一种隔震支座受力监测方法和装置与流程

1.本发明涉及建筑工程技术领域，具体而言，涉及一种隔震支座受力监测方法和装置。


背景技术：

2.由于隔震支座具有良好水平大变形能力和消耗能量的能力，在地震发生时，通过隔震支座良好的大变形作用进而消耗掉地震的大部分能量，减轻地震作用对建筑物的损坏，以此达到延长整个结构体系的自振周期作用，提高建筑物的抗震能力，从而达到预期抗震设防目标。
3.但是在发生地震时，隔震支座受到竖向拉压力及横向剪力，在同一个位置同时受到两种力的作用，常规方法很难测量或解耦出两种变形或力。当使用压力传感器时，只能检测到竖向力，剪力测量比较困难，目前可见的光纤光栅传感器检测支座的横向变形，但是其只能检测超过一定阈值的变形，且当横向变形较大时，可能会导致光纤光栅受到破坏。从而导致目前的技术手段对隔震支座的受力监测存在一定的难度。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，例如，提供了一种隔震支座受力监测方法和装置，其结构简单，安装方便，能够实现对隔震支座竖向和横向变形，以及受到的竖向拉压力和横向剪力进行监测。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.第一方面，本发明提供一种隔震支座受力监测方法，包括：
7.在隔震支座未发生变形的情况下，接收竖向电容传感器输出的第一竖向电容数据，并根据第一竖向电容数据确定竖向电容传感器的电容极板间的第一间隔距离；接收横向电容传感器输出的第一横向电容数据，并根据第一横向电容数据确定横向电容传感器的电容极板间的第二间隔距离；
8.在隔震支座发生变形的情况下，竖向电容传感器的正对电容极板面积不变，接收竖向电容传感器输出的第二竖向电容数据，并根据第二竖向电容数据确定竖向电容传感器的电容极板间的第三间隔距离；接收横向电容传感器输出的第二横向电容数据；
9.根据第一间隔距离及第三间隔距离确定竖向电容传感器的电容极板间的第一竖向变形距离；根据第一竖向变形距离确定隔震支座的竖向变化，并确定隔震支座的竖向受力；
10.根据第一竖向变形距离确定横向电容传感器的第二竖向变形距离；根据第二竖向变形距离确定隔震支座的横向变化，并确定隔震支座的横向受力。
11.在可选的实施方式中，根据第二竖向变形距离确定隔震支座的横向变化，并确定隔震支座的横向受力的步骤包括：
12.根据第二竖向变形距离及第二间隔距离确定横向电容传感器的电容极板间的实
际间隔距离；
13.根据实际间隔距离及第二横向电容数据确定横向电容传感器的实际正对电容极板面积；
14.根据实际正对电容极板面积确定横向电容传感器的变化正对电容极板面积；
15.根据横向电容传感器的变化正对电容极板面积确定隔震支座的横向变化，并确定隔震支座的横向受力。
16.在可选的实施方式中，当横向电容传感器的两个电极板之间的橡胶垫的厚度与竖向电容传感器的两个电极板之间的橡胶垫的厚度相同时，第一竖向变形距离与第二竖向变形距离相同。
17.在可选的实施方式中，横向电容传感器的两个电极板之间的橡胶垫的厚度与竖向电容传感器的两个电极板之间的橡胶垫的厚度相同，第一竖向变形距离与第二竖向变形距离相同。
18.在可选的实施方式中，在确定第一间隔距离及确定第二间隔距离之前的步骤包括：
19.确定竖向电容传感器及横向电容传感器的初始正对电容极板面积。
20.第二方面，本发明提供一种隔震支座受力监测装置，用于实施上述的隔震支座受力监测方法，隔震支座受力监测装置包括横向电容传感器及竖向电容传感器；
21.横向电容传感器及竖向电容传感器均与隔震支座连接，横向电容传感器用于监测隔震支座的横向受力，竖向电容传感器用于监测隔震支座的竖向受力。
22.在可选的实施方式中，隔震支座受力监测装置包括第一电极板、第二电极板及第三电极板；
23.第一电极板、第二电极板及第三电极板依次平行设置，第一电极板及第三电极板均与隔震支座连接，且第一电极板及第三电极板间隔设置；第一电极板正对于第三电极板，且第一电极板与第三电极板相互正对的面相同；第二电极板与第三电极板绝缘连接，且第二电极板位于第一电极板在第三电极板的投影内；
24.其中，第一电极板及第三电极板用于形成监测隔震支座横向受力的横向电容传感器；第一电极板及第二电极板用于形成监测隔震支座竖向受力的竖向电容传感器。
25.在可选的实施方式中，第三电极板上开设有安装第二电极板的凹槽。
