基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置及施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，具体为基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置及施工方法。


背景技术：

2.现有基坑开挖时的钢支撑，一般采用钢管来实现支撑，但是钢管支撑存在不少缺陷。首先，钢管支撑的支撑端据的话络头通过塞铁紧固，塞铁与塞铁之间是一种点接触，非常容易发生松动；其次，钢管支撑间距非常小，相邻支撑施加预应力会相互影响，后序钢管支撑施加预应力会削弱前序钢管支撑的预应力，下层支撑施加预应力会削弱上层支撑的轴力；再次，围护结构或预理钢板不平整，造成支撑端头与围护结构或预埋钢板不完全接触，受力不均匀；最后，钢管支撑一般通常采用压力盒进行轴力测试，压力盒的接触面积很小，会发生端部屈曲的情况，导致支撑轴力损失，测试不准确，精度不高。因此，研发一种基坑开挖时的钢支撑辅助装置，以实现钢支撑的预应力实时监测和智能加压补偿，是十分有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：提供基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置及施工方法，以解决以上缺陷。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，安装在基坑钢围挡与装配式钢支撑之间，包括依次连接的底部连接盘、监测系统、柱体结构、柱壳结构、动力系统及顶部连接盘，所述监测系统包括仪表盘、监测箱体、监测弹簧、齿轮、条形板和顶板，所述监测箱体为两端开口的空管状结构，所述底部连接盘与监测箱体的一端开口处进行固定，所述顶板卡合在监测箱体的另一端开口内，所述监测弹簧安装在监测箱体内且其两端分别与底部连接盘和顶板内端面固定，所述条形板一端固定在顶板内端面上，所述齿轮安装在监测箱体内壁上且与条形板上设置的锯齿进行啮合，所述仪表盘安装在监测箱体外壁上，且所述仪表盘的指针旋转与齿轮的旋转进行联动；所述柱体结构下端面固定在顶板外端面上，所述柱体结构上端转动套接在柱壳结构内，所述顶部连接盘下端面、柱壳结构上端面分别与动力系统的两端进行固定，且所述动力系统能够控制柱壳结构进行旋转。
6.优选地，所述监测箱体内壁上设置有齿轮固定板，所述齿轮安装在齿轮固定板上，所述齿轮前端面轴心处安装有连接杆，所述连接杆与齿轮共轴，所述连接杆的前端贯穿仪表盘并与仪表盘中的指针进行固定。
7.优选地，所述监测弹簧设置有若干根并均布在底部连接盘与顶板之间。
8.优选地，所述底部连接盘包括：底部连接盘盘体、底部连接盘螺栓、底部连接盘支柱、底部连接盘横板，所述底部连接盘支柱设置有若干个并均布在底部连接盘盘体与底部连接盘横板之间，所述底部连接盘盘体通过底部连接盘螺栓与基坑钢围挡进行固定，所述
监测弹簧的一端固定在底部连接盘的底部连接盘横板的上端面上。
9.优选地，所述底部连接盘横板上设置有条形板出入口，所述条形板与底部连接盘横板相垂直且所述条形板另一端正对在条形板出入口上。
10.优选地，所述柱体结构包括圆柱状或圆管状柱体结构本体，所述柱体结构本体外壁上设置柱体有柱体外螺纹和弹性滑块组件，所述柱壳结构包括柱壳底座以及安装在柱壳底座下端面的圆管状壳体，所述圆管状壳体内壁上设置有壳体内螺纹以及贯穿圆管状壳体内壁的滑块孔，所述柱体外螺纹与壳体内螺纹相适配，所述弹性滑块组件能够卡入滑块孔内。
11.优选地，所述柱体结构本体外壁上设置有滑块安装盲孔，所述弹性滑块组件安装在滑块安装盲孔内，所述弹性滑块组件由滑块体、滑块脚和滑块弹簧组成，所述滑块体为三棱柱状，所述滑块脚安装在三棱柱状滑块体的一侧端面下，所述滑块弹簧上端固定在滑块脚下，其下端固定在滑块安装盲孔底部。
12.优选地，所述弹性滑块组件、滑块安装盲孔、滑块孔均设置有若干个且一一对应，若干个所述弹性滑块组件、滑块孔均成螺旋状排列；所述滑块体为直角三棱柱或锐角三棱柱。
13.优选地，所述顶部连接盘由顶部连接盘盘体和顶部连接盘螺栓组成，所述顶部连接盘盘体上端面通过顶部连接盘螺栓与装配式钢支撑进行固定；所述动力系统由限位盖、传动杆、马达、马达支撑架和动力系统支柱组成，所述动力系统支柱设置有若干个并均固定在限位盖上端面与顶部连接盘盘体下端面之间，所述马达通过马达支撑架安装在限位盖上端面上，所述传动杆一端安装在马达输出轴上，另一端贯穿限位盖并固定在柱壳底座上端面中心处。
14.优选地，一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的施工方法，包括如下步骤：
