震害监控一体化的摩擦阻尼器及摩擦阻尼器监控系统的制作方法

1.本发明属于土木工程防灾减灾技术领域，涉及减震技术，特别是涉及一种震害监控一体化的摩擦阻尼器及摩擦阻尼器监控系统。


背景技术：

2.结构减震是土木工程防灾减灾关注的重点之一，安装阻尼器是一种可靠且有效的耗能减震技术。该技术主要是通过在结构的关键部位增设阻尼器来消耗地震能量，从而减小地震作用对结构主体的破坏，是减轻地震灾害的重要手段。摩擦阻尼器作为一种常用的阻尼器，被广泛应用于桥梁、建筑结构的消能缓冲、消能减震。相比其它耗能装置，摩擦阻尼器具有构造简单、成本低等优点，可为结构提供较大的附加阻尼，且受荷载和频率的影响小，有广泛应用的前景。
3.传统的结构健康监测目的是对重大工程中的结构进行监控和有效评估结构的安全性，并没有对减隔震装置进行风险防控，不能满足新背景下提出的《抗震设防管理条例》的要求。因此，在大力推广减隔震建筑的背景下，如何保证震后减隔震装置的功能不中断，确保重大工程的安全性，需要一种能对减隔震装置进行实时监控的方案，对其开展实时监控，及时评估装置的安全性，所以将结构监控系统与结构减震进行一体化集成具有重要的工程意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种震害监控一体化的摩擦阻尼器及摩擦阻尼器监控系统，其通过将结构振动控制与健康监测相结合，实现减震装置的实时监测功能。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种震害监控一体化的摩擦阻尼器，包括：
7.摩擦阻尼器本体，所述摩擦阻尼器本体包括滑动主板、第一滑动副板和第二滑动副板；所述滑动主板的第一端设置有第一挡板，第二端开设有滑槽，且所述滑槽由所述滑动主板的第二端至第一端延伸；所述第一滑动副板和所述第二滑动副板分别位于所述滑动主板的第二端两侧，所述第一滑动副板、所述滑动主板和所述第二滑动副板通过摩擦型螺栓连接，且所述摩擦型螺栓贯穿所述滑槽设置，所述摩擦型螺栓的两端均设置有紧固件；所述第一滑动副板的远离所述滑动主板的第一端的一端，以及所述第二滑动副板的远离所述滑动主板的第一端的一端，均连接在第二挡板上；
8.摩擦阻尼器应变监测组件，所述摩擦阻尼器应变监测组件包括第一应变监控装置、第二应变监控装置、弹性件和钢柱，所述滑动主板的第二端和所述第二挡板上均设置有所述钢柱，且所述滑动主板上的所述钢柱通过所述弹性件与所述第二挡板上的所述钢柱相连；任意一所述钢柱上均设置有所述第一应变监控装置，所述第一应变监控装置能够在所述摩擦阻尼器工作时监测所述钢柱的应变；所述滑动主板上设置所述第二应变监控装置，所述第二应变监控装置能够在所述摩擦阻尼器工作时监测所述滑动主板的应变；
9.摩擦阻尼器耗能监测组件，所述摩擦阻尼器耗能监测组件包括压电晶体，所述压电晶体套装于所述摩擦型螺栓上，并通过所述紧固件压紧于所述第一滑动副板和/或所述第二滑动副板的外表面，所述压电晶体能够监测所述摩擦型螺栓在所述滑槽内的位移。
10.可选的，所述第一滑动副板、所述滑动主板和所述第二滑动副板通过多个所述摩擦型螺栓连接，且所有所述摩擦型螺栓沿所述滑槽的延伸方向依次排布。
11.可选的，所述紧固件为与所述摩擦型螺栓适配的紧固螺母。
12.可选的，任意一所述摩擦型螺栓的两端均套装有所述压电晶体，任意一所述压电晶体均通过所述紧固螺母压紧于所述第一滑动副板或所述第二滑动副板的外表面。
13.可选的，任意一所述紧固螺母与所述压电晶体之间均设置有碟形弹簧，所述压电晶体通过所述碟形弹簧压紧于所述第一滑动副板或所述第二滑动副板的外表面。
14.可选的，所述第一应变监控装置为应变片或光栅；所述第二应变监控装置为所述应变片或所述光栅。
15.可选的，所述弹性件为弹簧；任意一所述钢柱上均设置有圆环，所述弹簧的端部通过钩子勾挂到所述圆环上。
