一种四维隔震的物联管路系统的制作方法

1.本实用新型属于建筑隔震技术领域，具体涉及一种四维隔震的物联管路系统，用于隔震建筑内途径隔震层的机电管道隔震及隔震管路对地震响应的远程感知。


背景技术：

2.隔震建筑以防震减灾为目的，为降低地震响应，在结构中设置隔震层而实现隔震功能。途经隔震层的机电管道，为生产生活提供水暖气电供给以及消防保护，须在地震发生时与隔震结构的地震响应适配，实现与结构同步位移，并均衡以上下结构为两端边界的隔震管路变形，符合应力指标且使约束荷载满足支承的许用范围。
3.地震发生时，受p波竖向地震作用，隔震管路需满足隔震层下部相对上部的竖向位移；受s波双向水平地震作用，隔震管路应满足隔震层上部相对下部在水平面360
°
范围任意方向往复平动；再者，双向水平地震作用对质量和刚度分布不对称的结构具有扭转效应，隔震管路要能够适配结构层间角位移而相对水平转动。
4.为了实现机电管道与建筑结构同等的设防目标，隔震层的机电管道应是一种具有三个正交平动线位移及一个水平转动角位移共四个自由度变形及复位能力的四维隔震管路，地震时全方位吸收隔震位移；同时还应该联网感知隔震管路的地震响应，实时了解隔震管路与隔震结构的匹配效果，继而通过数据挖掘不断促进机电管道隔震的系统性优化迭代而造福社会。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种四维隔震的物联管路系统，专门用于机电管道匹配结构隔震的四个自由度同步变形以及对结构相对水平位移和隔震管路两端边界加速度响应的远程感知。
6.为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种四维隔震的物联管路系统，包括二拉杆波纹隔震节、走向控制管、多拉杆波纹隔震节、2个三轴加速度感知终端、1个或2个三轴倾角感知终端，二拉杆波纹隔震节水平安装，且2根拉杆一上一下对称布置在二拉杆波纹隔震节中心线所在的竖直面内，所述二拉杆波纹隔震节一端经上接口连接上部管路，另一端经走向控制管连接多拉杆波纹隔震节一端，所述多拉杆波纹隔震节另一端经下接口连接下部管路；三轴倾角感知终端经连接板安装在二拉杆波纹隔震节或多拉杆波纹隔震节的中间管上；2个三轴加速度感知终端经连接板分别安装在二拉杆波纹隔震节靠近与上部结构固接的上固定点处，以及多拉杆波纹隔震节靠近与下部结构固接的下固定点处。
8.进一步，二拉杆波纹隔震节只有一段波纹管或有两段相同的波纹管；二拉杆波纹隔震节只有一段波纹管时其波纹管的特征为波高较矮波纹对称分布在波高较高波纹两侧；二拉杆波纹隔震节有两段相同的波纹管时其波纹管的特征为波高较矮波纹对称分布在波高较高波纹两侧。
9.进一步，多拉杆波纹隔震节有两段相同的波纹管和至少三个周向均布的拉杆，两段相同的波纹管均为波高较矮波纹对称分布在波高较高波纹两侧，或每段波纹管从一侧到另一侧的波纹波高由矮到高且两段波纹管对称。
10.进一步，所述走向控制管包括弯曲段和位于弯曲段两端分别用于控制两个方向安装尺寸的第一直段和第二直段。
11.进一步，所述的三轴加速度感知终端经平板形或直角形连接板安装，采用螺纹紧固方式或磁吸方式或粘贴方式与连接板固接。
12.进一步，所述的三轴倾角感知终端经平板形或直角形连接板安装，采用螺纹紧固方式或磁吸方式或粘贴方式与连接板固接。
13.进一步，所述的上接口连接来自或去往隔震层上层的上部管路。
14.进一步，所述的下接口连接来自或去往隔震层下层的下部管路。
15.进一步，上接口连接上部管路的方式为法兰连接或对焊连接或承插焊连接或螺纹连接。
16.进一步，下接口连接下部管路的方式为法兰连接或对焊连接或承插焊连接或螺纹连接。
17.进一步，四维隔震的物联管路系统整体竖直面布置，其中的多拉杆波纹隔震节竖直安装。
18.进一步，四维隔震的物联管路系统整体水平面布置，其中的多拉杆波纹隔震节水平安装。