15.s1、将基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置置于基坑钢围挡与装配式钢支撑之间，且将其底部连接盘、顶部连接盘分别通过螺栓与基坑钢围挡、装配式钢支撑进行固定；
16.s2、启动动力系统控制柱壳结构进行旋转，从而实现柱体结构上端逐渐旋出柱壳结构内并产生相对位移，同时观察监测系统中的仪表盘的数据，待达到要求后关闭动力系统；
17.s3、在后期基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的使用、施工过程中，及时检查仪表盘的数据，当装配式钢支撑发生预应力损失即仪表盘数据不满足要求时，再次启动动力系统并使仪表盘数据再次达到要求，从而使装配式钢支撑轴力满足支撑要求。
18.本发明的有益效果在于：
19.本发明的一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置及施工方法，通过监测弹簧的变形量与压力的关系并利用监测系统的仪表盘来实现实时监控钢支撑的预应力大小；根据预应力损失，通过启动动力系统来扩大柱体结构与柱壳结构间的相对位移，从而实现对预应力进行补偿。本发明基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置及施工方法，结构紧凑，操作简单，支撑稳定性好，不易发生松动，受力均匀，钢支撑预应力监测实时方便，准确度高，能够及时对预应力损失进行补偿，方便可靠，降低了施工风险，提高了施工效率。
附图说明
20.图1：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的卧置结构示意图；
21.图2：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的底部连接盘的卧置结构示意图；
22.图3：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的监测系统的卧置结构示意图；
23.图4：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的监测系统的卧置内部结构示意图；
24.图5：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的柱体结构的卧置结构示意图；
25.图6：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的柱壳结构的卧置结构示意图；
26.图7：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的动力系统及顶部连接盘的结构示意图；
27.图8：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的弹性滑块组件的结构示意图(伸出卡合状态)；
28.图9：本发明的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的弹性滑块组件的结构示意图(受压收缩状态)。
具体实施方式
29.结合附图1-9，对本发明的具体实施方式作如下说明：
30.实施例一：
31.如图1、3、4所示，一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，安装在基坑钢围挡与装配式钢支撑之间，包括依次连接的底部连接盘1、监测系统2、柱体结构3、柱壳结构4、动力系统5及顶部连接盘6。
32.监测系统2包括仪表盘21、监测箱体22、监测弹簧23、齿轮25、条形板27和顶板28，监测箱体22为两端开口的空管状结构，底部连接盘1与监测箱体22的一端开口处进行固定，顶板28卡合在监测箱体22的另一端开口内。监测弹簧23安装在监测箱体22内且其两端分别与底部连接盘1内端面(即底部连接盘1上端面)和顶板28内端面(即顶板28下端面)固定，条形板27一端固定在顶板28内端面(即顶板28下端面)上，齿轮25安装在监测箱体22内壁上且与条形板27上设置的锯齿进行啮合，仪表盘21安装在监测箱体22外壁上，且仪表盘21的指针旋转与齿轮25的旋转进行联动。
33.柱体结构3下端面固定在顶板28外端面(即顶板28上端面)上，柱体结构3上端转动套接在柱壳结构4内，顶部连接盘6下端面、柱壳结构4上端面分别与动力系统5的两端进行固定，且动力系统5能够控制柱壳结构4进行旋转。
34.实施例二：