16.可选的，所述第一滑动副板、所述第二滑动副板与所述滑动主板之间的空隙大于所述滑动主板滑移时的位移。
17.本发明还提出一种摩擦阻尼器监控系统，包括控制模块和如上任意一项所述的震害监控一体化的摩擦阻尼器，所述第一应变监控装置、所述第二应变监控装置和所述压电晶体均与所述控制模块通讯连接。
18.可选的，所述控制模块包括数据采集仪、交换机和远端服务器，所述第一应变监控装置、所述第二应变监控装置和所述压电晶体均与所述数据采集仪通讯连接，所述数据采集仪与所述交换机之间连接有两条通讯线路，且两条所述通讯线路中的一者上设置有光纤光栅解调仪，另一者上设置有数据采集工控仪；所述交换机与所述远端服务器通讯连接。
19.可选的，所述控制模块、所述第一应变监控装置、所述第二应变监控装置和所述压电晶体均配置有可再生能源电容电池。
20.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
21.本发明提出的震害监控一体化的摩擦阻尼器，通过在摩擦阻尼器的结构基础上布置应变监控装置，能够实时监测摩擦阻尼器本体工作过程中滑动主板以及钢柱的应变的变化，通过在滑动副板的外侧设置压电晶体，能够实时监测电路中电压信号，以对摩擦阻尼器本体中摩擦型螺栓的位移实时监测，记录的数据在计算机等远端服务器中实时绘制摩擦阻尼器的滞回曲线，进而得知减震装置的耗能情况，判断装置是否损坏；本发明结构简单、性能稳定，实现了结构振动控制与健康监测一体化的目的，工程实用性好，具有广泛的应用前景。
22.本发明公开的摩擦阻尼器监控系统，压电晶体与应变监控装置可通过数据线连接到数据采集仪上，数据采集仪根据传输信号的不同，通过光纤光栅解调仪和数据采集工控仪进入不同的信号处理模块，处理好的信号可通过网线传输到交换机分析、储存、传输，最后信号被输送到远端服务器上，该摩擦阻尼器监控系统实现了将结构振动控制与健康监测相结合的目的，实现减震装置具有实时监测的功能。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
24.图1为本发明实施例所公开的震害监控一体化的摩擦阻尼器的纵向剖视图；
25.图2为本发明实施例所公开的震害监控一体化的摩擦阻尼器的径向剖视图；
26.图3为本发明实施例所公开的震害监控一体化的摩擦阻尼器的俯视图；
27.图4为本发明实施例所公开的震害监控一体化的摩擦阻尼器中弹簧的连接示意图；
28.图5为本发明实施例所公开的摩擦阻尼器监控系统的监控流程图。
29.其中，附图标记为：
30.摩擦型螺栓1、碟形弹簧2、压电晶体3、第一滑动副板4、第二滑动副板5、应变监控装置6、应变片61、光栅62、第一挡板71、第二挡板72、滑动主板8、弹簧9、钢柱10、滑槽11、圆环12、紧固螺母13、数据采集仪14、数据线15、光纤光栅解调仪16、数据采集工控仪17、交换机18、远端服务器19、网线20。
具体实施方式
31.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
32.本发明的目的之一是提供一种震害监控一体化的摩擦阻尼器，其通过将结构振动控制与健康监测相结合，实现减震装置的实时监测功能。
33.本发明的另一目的还在于提供一种具有上述震害监控一体化的摩擦阻尼器的摩擦阻尼器监控系统。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.实施例一