19.进一步，三轴加速度感知终端和三轴倾角感知终端是直连物联网应用平台双向通信的智能感知设备，联网方式为nb-iot，接入协议为mqtt或http或websocket。
20.进一步，三轴加速度感知终端和三轴倾角感知终端是直连物联网应用平台双向通信的智能感知设备，联网方式为5g，接入协议为mqtt或http或websocket。
21.进一步，三轴加速度感知终端和三轴倾角感知终端是直连物联网应用平台双向通信的智能感知设备，联网方式为4g，接入协议为mqtt或http或websocket。
22.进一步，下接口连接的下部管路为安装在隔震层内的机电设备配管。
23.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
24.一种四维隔震的物联管路系统，首先既适配结构隔震的四维变形及复位能力，与结构地震位移响应全方位同步，保障经历地震时机电系统与结构一样安全，又满足管路日常冷热交变位移补偿；其次，四维隔震的物联管路系统的两端边界对隔震层上下结构的实际加速度响应，以及管路与结构同步的上下相对水平位移，实时通过物联网系统被远程感知，利用物联网数据挖掘及分析对机电管道隔震不断迭代优化，为社会提供专业信息共享；第三，整个管路系统无中间支吊架，既节约隔震层可用空间又方便安装现场低碳施工。
附图说明
25.图1为实施例1竖直面布置应用场景图。
26.图2为一段波纹管时二拉杆波纹隔震节示意图。
27.图3为四拉杆波纹隔震节示意图。
28.图4为走向控制管详图。
29.图5为三轴加速度感知终端在水平管顶部安装时采用直角形连接板时结构示意图。
30.图6为三轴加速度感知终端和三轴倾角感知终端在竖直管侧面安装时采用平板形连接板时结构示意图。
31.图7为实施例2水平面布置应用场景图。
32.图8为有两段相同的波纹管时二拉杆波纹隔震节示意图二。
33.图9为三拉杆波纹隔震节示意图一。
34.图10为三轴加速度感知终端和三轴倾角感知终端在水平管侧面安装时采用平板形连接板时结构示意图。
35.图11为实施例3竖直面布置应用场景图。
36.图12为三拉杆波纹隔震节示意图二。
37.图中，1-二拉杆波纹隔震节；2-走向控制管；201-弯曲段；202-第一直段；203-第二直段；3-多拉杆波纹隔震节；4-三轴加速度感知终端；5-三轴倾角感知终端；6-连接板；61-直角连接板；62-平板连接板；7-上固定点；8-上接口；9-上部管路；10-下固定点；11-下接口；12-下部管路。
具体实施方式
38.如图1-12所示，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
39.实施例1
40.如图1，一种四维隔震的物联管路系统整体呈倒l形安装布置在某隔震建筑隔震层空间的yz平面内，且以固接在隔震结构上部的上固定点7和固接在隔震结构下部的下固定点10为地震响应输入源，从上接口8至下接口11形成具有端点附加位移的独立的柔性管路系统，包括二拉杆波纹隔震节1、走向控制管2、多拉杆波纹隔震节3、2个三轴加速度感知终端4和1个三轴倾角感知终端5。
41.本例的二拉杆波纹隔震节1只有一段波纹管101，如图2所示，特征为波高较矮波纹对称分布在波高较高波纹两侧，此特征能够充分均衡波纹管各个波纹响应大变形的速率，整体提高本四维隔震的物联管路系统与隔震结构对地震位移响应的同步性；2根拉杆一上一下对称布置在二拉杆波纹隔震节中心线所在的竖直面yz内。
42.所述二拉杆波纹隔震节1一端经上接口8连接上部管路9，另一端经走向控制管2连接竖直布置的具有4根周向均布拉杆303的多拉杆波纹隔震节3一端，所述多拉杆波纹隔震节3另一端经下接口11连接下部管路12。
43.本例的三轴倾角感知终端5是联网方式为nb-iot，接入协议为mqtt，通过倾斜唤醒和定时两种方式上报数据，直连隔震物联网云端应用平台，测量范围xyz三轴均为
±
90
°
，测量精度0.05
°