26.在可选的实施方式中，第一电极板及第三电极板均为圆盘形，且第一电极板及第三电极板的轴线重合，且第一电极板及第三电极板的半径相同。
27.在可选的实施方式中，第一电极板及第三电极板均与隔震支座的钢板连接；
28.或，第一电极板及第三电极板中的一个或两个为隔震支座的钢板。
29.在可选的实施方式中，第一电极板与第三电极板之间设置有橡胶垫。
30.本发明实施例的有益效果包括：
31.该隔震支座受力监测方法包括：在隔震支座未发生变形的情况下，接收竖向电容传感器输出的第一竖向电容数据，并根据第一竖向电容数据确定竖向电容传感器的电容极板间的第一间隔距离；接收横向电容传感器输出的第一横向电容数据，并根据第一横向电容数据确定横向电容传感器的电容极板间的第二间隔距离；
32.在隔震支座发生变形的情况下，竖向电容传感器的正对电容极板面积不变，接收
竖向电容传感器输出的第二竖向电容数据，并根据第二竖向电容数据确定竖向电容传感器的电容极板间的第三间隔距离；接收横向电容传感器输出的第二横向电容数据；
33.根据第一间隔距离及第三间隔距离确定竖向电容传感器的电容极板间的第一竖向变形距离；根据第一竖向变形距离确定隔震支座的竖向变化，并确定隔震支座的竖向受力；
34.根据第一竖向变形距离确定横向电容传感器的第二竖向变形距离；根据第二竖向变形距离确定隔震支座的横向变化，并确定隔震支座的横向受力。
35.该隔震支座受力监测方法通过接收竖向电容传感器及横向电容传感器在隔震支座变形前及变形后的电容值数据，并对接收到的电容值数据与竖向电容传感器及横向电容传感器的参数进行分析，便可得到竖向电容传感器的电容极板间的第一竖向变形距离及横向电容传感器的电容极板间的第二竖向变形距离，进而能够根据第一竖向变形距离确定隔震支座的竖向变化，并确定隔震支座的竖向受力；以及根据第二竖向变形距离确定隔震支座的横向变化，并确定隔震支座的横向受力。
36.由此，能够实现对隔震支座受到的竖向拉压力及横向剪力进行监测。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
38.图1为本发明实施例中隔震支座未变形时隔震支座受力监测装置的结构示意图；
39.图2为本发明实施例中隔震支座变形时隔震支座受力监测装置的结构示意图；
40.图3为本发明实施例中第一电极板、第二电极板及第三电极板的结构示意图；
41.图4为本发明实施例中第一电极板、第二电极板及第三电极板的连接示意图；
42.图5为本发明实施例中隔震支座变形时第一电极板与第三电极板的位置示意图。
43.图标：100-隔震支座；110-橡胶垫；120-钢板；200-隔震支座受力监测装置；201-横向电容传感器；202-竖向电容传感器；210-第一电极板；220-第二电极板；230-第三电极板；231-凹槽。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
45.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
48.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
50.请参考图1-图5，本实施例提供了一种隔震支座受力监测方法，包括：
51.在隔震支座100未发生变形的情况下，接收竖向电容传感器202输出的第一竖向电容数据，并根据第一竖向电容数据确定竖向电容传感器202的电容极板间的第一间隔距离；接收横向电容传感器201输出的第一横向电容数据，并根据第一横向电容数据确定横向电容传感器201的电容极板间的第二间隔距离；
52.在隔震支座100发生变形的情况下，竖向电容传感器202的正对电容极板面积不变，接收竖向电容传感器202输出的第二竖向电容数据，并根据第二竖向电容数据确定竖向电容传感器202的电容极板间的第三间隔距离；接收横向电容传感器201输出的第二横向电容数据；
53.根据第一间隔距离及第三间隔距离确定竖向电容传感器202的电容极板间的第一竖向变形距离；根据第一竖向变形距离确定隔震支座100的竖向变化，并确定隔震支座100的竖向受力；
54.根据第一竖向变形距离确定横向电容传感器201的第二竖向变形距离；根据第二竖向变形距离确定隔震支座100的横向变化，并确定隔震支座100的横向受力。
55.该隔震支座受力监测方法的原理是：