35.如图1-9所示，一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，安装在基坑钢围挡与装配式钢支撑之间，包括依次连接的底部连接盘1、监测系统2、柱体结构3、柱壳结构4、动力系统5及顶部连接盘6。
36.底部连接盘1包括：底部连接盘盘体11、底部连接盘螺栓12、底部连接盘支柱13、底部连接盘横板14，底部连接盘支柱13设置有若干个并均布在底部连接盘盘体11与底部连接盘横板14之间，底部连接盘盘体11通过底部连接盘螺栓12与基坑钢围挡进行固定，监测弹簧23的一端固定在底部连接盘1的底部连接盘横板14的上端面上。底部连接盘横板14上设置有条形板出入口15，条形板27与底部连接盘横板14相垂直且条形板27另一端(即下端)正对在条形板出入口15上。
37.监测系统2包括仪表盘21、监测箱体22、监测弹簧23、齿轮25、条形板27和顶板28，监测箱体22为两端开口的空管状结构，底部连接盘1与监测箱体22的一端开口处进行固定，顶板28卡合在监测箱体22的另一端开口内。监测弹簧23设置有若干根并均布在底部连接盘1与顶板28之间，且监测弹簧23两端分别与底部连接盘1内端面(即底部连接盘1上端面)和顶板28内端面(即顶板28下端面)固定。条形板27一端固定在顶板28内端面(即顶板28下端面)上，齿轮25安装在监测箱体22内壁上且与条形板27上设置的锯齿进行啮合。仪表盘21安装在监测箱体22外壁上，且仪表盘21的指针旋转与齿轮25的旋转进行联动。监测箱体22内壁上设置有齿轮固定板24，齿轮25安装在齿轮固定板24上，齿轮25前端面轴心处安装有连接杆26，连接杆26与齿轮25共轴，连接杆26的前端贯穿仪表盘21并与仪表盘21中的指针进行固定。当顶板28收到柱体结构3的挤压后在监测箱体22内进行滑动，并使条形板27上设置的锯齿带动齿轮25进行旋转，此时仪表盘21中的指针在连接杆26的连接下受齿轮25的旋转也进行旋转，仪表盘21中预先刻有压力刻度，根据仪表盘21中的指针旋转的多少对应一定的压力刻度值，即可读出监测到的预应力大小。
38.柱体结构3下端面固定在顶板28外端面(即顶板28上端面)上，柱体结构3上端转动套接在柱壳结构4内，顶部连接盘6下端面、柱壳结构4上端面分别与动力系统5的两端进行固定，且动力系统5能够控制柱壳结构4进行旋转。
39.其中，柱体结构3包括圆柱状或圆管状柱体结构本体31，柱体结构本体31外壁上设置柱体有柱体外螺纹311和弹性滑块组件312，柱壳结构4包括柱壳底座以及安装在柱壳底座下端面的圆管状壳体41，圆管状壳体41内壁上设置有壳体内螺纹42以及贯穿圆管状壳体41内壁的滑块孔43，柱体外螺纹311与壳体内螺纹42相适配，弹性滑块组件312能够卡入滑块孔43内。柱体结构本体31外壁上设置有滑块安装盲孔，弹性滑块组件312安装在滑块安装盲孔内，弹性滑块组件312由滑块体3121、滑块脚3122和滑块弹簧3123组成，滑块体3121为三棱柱状，滑块脚3122安装在三棱柱状滑块体3121的一侧端面下，滑块弹簧3123上端固定在滑块脚3122下，其下端固定在滑块安装盲孔底部。弹性滑块组件312、滑块安装盲孔、滑块孔43均设置有若干个且一一对应，若干个弹性滑块组件312、滑块孔43均成螺旋状排列。在柱壳结构4旋转时，柱壳结构4沿柱体外螺纹311向外旋出，同时，柱壳结构4的滑块孔43与滑块体3121的斜面进行受力，从而使滑块弹簧3123受力收缩，滑块体3121随之下降，直至滑块体3121卡合进入下一个滑块孔43中。
40.其中，滑块体3121为直角三棱柱或锐角三棱柱，滑块体3121与滑块孔43受力的底角越大，则滑块体3121受力收缩越困难，而滑块体3121设置为直角三棱柱时，滑块体3121能够限制柱壳结构4发生逆向转动。
41.顶部连接盘6由顶部连接盘盘体61和顶部连接盘螺栓62组成，顶部连接盘盘体61上端面通过顶部连接盘螺栓62与装配式钢支撑进行固定；动力系统5由限位盖51、传动杆
52、马达53、马达支撑架54和动力系统支柱55组成，动力系统支柱55设置有若干个并均固定在限位盖51上端面与顶部连接盘盘体61下端面之间，马达53通过马达支撑架54安装在限位盖51上端面上，传动杆52一端安装在马达53输出轴上，另一端贯穿限位盖51并固定在柱壳底座上端面中心处。
42.实施例三：
43.一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的施工方法，基于实施例一或二公开的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，所述的施工方法，包括如下步骤：
44.s1、将基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置置于基坑钢围挡与装配式钢支撑之间，且将其底部连接盘1、顶部连接盘6分别通过螺栓与基坑钢围挡、装配式钢支撑进行固定；