，北斗和gps双模定位，倾角触发告警阈值可设置的低功耗远距无线通信智能感知设备，经平板形连接板62以螺纹紧固方式水平安装在竖直布置的多拉杆波纹隔震节3的中间管302上。
44.本例的2个三轴加速度感知终端4是联网方式为nb-iot，接入协议为mqtt，通过突
发加速度和定时两种方式上报数据，直连隔震物联网云端应用平台，加速度触发告警阈值可设置的低功耗远距离无线通信智能感知设备。第1个三轴加速度感知终端4经直角形连接板61，以螺纹紧固方式安装在二拉杆波纹隔震节1右端的水平直管顶部，靠近与上部结构固接的上固定点7处。第2个三轴加速度感知终端4经平板形连接板62，以螺纹紧固方式安装在多拉杆波纹隔震节3下端的直管侧面，靠近与下部结构固接的下固定点10处。
45.本例中，所述走向控制管2包括控制管路走向的弯曲段201和位于弯曲段两端分别调整两个方向安装尺寸的第一直段202和第二直段203，选用了标准长半径弯头和两个不同长度直管组成，立体调整：一方面适应现场实际安装空间；另一方面控制管路系统与梁的净空以及与柱的净距。这样处理，就保证了地震时四维隔震物联管路系统既同步上部结构相对下部结构发生任意方位大变形而又能不与上下支墩干涉。
46.本实施例的隔震管路系统地震时进行四维变形隔震的工作过程为：作为一种四维隔震的物联管路系统两端地震响应输入源的上固定点7和下固定点10，在结构地震响应下有4个自由度相对运动，包括沿xyz直角坐标系三正交轴线的平动线位移dx、dy、dz和绕竖直z轴的转动角位移rz，其中dx和dy为360
°
范围内任意方向水平平动线位移在建筑结构两个主轴方向的分量。对二拉杆波纹隔震节和多拉杆波纹隔震节的协作分工而言：dx和dy对应多拉杆波纹隔震节在水平面的四个象限内任意横向位移在两个主轴方向的分量，rz对应二拉杆波纹隔震节在水平平面内的角位移，dz对应二拉杆波纹隔震节在竖直面的横向位移，由两者分别随地震响应输入，与结构的位移步调一致，通过柔性变形而协作一致实现管路的隔震。
47.本例四维隔震物联管路系统远程感知水平平动位移的工作过程为：地震时，三轴倾角感知终端5因中间管倾斜而感知到多拉杆波纹隔震节3的各轴倾角变化，实时上报给隔震物联网云端应用平台，云端服务器运行预设的物模型，通过函数映射感知，并在项目大屏或pc端或移动端ui界面展现出多拉杆波纹隔震节3的横向位移，即隔震层上部结构相对下部结构的水平平动位移。
48.从gb/t 12777-2019的公式a.124可知，波纹隔震节中间管的转角θ与横向位移δ的换算公式为：δ＝θ/172
×
(3l
u2
－6lulb 4l
b2
)/(lu－lb)。其中，lb为波纹管波纹长度，lu为复式膨胀节两波纹管最外端间距。本实施例现场安装要求三轴倾角感知终端5z轴与多拉杆波纹隔震节3的中心线平行，中间管的转角θ由x轴和y轴倾角合成，那么θ＝(rx2 ry2)
0.5
。
49.本实施例的四维隔震物联管路系统远程感知加速度的工作过程为：通过上固定点7将管路系统一端固接至隔震层上部结构，与上部结构刚性一体，地震时由上固定点7对管路系统输入上部结构加速度响应，经第1个三轴加速度感知终端4感知并实时上报给隔震物联网云端应用平台；通过下固定点10将管路系统另一端固接至隔震层下部结构，与下部结构刚性一体，地震时由下固定点10对管路系统输入下部结构加速度响应，由第2个三轴加速度感知终端4感知而上报平台。隔震系统云端平台以场景联动或者数据流转方式向使用者和研究者提供专业信息共享和服务。
50.本例的四维隔震物联管路系统吸收日常冷热交变位移的过程为：因流通介质的温度变化，管路在以上固定点和下固定点为两端边界的独立膨胀段内发生热胀冷缩反复交变，需要自我吸收dz和dy两个自由度的线位移而符合二次应力指标。从管路系统整体来看，二拉杆波纹隔震节的横向变形负责吸收dz；多拉杆波纹隔震节的横向变形负责吸收dy。从
二拉杆波纹隔震节自身来看，其两根拉杆覆盖长度范围内的交变位移由其所属波纹管伸缩吸收；从多拉杆波纹隔震节自身来看，其四根拉杆覆盖长度范围内的位移交变由自有的两个波纹管伸缩吸收。