56.请参考图1-图5，该隔震支座受力监测方法通过接收竖向电容传感器202及横向电容传感器201在隔震支座100变形前及变形后的电容值数据，并对接收到的电容值数据与竖向电容传感器202及横向电容传感器201的参数进行分析，便可得到竖向电容传感器202的电容极板间的第一竖向变形距离及横向电容传感器201的电容极板间的第二竖向变形距离，进而能够根据第一竖向变形距离确定隔震支座100的竖向变化，并确定隔震支座100的竖向受力；以及根据第二竖向变形距离确定隔震支座100的横向变化，并确定隔震支座100的横向受力。
57.由此，能够实现对隔震支座100受到的竖向拉压力及横向剪力进行监测。
58.具体的，在确定第一间隔距离及确定第二间隔距离之前的步骤包括：
59.确定竖向电容传感器202及横向电容传感器201的初始正对电容极板面积。
60.在本实施例中，根据第二竖向变形距离确定隔震支座100的横向变化，并确定隔震支座100的横向受力的步骤包括：
61.根据第二竖向变形距离及第二间隔距离确定横向电容传感器201的电容极板间的实际间隔距离；
62.根据实际间隔距离及第二横向电容数据确定横向电容传感器201的实际正对电容极板面积；
63.根据实际正对电容极板面积确定横向电容传感器201的变化正对电容极板面积；
64.根据横向电容传感器201的变化正对电容极板面积确定隔震支座100的横向变化，并确定隔震支座100的横向受力。
65.具体的，在本实施例中，当横向电容传感器201的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度与竖向电容传感器202的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度相同时，第一竖向变形距离与第二竖向变形距离相同。
66.具体的，在本发明的其他实施例中，当横向电容传感器201的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度与竖向电容传感器202的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度不同时，第一竖向变形距离与第二竖向变形距离的比值为第一数值，横向电容传感器201的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度与竖向电容传感器202的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度的比值为第二数值，第一数值与第二数值相同。
67.基于上述内容，该隔震支座受力监测方法的具体步骤如下：
68.首先，确定竖向电容传感器202及横向电容传感器201的初始正对电容极板面积。并且需要说明的是，在竖向电容传感器202及横向电容传感器201确定之后，其极板间介质的介电常数同样被确定；由此，竖向电容传感器202极板间介质的介电常数及正对电容极板面积被确定，横向电容传感器201的极板间介质的介电常数及正对电容极板面积被确定；
69.在隔震支座100未发生变形的情况下，竖向电容传感器202的正对电容极板面积不变，接收竖向电容传感器202输出的第一竖向电容数据，并根据第一竖向电容数据确定竖向电容传感器202的电容极板间的第一间隔距离；接收横向电容传感器201输出的第一横向电容数据，并根据第一横向电容数据确定横向电容传感器201的电容极板间的第二间隔距离；
70.由此，根据电容计算公式
71.可以对第一间隔距离及第二间隔距离进行计算；具体如下：
[0072][0073][0074]
其中，c
10
为第一横向电容数据，s1为横向电容传感器201的正对电容极板面积，d1为横向电容传感器201的电容极板间距离，c
20
为第一竖向电容数据，s2为竖向电容传感器202的正对电容极板面积，d2为竖向电容传感器202的电容极板间距离；
[0075]
在隔震支座100发生变形的情况下，竖向电容传感器202的正对电容极板面积不变，接收竖向电容传感器202输出的第二竖向电容数据，并根据第二竖向电容数据确定竖向电容传感器202的电容极板间的第三间隔距离；接收横向电容传感器201输出的第二横向电容数据；具体的，根据上述设计，无论隔震支座100是否发生剪切变形，竖向电容传感器202的极板正对面积始终保持不变，即其电容大小只受电容极板间距离的影响。当发生地震，导致隔震支座100发生变形的情况下，即，隔震支座100发生竖向和剪切变形时，竖向电容传感器202及横向电容传感器201的电容极板间的距离变化为δd，而横向电容传感器201的极板间因变形产生的错动距离为l。
