Высота

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5086 (2023) Цитировать эту статью

493 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Стремясь решить проблемы низкой чувствительности и низкой точности, вызванные механизмом передачи смещения трех датчиков смещения, используемых одновременно при трехмерном мониторинге смещения сейсмоизолирующих подшипников, в статье предложен высокочувствительный вращающийся трехмерный датчик смещения. Датчик добавляет сквозные отверстия на поверхности консольной балки равной прочности, образуя поперечную балку, что увеличивает изгибную деформацию на поверхности балки и повышает чувствительность. Добавляя гироскоп и механическую структуру вращения, один датчик может одновременно измерять трехмерное смещение, уменьшая негативное влияние механизма передачи смещения на точность измерения. Программное обеспечение ANSYS использовалось для моделирования и оптимизации параметров размера сквозного отверстия сенсорного луча для определения подходящего размера и местоположения сквозного отверстия. Наконец, датчик был разработан, и на основе результатов моделирования были протестированы его статические характеристики и эффективность измерения смещения в статическом и динамическом трехмерном пространстве. Результаты испытаний показали, что датчик имеет чувствительность 16,29 мВ/мм и точность 0,9% в диапазоне 0–160 мм. Погрешности измерения статического и динамического трехмерного пространственного смещения составляют менее 2 мм, что может соответствовать требованиям точности измерения трехмерного смещения и чувствительности для мониторинга состояния конструкции сейсмоизоляционных подшипников.

В последние годы землетрясения происходили часто. Структурные повреждения домов, произошедшие во время землетрясений, принесли людям невыносимые потери1. Традиционные методы сейсмостойкости далеки от ожиданий в отношении землетрясений2. Чтобы существенно снизить воздействие сейсмической энергии на конструкцию, инженеры сместили акцент с традиционной «сейсмостойкости» на «сейсмическую изоляцию»3. Сейсмоизоляционная конструкция обычно представляет собой гибкий сейсмоизоляционный слой между фундаментом и верхней конструкцией, так что фундамент в некоторой степени отделен от верхней конструкции4. Таким образом можно изолировать передачу сейсмической энергии на верхнюю конструкцию, снизить основную частоту автоколебаний верхней конструкции, тем самым уменьшая влияние сейсмического воздействия на верхнюю конструкцию5. Приняв меры по сейсмической изоляции, частоту автоколебаний верхнего сооружения в целом можно снизить с 1–6 Гц до 0,2–0,5 Гц, что позволяет существенно снизить воздействие сейсмических сил и эффективно противостоять прямым и вторичным катастрофам, порождаемым землетрясения6. Сейсмоизоляционный подшипник является ключевым компонентом системы сейсмоизоляционной конструкции. Из-за сложных эффектов самонагрузки и нагрузки от окружающей среды во время строительства и эксплуатации неизбежно будут накапливаться повреждения структурной системы, что приведет к снижению способности сейсмоизоляционной опоры противостоять стихийным бедствиям7. Это не только повлияет на нормальное использование несущей конструкции, но также создаст определенную угрозу безопасности здания и увеличит риск человеческих жертв и экономических потерь, вызванных землетрясением8. Поэтому состояние здоровья сейсмоизолирующих подшипников в нестабильных средах стало предметом внимания многих ученых9. Традиционным методом оценки сейсмоизоляционных подшипников является ручная оценка, то есть ручная разборка сейсмоизоляционных подшипников, подлежащих испытанию, а затем оценка их состояния работоспособности на основе внешнего вида, испытаний под нагрузкой и т. д.10. Однако на самом деле в крупных инженерных зданиях имеется большое количество сейсмоизолирующих подшипников, и условия их установки сложны11. Ручная оценка не только отнимает много времени, трудоемка, но и дорогостояща12. Благодаря быстрому развитию сенсорных технологий, технологий сбора информации и технологий анализа испытаний, система непрерывного мониторинга состояния сейсмоизоляционных подшипников в режиме реального времени широко используется в мостах, высотных зданиях, водном хозяйстве и других инженерных областях13.