36.如图1～图4所示，本实施例提供一种震害监控一体化的摩擦阻尼器，主要包括摩擦阻尼器本体、摩擦阻尼器应变监测组件和摩擦阻尼器耗能监测组件，摩擦阻尼器本体包括滑动主板8、第一滑动副板4和第二滑动副板5；滑动主板8的第一端(如图1所示滑动主板8的左端)设置有第一挡板71，第二端(如图1所示滑动主板8的右端)开设有滑槽11，且滑槽11由滑动主板8的第二端至第一端延伸，滑槽11开设于滑动主板8的板面内，并不涉及豁口，上述在滑动主板8的第二端(如图1所示滑动主板8的右端)开设滑槽11，具体是指滑槽11靠近滑动主板8的第二端、而远离滑动主板8的第一端。第一滑动副板4和第二滑动副板5分别位于滑动主板8的第二端两侧，如图1所示，第一滑动副板4位于滑动主板8的上方，而第二滑动副板5位于滑动主板8的下方，第一滑动副板4、滑动主板8和第二滑动副板5形成上中下三层结构，且第一滑动副板4、滑动主板8和第二滑动副板5三者通过摩擦型螺栓1连接，摩擦型螺
栓1贯穿滑槽11设置，且摩擦型螺栓1的两端分别贯穿第一滑动副板4和第二滑动副板5设置，在摩擦型螺栓1的两端均设置有紧固件，以实现第一滑动副板4、滑动主板8和第二滑动副板5的轴向定位。第一滑动副板4的远离滑动主板8的第一端的一端，即第一滑动副板4的右端，以及第二滑动副板5的远离滑动主板8的第一端的一端，即第二滑动副板5的右端，连接在同一第二挡板72上，第一滑动副板4、第二滑动副板5和第二挡板72三者连接形成一个t型整体结构。摩擦阻尼器应变监测组件包括第一应变监控装置、第二应变监控装置、弹性件和钢柱10，滑动主板8的右侧外端和第二挡板72上均设置有钢柱10，且滑动主板8上的钢柱10通过弹性件与第二挡板72上的钢柱10相连；任意一钢柱10上均设置有第一应变监控装置，第一应变监控装置能够在摩擦阻尼器工作时监测钢柱10的应变；滑动主板8上设置第二应变监控装置，第二应变监控装置能够在摩擦阻尼器工作时监测滑动主板8的应变；上述第一应变监控装置和第二应变监控装置均为应变监控装置6。摩擦阻尼器耗能监测组件包括压电晶体3，压电晶体3套装于摩擦型螺栓1上，并通过紧固件压紧于第一滑动副板4和/或第二滑动副板5的外表面，压电晶体3能够监测摩擦型螺栓1在滑槽11内的位移。上述压电晶体3通过紧固件压紧于第一滑动副板4和/或第二滑动副板5的外表面，具体是指：第一滑动副板4的外表面压紧有压电晶体3，或者第二滑动副板5的外表面压紧有压电晶体3，或者第一滑动副板4和第二滑动副板5的外表面同时压紧有压电晶体3。上述结构中，第一挡板71和第二挡板72上均开有连接孔，以与待减震构件连接。
37.本实施例中，上述第一滑动副板4、滑动主板8和第二滑动副板5均优选为长方形板，滑槽11为长槽孔，并沿滑动主板8的长度方向延伸。第一滑动副板4、滑动主板8和第二滑动副板5通过多个摩擦型螺栓1连接，且所有摩擦型螺栓1沿滑槽11的长度延伸方向依次排布。上述滑槽11的槽宽略大于摩擦型螺栓1的直径，以保证摩擦型螺栓1能够卡进滑槽11内。
38.本实施例中，上述安装在摩擦型螺栓1端部的紧固件为与摩擦型螺栓1适配的紧固螺母13，该紧固螺母13与摩擦型螺栓1螺纹配合。
39.本实施例中，任意一摩擦型螺栓1的两端均套装有压电晶体3，任意一压电晶体3均通过紧固螺母13压紧于第一滑动副板4或第二滑动副板5的外表面。作为优选方案，在任意一紧固螺母13与压电晶体3之间均设置有碟形弹簧2，压电晶体3通过碟形弹簧2压紧于第一滑动副板4或第二滑动副板5的外表面。通过在紧固螺母13与压电晶体3之间设置碟形弹簧2，能够防止滑动主板8滑移过程中摩擦型螺栓1发生松动变形。当摩擦阻尼器开始工作时，压电晶体3产生形变，使带电质点发生相对位移，从而在晶体表面出现正、负束缚电荷，压电晶体极轴两端产生电势差形成电压，通过监测电压的变化来监测摩擦型螺栓1的位移。
40.本实施例中，第一滑动副板4、第二滑动副板5与滑动主板8之间的空隙大于滑动主板8滑移时的位移。
41.本实施例中，上述的第一应变监控装置和第二应变监控装置均可为应变片61或光栅62。进一步的，实际操作中，第一应变监控装置和第二应变监控装置均为应变片61，或者第一应变监控装置和第二应变监控装置均为光栅62，或者第一应变监控装置和第二应变监控装置中一个采用应变片61，另一个采用光栅6。