[0076]
根据第一间隔距离及第三间隔距离确定竖向电容传感器202的电容极板间的第一竖向变形距离；根据第一竖向变形距离确定横向电容传感器201的第二竖向变形距离；
[0077]
根据电容计算公式(1)；
[0078]
对竖向电容传感器202及横向电容传感器201的电容极板间的距离变化为δd进行计算；具体如下：
[0079][0080][0081]
根据公式(3)及公式(5)可得：
[0082][0083]
其中，c
11
为第二横向电容数据，s为横向电容传感器201的正对电容极板面积，c
21
为第二竖向电容数据；
[0084]
根据第一竖向变形距离确定隔震支座100的竖向变化，并确定隔震支座100的竖向受力；具体步骤如下：
[0085]
具体的，隔震支座100的竖向受力情况可以根据事先标定的橡胶竖向受力与变形系数k1，利用δd计算得到，如下：
[0086]fv
＝k1
×
δd
ꢀꢀ
(7)；
[0087]
根据实际间隔距离及第二横向电容数据确定横向电容传感器201的实际正对电容极板面积；具体步骤如下：
[0088]
根据公式(4)、(5)及(6)可得：
[0089][0090][0091]
根据实际正对电容极板面积确定横向电容传感器201的变化正对电容极板面积；根据横向电容传感器201的变化正对电容极板面积确定隔震支座100的横向变化，并确定隔震支座100的横向受力。具体步骤如下：
[0092]
而横向电容传感器201的极板间因变形产生的错动距离为l即为两个极板圆心的法相距离，与面积s的关系为：
[0093][0094][0095]
隔震支座100的竖向受力情况可以根据事先标定的橡胶剪力与剪切变形系数k2，利用l计算得到，如下：
[0096]fh
＝k2
×
l
ꢀꢀ
(12)；
[0097]
基于上述内容，需要说明的是，在本实施例中，需要对隔震支座100的变形进行计算，而在隔震支座100变形的过程中，由于隔震支座100是采用的橡胶垫110的变形吸收能量，由此，在计算变形时，以统计橡胶垫110的变形量为隔震支座100的变形量，而且由于橡胶垫110的个数较多，故在正常情况下，默认每个橡胶垫110的变形系数相同。
[0098]
即，在本实施例中，采用的是横向电容传感器201的两个电极板之间的橡胶垫110
的厚度与竖向电容传感器202的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度相同的设置方式，由此，当隔震支座100发生变形前，竖向电容传感器202及横向电容传感器201的电容极板间的初始距离相同；而且当隔震支座100发生变形后，竖向电容传感器202及横向电容传感器201的电容极板间的距离相同；即，第一竖向变形距离与第二竖向变形距离相同；此时，隔震支座100的竖向变形量为：
[0099]dv
＝n
×
δd
ꢀꢀ
(13)；
[0100]
隔震支座100的剪切变形量为：
[0101]dh
＝n
×
l
ꢀꢀ
(14)；
[0102]
其中，竖向变形量为dv，剪切变形量为dh，橡胶层数为n。
[0103]
即，而在本发明的其他实施例中，当隔震支座100的多个橡胶垫110的厚度不一致，而横向电容传感器201的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度与竖向电容传感器202的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度相同时，隔震支座100的竖向变形量为：
[0104][0105]
隔震支座100的剪切变形量为：
[0106][0107]
其中，电容传感器的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度与竖向电容传感器202的两个电极板之间的橡胶垫110的厚度为t，总橡胶厚度t。
[0108]
基于上述内容，请参考图1-图5，本发明提供一种隔震支座受力监测装置200，用于实施上述的隔震支座受力监测方法，隔震支座受力监测装置200包括横向电容传感器201及竖向电容传感器202；
[0109]
横向电容传感器201及竖向电容传感器202均与隔震支座100连接，横向电容传感器201用于监测隔震支座100的横向受力，竖向电容传感器202用于监测隔震支座100的竖向受力。
[0110]