51.本实施例的四维隔震物联管路系统经上接口和下接口连接上部管路和下部管路的方式为：法兰连接，且配对法兰的其中一片为松套法兰，从根本上防止现场装配可能出现的因紧固件连接孔错位而无法调整。
52.本实施例的四维隔震物联管路系统无中间支吊架，既节省隔震层可用空间又助安装现场施工高效低碳。本例针对包括各方向最大隔震位移、流体介质温度及压力、外部荷载在内的工况组合进行应力分析计算，且以与上部结构固定的上固定点和与下部结构固定的下固定点为两端边界条件，从上接口至下接口具有端点附加位移的柔性独立管路系统计算校核结果为：该系统无需额外的中间支吊即满足一次应力指标；该系统满足在跟随隔震结构地震响应的往复大位移平动作用下交变循环的二次应力指标；该管路系统两端的固定点约束荷载落在了支承的许用合力及合力矩范围内。
53.实施例2
54.参考图7，一种四维隔震的物联管路系统整体呈直角l形布置在某隔震建筑隔震层空间的xy平面内，且以固接在隔震结构上部的上固定点7和固接在隔震结构下部的下固定点10作为地震响应的输入源，从上接口8至下接口11形成独立并且具有端点附加位移的柔性管路系统，包括二拉杆波纹隔震节1、走向控制管2、多拉杆波纹隔震节3、2个三轴加速度感知终端4和2个三轴倾角感知终端5。
55.本例的二拉杆波纹隔震节1有两段相同的波纹管101，如图8所示，特征为波高矮的波纹对称分布在波高高的波纹两侧，且中间的波纹最高，并逐渐向两侧减低，此特征能够充分均衡波纹管各个波纹响应大变形的速率，整体提高管路系统跟随隔震结构响应地震的各方向平动大位移及其往复的同步性；其2根拉杆一上一下对称布置在二拉杆波纹隔震节中心线所在的竖直面yz内。
56.如图9，本例的多拉杆波纹隔震节3与二拉杆波纹隔震节1的差异仅为拉杆数量和拉杆布局不同。所述二拉杆波纹隔震节1一端经上接口8连接上部管路9，另一端经走向控制管2连接水平布置的具有3根圆周均布拉杆303的多拉杆波纹隔震节3一端，所述多拉杆波纹隔震节3另一端经下接口11连接下部管路12，本例的下部管路是安装在隔震层地面的某机电设备配管。
57.本例的2个三轴倾角感知终端5是联网方式为5g，接入协议为http，能通过倾斜和定时两种方式上报数据，直连隔震物联网的云端应用平台，测量范围xyz三轴均为
±
90
°
，测量精度0.01
°
，北斗和gps双模定位，其倾角触发告警阈值可设置的蜂窝移动通信智能感知设备。第1个经平板形连接板62，以磁钢吸附方式水平安装在二拉杆波纹隔震节1的中间管102的侧面；第2个经直角形连接板61，以磁钢吸附方式水平安装在多拉杆波纹隔震节3的中间管302的顶部。
58.本例的2个三轴加速度感知终端4是联网方式为5g，接入协议为http，能以突发加速度和定时两种方式上报数据，直连隔震物联网云端应用平台，加速度触发告警阈值可设置的蜂窝移动通信智能感知设备。第1个三轴加速度感知终端4经平板形连接板62，以磁钢吸附方式安装在二拉杆波纹隔震节1右端的水平直管侧面，靠近与上部结构固接的上固定
点7处；第2个三轴加速度感知终端4经直角形连接板61，以磁钢吸附方式安装在多拉杆波纹隔震节3靠近与下部结构固接的下固定点10处的直管顶部。
59.本实施例中，所述走向控制管2的弯曲段201选用了标准短半径弯头，第一直段和第二直段长度为零，符合应力分析校核一次应力指标所需的最大管路跨度要求，并节省了隔震层可用空间。
60.本实施例的隔震管路系统地震时进行四维变形隔震的工作过程为：作为管路系统两端地震响应输入源的上固定点7和下固定点10，在隔震结构地震响应下有4个自由度相对运动，包括沿xyz直角坐标系三正交轴线的平动线位移dx、dy、dz和绕竖直z轴的转动角位移rz，其中dx和dy为360
°