42.本实施例中，两钢柱10设置于第一滑动副板4和第二滑动副板5之间的空隙中，且一钢柱10与滑动主板8相连，另一钢柱10与第二挡板72相连；两个钢柱10表面均布置应变片61。连接于两钢柱10之间的弹性件优选为弹簧9，任意一钢柱10上均设置有圆环12，弹簧9的
左端通过钩子勾挂到滑动主板8上的钢柱10的圆环12上，弹簧9的右端则通过钩子勾挂到第二挡板72上的钢柱10的圆环12上。在钢柱10上布置应变片61来监测摩擦阻尼器工作时钢柱10的应变，通过监测钢柱10的应变可以求得弹簧9的出力，进而获得摩擦阻尼器工作时弹簧9的位移。
43.本实施例中，优选滑动主板8上布置的应变监控装置为光栅62，滑动主板8上布置光栅62，可监测滑动主板8在滑动过程中的应变。
44.下面以将上述震害监控一体化的摩擦阻尼器布置在连梁结构中为例，对其工作原理作具体说明。其中，滑动主板8上布置光栅62，钢柱10上布置应变片61。
45.应变片61、光栅62和任意一压电晶体3均通过数据线15连接到数据采集仪14上，其中数据采集仪14根据传输信号的不同，通过光纤光栅解调仪16和数据采集工控仪17进入不同的信号处理模块，处理好的信号通过网线20输送到交换机18分析、储存、传输，最后将信号传输到远端服务器19上。应变片61、光栅62和压电晶体3将实时监控的数据反馈到远端服务器19中，通过生成的滞回曲线可以得知摩擦阻尼器的耗能情况，进而监控摩擦阻尼器是否发生损坏。上述远端服务器19优选为计算机。
46.由此可见，本实施例提出的震害监控一体化的摩擦阻尼器，通过在摩擦阻尼器的结构基础上布置应变监控装置，能够实时监测摩擦阻尼器本体工作过程中滑动主板以及钢柱的应变的变化，通过在滑动副板的外侧设置压电晶体，能够实时监测电路中电压信号，以对摩擦阻尼器本体中摩擦型螺栓的位移实时监测，记录的数据在计算机等远端服务器中实时绘制摩擦阻尼器的滞回曲线，进而得知减震装置的耗能情况，判断装置是否损坏；本实施例结构简单、性能稳定，实现了结构振动控制与健康监测相结合的目的，实现减震装置具有实时监测的功能，该震害监控一体化的摩擦阻尼器具有震后可快速修复，更换监测装置、修复费用低，工程实用性好等优点，具有广泛的应用前景。
47.实施例二
48.本实施例提出一种摩擦阻尼器监控系统，包括控制模块和如实施例一中公开的震害监控一体化的摩擦阻尼器，其中的第一应变监控装置、第二应变监控装置和压电晶体3均与控制模块通讯连接。作为优选方案，如图4所示，上述控制模块包括数据采集仪14、交换机18和远端服务器19，第一应变监控装置、第二应变监控装置和压电晶体3均与数据采集仪14通讯连接，数据采集仪14与交换机18之间连接有两条通讯线路，且两条通讯线路中的一者上设置有光纤光栅解调仪16，另一者上设置有数据采集工控仪17；交换机18与远端服务器19通讯连接。其中，为了实现监控装置长期功能，可在上述控制模块、第一应变监控装置、第二应变监控装置和压电晶体3均配置可再生能源电容电池。
49.由此可见，本实施例提供的摩擦阻尼器监控系统，数据采集装置包括了数据采集仪、数据线、交换机、远端服务器以及网线，可以实时监测摩擦阻尼器的应变和位移，通过压电晶体监测螺栓的位移，通过应变片或光栅可以测得滑动主板以及钢柱的应变，通过测量钢柱的应变，进而换算出弹簧所提供的力，在弹簧刚度已知的情况下，可以监测弹簧位移，监控的应变和位移通过计算机得出滞回曲线，通过滞回曲线求出减震装置的耗能，判断减震装置是否损坏。上述摩擦阻尼器监控系统结构简单、性能稳定，实现了结构振动控制与健康监测相结合的目的，实现减震装置具有实时监测的功能，具有震后可快速修复，更换监测装置、修复费用低，工程实用性好等优点，具有广泛的应用前景。
50.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
51.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。