具体的，在本实施例中，为简化隔震支座受力监测装置200的结构，故，隔震支座受力监测装置200包括第一电极板210、第二电极板220及第三电极板230；
[0111]
第一电极板210、第二电极板220及第三电极板230依次平行设置，第一电极板210及第三电极板230均与隔震支座100连接，且第一电极板210及第三电极板230间隔设置；第一电极板210正对于第三电极板230，且第一电极板210与第三电极板230相互正对的面相同；第二电极板220与第三电极板230绝缘连接，且第二电极板220位于第一电极板210在第三电极板230的投影内；
[0112]
其中，第一电极板210及第三电极板230用于形成监测隔震支座100横向受力的横向电容传感器201；第一电极板210及第二电极板220用于形成监测隔震支座100竖向受力的竖向电容传感器202。
[0113]
该隔震支座受力监测装置200的工作原理是：
[0114]
请参考图1-图5，该隔震支座受力监测装置200包括第一电极板210、第二电极板220及第三电极板230；其中，第一电极板210、第二电极板220及第三电极板230依次平行设置，第一电极板210及第三电极板230均与隔震支座100连接，且第一电极板210及第三电极板230间隔设置；进而能够使得第一电极板210及第三电极板230形成监测隔震支座100横向
受力的横向电容传感器201；
[0115]
而第一电极板210正对于第三电极板230，且第一电极板210与第三电极板230相互正对的面相同；第二电极板220与第三电极板230绝缘连接，且第二电极板220位于第一电极板210在第三电极板230的投影内；进而能够使得第一电极板210及第二电极板220形成监测隔震支座100竖向受力的竖向电容传感器202。
[0116]
这样的设置方式，其目的是使得第一电极板210与第二电极板220及第三电极板230之间的间隔一致，从而使得竖向电容传感器202横向电容传感器201的电容极板间距离一致；并且在隔震支座100发生变形的过程中，第使得第一电极板210与第二电极板220之间的正对电容极板面积不会发生变化，从而能够通过这样的方式，在接收到竖向电容传感器202测量的电容值后，能够根据上述内容的公式(1)得出竖向电容传感器202的电容极板间的距离变化，并基于横向电容传感器201的电容极板间的距离变化与竖向电容传感器202的电容极板间的距离变化一致，从而在接收到横向电容传感器201测量的电容值后，得出隔震支座100的剪切变形量；
[0117]
由此，能够基于隔震支座100的竖向变形及剪切变形，从而计算出隔震支座100的竖向受力以及剪切受力，进而实现对隔震支座100受到的竖向拉压力及横向剪力进行监测。需要说明的是，通过该隔震支座受力监测装置200实现对隔震支座100受到的竖向拉压力及横向剪力进行监测的具体步骤如上，故在此不再赘述。
[0118]
进一步地，请参考图1-图5，在本实施例中，在设置第一电极板210及第三电极板230时，第一电极板210及第三电极板230均为圆盘形，且第一电极板210及第三电极板230的轴线重合，且第一电极板210及第三电极板230的半径相同。而且第二电极板220同样可以为圆盘形，且第二电极板220位于第三电极板230的中心位置。
[0119]
在安装第一电极板210及第三电极板230时，可以使得第一电极板210及第三电极板230均与隔震支座100的钢板120连接。而在本发明的其他实施例中，还可以使得第一电极板210及第三电极板230中的一个或两个为隔震支座100的钢板120。
[0120]
为对隔震支座100的受力进行变化，并使得第一电极板210与第三电极板230间隔设置，故，第一电极板210与第三电极板230之间设置有橡胶垫110。而且第一电极板210与第三电极板230之间的橡胶垫110可以与隔震支座100的任意两个相邻的钢板120之间的橡胶垫110的厚度一致。
[0121]
为便于安装第二电极板220，故，第三电极板230上开设有安装第二电极板220的凹槽231。而且，当第二电极板220安装于凹槽231内时，为使得第二电极板220与第三电极板230绝缘，故，第二电极板220用于与第三电极板230接触的面以及第二电极板220的外周面均设置有绝缘件。具体的，绝缘件为贴附于第二电极板220外周的绝缘膜。
[0122]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。