范围内任意方向水平平动线位移在建筑结构两个主轴方向的分量。dx对应二拉杆波纹隔震节1的横向位移，同时rz对应二拉杆波纹隔震节在xy平面内的角位移，所以dx和rz共同由其柔性变形而吸收；dy对应的是多拉杆波纹隔震节3的横向位移并由其变形吸收；dz对应二拉杆波纹隔震节1和多拉杆波纹隔震节3这两者在竖直面的横向位移，由两者分别随地震响应输入源同步结构位移而柔性变形隔震。
61.本实施例的管路系统远程感知水平平动位移的工作过程为：地震时，第1个三轴倾角感知终端5因二拉杆波纹隔震节1的中间管倾斜而感知到各轴倾角变化，实时上报给隔震物联网云端应用平台；同时第2个三轴倾角感知终端5因多拉杆波纹隔震节3的中间管倾斜也感知到各轴倾角变化，上报给隔震物联网云端应用平台。云端服务器运行预设的物模型，通过函数映射感知并在项目大屏或者pc端或移动端ui界面展现出隔震层上部结构相对下部结构的水平平动位移。本例的2个三轴倾角感知终端5的z轴转角分别代表二拉杆波纹隔震节1和多拉杆波纹隔震节3的中间管的转角θ1和θ2。同实施例1，从gb/t12777-2019的公式a.124可知，波纹隔震节中间管的转角θ与横向位移δ的换算公式为：δ＝θ/172
×
(3l
u2
－6lulb 4l
b2
)/(lu－lb)，所以二拉杆波纹隔震节1的横向位移δ1＝θ1/172
×
(3l
u2
－6lulb 4l
b2
)/(lu－lb)，即dx；多拉杆波纹隔震节3的横向位移δ2＝θ2/172
×
(3l
u2
－6lulb 4l
b2
)/(lu－lb)，即dy。dx和dy为360
°
范围内任意方向水平平动线位移在建筑结构两个主轴方向的分量，那么上部结构相对下部结构的水平平动位移由δ1和δ2合成，即上下相对水平平动位移＝(δ12 δ22)
0.5
。
62.本例的管路系统远程感知加速度的工作过程与实施例1相同。
63.本例的管路系统吸收日常冷热交变位移的过程为：因流通介质的温度变化，管路在以上固定点和下固定点为两端边界的独立膨胀段内发生热胀冷缩反复交变，需要自我吸收dx和dy两个自由度的线位移而符合二次应力指标。从管路系统整体来看，二拉杆波纹隔震节的横向变形负责吸收dx；多拉杆波纹隔震节的横向变形负责吸收dy。从二拉杆波纹隔震节自身来看，其两根拉杆覆盖长度范围内的交变位移由其所属的两段波纹管伸缩吸收；从多拉杆波纹隔震节自身来看，其圆周均布的三根拉杆覆盖长度范围内的位移交变由其自有的两段波纹管伸缩吸收。
64.本例的管路系统经上接口和下接口连接上部管路和下部管路的方式为：活接头连接，现场安装速度快，省时省力，能降低能源消耗，利于环境保护。
65.与实施例1相同，本实施例的管路系统无中间支吊架。
66.实施例3
67.如图11，一种四维隔震的物联管路系统，本例与实施例1整体布置相同，差别在于：
二拉杆波纹隔震节1的波纹管为等波高波纹；多拉杆波纹隔震节3具有3根周向均布拉杆，而且两段相同波纹管的特征为每段波纹管从一侧到另一侧的波纹波高由矮到高，两段波纹管对称，如图12所示；三轴倾角感知终端5是联网方式为4g，接入协议为websocket，能通过倾斜和定时两种方式上报数据，直连隔震物联网云端应用平台，测量范围xyz三轴均为
±
90
°
，测量精度0.05
°
，北斗和gps双模定位，倾角触发告警阈值可设置的蜂窝移动通信智能感知设备；2个三轴加速度感知终端4是联网方式为4g，接入协议为websocket，能通过突发加速度和定时两种方式上报数据，直连隔震物联网云端应用平台，加速度触发告警阈值可设置的蜂窝移动通信智能感知设备；本实施例的管路系统经上接口和下接口连接上部管路和下部管路的方式为：快速接头。
68.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语包括技术术语和科学术语具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
69.最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。