钢桩结构形变的钢桩结构应力检测***。
为了实现上述目的，本发明提供了一种钢桩结构应力检测***，包括处理模块和至少两个双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器与所述处理模块通讯连接，所述双轴倾角传感器用于安装在钢桩结构上，且至少两个所述双轴倾角传感器上下设置，所述双轴倾角传感器用于检测所述钢桩结构在其测量x轴方向和测量y轴方向上的倾斜角度，所述处理模块用于对其中任意两个所述双轴倾角传感器测得的同一方向上的倾斜角度进行差值处理。
作为优选方案，所述钢桩结构的轴线垂直于所述双轴倾角传感器的测量x轴、测量y轴所在的平面。
作为优选方案，还包括与所述处理模块通讯连接的显示模块，所述显示模块用于显示所述双轴倾角传感器测得的倾斜角度值和两个所述双轴倾角传感器测得的同一方向上的倾斜角度差值。
作为优选方案，所述钢桩结构包括钢桩和台车，所述钢桩可上下移动地连接在所述台车上，所述台车上设有用于与所述钢桩贴合的固定部，所述双轴倾角传感器安装在所述固定部上。
本发明还提供一种钢桩结构应力检测方法，包括如下步骤：
在钢桩结构上选取至少两个监测点；
在监测点测量钢桩结构在两个相互垂直的方向上的倾斜角度；
将两个监测点记为第一监测点和第二监测点，将第一监测点某时在其中一个方向上测得的倾斜角度记为α，将第二监测点同时在同一个方向上测得的倾斜角度记为β，计算(α－β)的值，通过(α－β)的正负判断钢桩结构的形变方向，通过(α－β)的绝对值大小判断钢桩结构的形变大小。
作为优选方案，将第一监测点和第二监测点之间的直线距离记为L，将所述钢桩结构所受应力的近似值记为F，根据F＝KLsin(α-β)得到该方向的应力近似值F，其中，K为钢桩的形变系数，跟钢桩的直径和设计结构有关。
本发明的钢桩结构应力检测***与现有技术相比，其有益效果在于：
1、本发明通过在钢桩结构上设置至少两个双轴倾角传感器，双轴倾角传感器可在监测点产生基于水平面的两个垂直方向上的角度测量值，因此可观测钢桩结构在两个垂直方向上的形变，可评估钢桩结构的总形变，通过两个传感器测得的同一方向上的倾角的差值的正负值可判断钢桩形变的方向，通过倾角差值的绝对值大小可判断钢桩应力形变的大小，以此可观测钢桩结构的形变，通过形变判断钢桩结构的应力。
2、本发明的双轴倾角传感器设置在钢桩与台车的连接处，可避免钢桩的上下移动损伤传感器。
附图说明
图1是本发明实施例钢桩结构应力检测***安装示意图。
图中，1、钢桩结构；2、信号采集装置；3、第一双轴倾角传感器；4、第二双轴倾角传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“测量x轴”和“测量y轴”为双轴倾角传感器测量的两个相互垂直的方向，“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明优选实施例的一种钢桩结构应力检测***，包括处理模块和至少两个双轴倾角传感器，本实施例设置了两个双轴倾角传感器，分别为第一双轴倾角传感器3和第二双轴倾角传感器4，双轴倾角传感器与处理模块通讯连接，双轴倾角传感器用于安装在钢桩结构1上，且至少两个双轴倾角传感器上下设置，在本实施例中，一个双轴倾角传感器位于钢桩结构的上部，另一个双轴倾角传感器位于钢桩结构的中下部。双轴倾角传感器用于检测钢桩结构1在其测量x轴方向和测量y轴方向上的倾斜角度，处理模块用于对其中任意两个双轴倾角传感器测得的同一方向上的倾斜角度进行差值处理。本实施例通过在钢桩结构1上设置双轴倾角传感器，双轴倾角传感器可在监测点产生基于水平面的两个垂直方向上的角度测量值，因此可观测钢桩结构1在两个垂直方向上的形变，可评估钢桩结构1的总形变，通过两个传感器测得的同一方向上的倾角的差值的正负值可判断钢桩结构1形变的方向，通过倾角差值的绝对值大小可判断钢桩结构1应力形变的大小，以此可观测钢桩结构1的形变，通过形变判断钢桩结构的应力。
进一步地，钢桩结构1的轴线垂直于双轴倾角传感器的测量x轴、测量y轴所在的平面，使钢桩结构1的轴线平行双轴倾角传感器的测量平面，得到钢桩结构1其轴线在两个垂直方向上的形变，不必换算，直观方便。
在本实施例中，检测***还包括显示模块，显示模块用于显示双轴倾角传感器测得的倾斜角度值和两个双轴倾角传感器测得的同一方向上的倾斜角度差值，方便观测，简洁直观。本实施例的处理模块为计算机的处理器，显示模块为计算机的显示屏。另外，本实施例的***还包括信号采集模块2，双轴倾角传感器的信号通过信号采集模块2转换后传输给处理模块进行处理，信号采集模块2为A/D信号转换器。