45.s2、启动动力系统5控制柱壳结构4进行旋转，从而实现柱体结构3上端逐渐旋出柱壳结构4内并产生相对位移，同时观察监测系统2中的仪表盘21的数据，待达到要求后关闭动力系统5；
46.s3、在后期基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的使用、施工过程中，及时检查仪表盘21的数据，当装配式钢支撑发生预应力损失即仪表盘21数据不满足要求时，再次启动动力系统5并使仪表盘21数据再次达到要求，从而使装配式钢支撑轴力满足支撑要求。
47.在实施例一、二、三中，通过基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置两端的基坑钢围挡与装配式钢支撑的受力，监测系统2中的监测弹簧23发生形变，同时条形板27进行移动并使齿轮25发生旋转，仪表盘21的指针旋转随着齿轮25的旋转进行联动，从而对基坑钢围挡与装配式钢支撑之间预应力进行实时监测。一旦监测到预应力损失，通过启动动力系统来控制柱壳结构4进行旋转，柱壳结构4旋转过程中，柱体结构3与柱壳结构4之间的相对位移发生改变，从而增大监测弹簧23的形变与受力，从而实现对预应力进行补偿。
48.本发明的一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置及施工方法，通过监测弹簧的变形量与压力的关系并利用监测系统的仪表盘来实现实时监控钢支撑的预应力大小；根据预应力损失，通过启动动力系统来扩大柱体结构与柱壳结构间的相对位移，从而实现对预应力进行补偿。本发明基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置及施工方法，结构紧凑，操作简单，支撑稳定性好，不易发生松动，受力均匀，钢支撑预应力监测实时方便，准确度高，能够及时对预应力损失进行补偿，方便可靠，降低了施工风险，提高了施工效率。
49.上述结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，安装在基坑钢围挡与装配式钢支撑之间，其特征在于，包括依次连接的底部连接盘(1)、监测系统(2)、柱体结构(3)、柱壳结构(4)、动力系统(5)及顶部连接盘(6)，所述监测系统(2)包括仪表盘(21)、监测箱体(22)、监测弹簧(23)、齿轮(25)、条形板(27)和顶板(28)，所述监测箱体(22)为两端开口的空管状结构，所述底部连接盘(1)与监测箱体(22)的一端开口处进行固定，所述顶板(28)卡合在监测箱体(22)的另一端开口内，所述监测弹簧(23)安装在监测箱体(22)内且其两端分别与底部连接盘(1)和顶板(28)内端面固定，所述条形板(27)一端固定在顶板(28)内端面上，所述齿轮(25)安装在监测箱体(22)内壁上且与条形板(27)上设置的锯齿进行啮合，所述仪表盘(21)安装在监测箱体(22)外壁上，且所述仪表盘(21)的指针旋转与齿轮(25)的旋转进行联动；所述柱体结构(3)下端面固定在顶板(28)外端面上，所述柱体结构(3)上端转动套接在柱壳结构(4)内，所述顶部连接盘(6)下端面、柱壳结构(4)上端面分别与动力系统(5)的两端进行固定，且所述动力系统(5)能够控制柱壳结构(4)进行旋转。2.根据权利要求1所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述监测箱体(22)内壁上设置有齿轮固定板(24)，所述齿轮(25)安装在齿轮固定板(24)上，所述齿轮(25)前端面轴心处安装有连接杆(26)，所述连接杆(26)与齿轮(25)共轴，所述连接杆(26)的前端贯穿仪表盘(21)并与仪表盘(21)中的指针进行固定。3.根据权利要求1所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述监测弹簧(23)设置有若干根并均布在底部连接盘(1)与顶板(28)之间。4.根据权利要求1所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述底部连接盘(1)包括：底部连接盘盘体(11)、底部连接盘螺栓(12)、底部连接盘支柱(13)、底部连接盘横板(14)，所述底部连接盘支柱(13)设置有若干个并均布在底部连接盘盘体(11)与底部连接盘横板(14)之间，所述底部连接盘盘体(11)通过底部连接盘螺栓(12)与基坑钢围挡进行固定，所述监测弹簧(23)的一端固定在底部连接盘(1)的底部连接盘横板(14)的上端面上。5.根据权利要求4所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述底部连接盘横板(14)上设置有条形板出入口(15)，所述条形板(27)与底部连接盘横板(14)相垂直且所述条形板(27)另一端正对在条形板出入口(15)上。6.根据权利要求1所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述柱体结构(3)包括圆柱状或圆管状柱体结构本体(31)，所述柱体结构本体(31)外壁上设置柱体有柱体外螺纹(311)和弹性滑块组件(312)，所述柱壳结构(4)包括柱壳底座以及安装在柱壳底座下端面的圆管状壳体(41)，所述圆管状壳体(41)内壁上设置有壳体内螺纹(42)以及贯穿圆管状壳体(41)内壁的滑块孔(43)，所述柱体外螺纹(311)与壳体内螺纹(42)相适配，所述弹性滑块组件(312)能够卡入滑块孔(43)内。7.根据权利要求6所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述柱体结构本体(31)外壁上设置有滑块安装盲孔，所述弹性滑块组件(312)安装在滑块安装盲孔内，所述弹性滑块组件(312)由滑块体(3121)、滑块脚(3122)和滑块弹簧(3123)组成，所述滑块体(3121)为三棱柱状，所述滑块脚(3122)安装在三棱柱状滑块体(3121)的一侧端面下，所述滑块弹簧(3123)上端固定在滑块脚(3122)下，其下端固定在滑块安装盲孔底部。
8.根据权利要求6所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述弹性滑块组件(312)、滑块安装盲孔、滑块孔(43)均设置有若干个且一一对应，若干个所述弹性滑块组件(312)、滑块孔(43)均成螺旋状排列；所述滑块体(3121)为直角三棱柱或锐角三棱柱。9.根据权利要求1所述一种基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，其特征在于，所述顶部连接盘(6)由顶部连接盘盘体(61)和顶部连接盘螺栓(62)组成，所述顶部连接盘盘体(61)上端面通过顶部连接盘螺栓(62)与装配式钢支撑进行固定；所述动力系统(5)由限位盖(51)、传动杆(52)、马达(53)、马达支撑架(54)和动力系统支柱(55)组成，所述动力系统支柱(55)设置有若干个并均固定在限位盖(51)上端面与顶部连接盘盘体(61)下端面之间，所述马达(53)通过马达支撑架(54)安装在限位盖(51)上端面上，所述传动杆(52)一端安装在马达(53)输出轴上，另一端贯穿限位盖(51)并固定在柱壳底座上端面中心处。10.一种如权利要求1-9任意一项所述的基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置置于基坑钢围挡与装配式钢支撑之间，且将其底部连接盘(1)、顶部连接盘(6)分别通过螺栓与基坑钢围挡、装配式钢支撑进行固定；s2、启动动力系统(5)控制柱壳结构(4)进行旋转，从而实现柱体结构(3)上端逐渐旋出柱壳结构(4)内并产生相对位移，同时观察监测系统(2)中的仪表盘(21)的数据，待达到要求后关闭动力系统(5)；s3、在后期基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的使用、施工过程中，及时检查仪表盘(21)的数据，当装配式钢支撑发生预应力损失即仪表盘(21)数据不满足要求时，再次启动动力系统(5)并使仪表盘(21)数据再次达到要求，从而使装配式钢支撑轴力满足支撑要求。

技术总结
本发明公开了基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置，包括依次连接的底部连接盘、监测系统、柱体结构、柱壳结构、动力系统及顶部连接盘，监测系统包括仪表盘、监测箱体、监测弹簧、齿轮、条形板和顶板，底部连接盘与监测箱体一端固定，顶板卡合在监测箱体另一端内，监测弹簧两端分别与底部连接盘和顶板固定，齿轮与条形板啮合，仪表盘与齿轮的旋转进行联动；柱体结构固定在顶板上，柱体结构上端转动套接在柱壳结构内，动力系统能够控制柱壳结构旋转。本发明还公开了基坑装配式钢支撑的智能加压实时监测装置的施工方法。本发明支撑稳定性好，不易发生松动，受力均匀，监测实时方便，准确度高，能够对预应力进行补偿，方便可靠。方便可靠。方便可靠。


技术研发人员：汪亦显 段江涛 侯卫超 马乐乐 赵昊磊 李娴 郭盼盼 安然 陈小文 宋满荣
受保护的技术使用者：中铁二十四局集团安徽工程有限公司 中铁二十四局集团有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/14