此外，在本实施例中，钢桩结构1包括钢桩和台车，钢桩可上下移动地连接在台车上，台车上设有用于与钢桩贴合的固定部，双轴倾角传感器安装在固定部上，双轴倾角传感器设置在钢桩与台车的连接处，可避免钢桩的上下移动损伤传感器。绞吸挖泥船上设置台车，钢桩安装在台车上，由台车带动钢桩移动，并且台车上设置有使钢桩上下移动的装置，在钢桩上下移动到位后，台车上的固定部与钢桩紧固连接，将钢桩固定，因此，当钢桩形变时，同样会带动固定部产生相同方向、大小的形变。
本实施例还提供一种钢桩结构应力检测方法，包括如下步骤：
在钢桩结构上选取至少两个位于同一直线上的监测点；
在监测点测量钢桩结构在两个相互垂直的方向上的倾斜角度；
将位于同一直线上的两个监测点记为第一监测点和第二监测点，将第一监测点某时在其中一个方向上测得的倾斜角度记为α，将第二监测点同时在同一个方向上测得的倾斜角度记为β，计算(α－β)的值，通过(α－β)的正负判断钢桩结构的形变方向，通过(α－β)绝对值的大小判断钢桩结构的形变大小。在本实施例中，若(α－β)的值为正，则第一监测点处离原位偏移的更多，第一监测点的弯曲度更大，判断为钢桩结构从第二监测点向第一监测点弯曲；若(α－β)的值为负，则第二监测点处离原位偏移的更多，第二监测点的弯曲度更大，判断为钢桩结构从第一监测点向第二监测点弯曲；由此可得知钢桩结构的形变方向。
进一步地，将第一监测点与第二监测点之间的直线距离记为L，将所述钢桩结构所受应力的近似值记为F，根据F＝KLsin(α-β)得到该方向的应力近似值F，其中，K为钢桩的形变系数，跟钢桩的直径和设计结构有关。
钢桩结构所受应力主要使钢桩结构产生弯曲形变，且以钢桩结构的底端为固定端。本实施取第一监测点和第二监测点之间的桩段进行观察，将该段的形变近似于弹性形变，形变量为第一监测点和第二监测点的相对位置变化，通过Lsin(α-β)来近似表示，进而求得应力的近似值，以此在观测钢桩的应力情况。
综上，本实施例提供一种钢桩结构应力检测***，其通过在钢桩结构1上设置双轴倾角传感器，双轴倾角传感器可在监测点产生基于水平面的两个垂直方向上的角度测量值，因此可观测钢桩结构1在两个垂直方向上的形变，可评估钢桩结构1的总形变，通过两个传感器测得的同一方向上的倾角的差值的正负值可判断钢桩结构1形变的方向，通过倾角差值的绝对值大小可判断钢桩结构1应力形变的大小，以此可观测钢桩结构1的形变，通过形变判断钢桩结构的应力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种钢桩结构应力检测***，其特征在于，包括处理模块和至少两个双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器与所述处理模块通讯连接，所述双轴倾角传感器用于安装在钢桩结构上，且至少两个所述双轴倾角传感器上下设置，所述双轴倾角传感器用于检测所述钢桩结构在其测量x轴方向和测量y轴方向上的倾斜角度，所述处理模块用于对其中任意两个所述双轴倾角传感器测得的同一方向上的倾斜角度进行差值处理。
2.根据权利要求1所述的钢桩结构应力检测***，其特征在于，所述钢桩结构的轴线垂直于所述双轴倾角传感器的测量x轴、测量y轴所在的平面。
3.根据权利要求1所述的钢桩结构应力检测***，其特征在于，还包括与所述处理模块通讯连接的显示模块，所述显示模块用于显示所述双轴倾角传感器测得的倾斜角度值和两个所述双轴倾角传感器测得的同一方向上的倾斜角度差值。
4.根据权利要求1所述的钢桩结构应力检测***，其特征在于，所述钢桩结构包括钢桩和台车，所述钢桩可上下移动地连接在所述台车上，所述台车上设有用于与所述钢桩贴合的固定部，所述双轴倾角传感器安装在所述固定部上。
5.一种钢桩结构应力检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
在钢桩结构上选取至少两个监测点；
在监测点测量钢桩结构在两个相互垂直的方向上的倾斜角度；
将两个监测点记为第一监测点和第二监测点，将第一监测点某时在其中一个方向上测得的倾斜角度记为α，将第二监测点同时在同一个方向上测得的倾斜角度记为β，计算(α－β)的值，通过(α－β)的正负判断钢桩结构的形变方向，通过(α－β)的绝对值大小判断钢桩结构的形变大小。
6.根据权利要求5所述的钢柱结构应力检测方法，其特征在于，将第一监测点和第二监测点之间的直线距离记为L，将所述钢桩结构所受应力的近似值记为F，根据F＝KLsin(α-β)得到该方向的应力近似值F，其中，K为钢桩的形变系数，跟钢桩的直径和设计结构有关。
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