CN108061519B - 一种建筑结构隔震支座水平位移的测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种建筑结构隔震支座水平位移的测量装置及方法，属于建筑结构变形监测技术领域。该装置包括隔震支座、隔震支座位置的结构上表面、隔震支座位置的结构下表面、刚性反光板A、刚性反光板B、垫块、激光位移传感器A和激光位移传感器B，隔震支座位置的结构上表面安装刚性反光板A和刚性反光板B，两个刚性反光板竖直安装在两个不同位置，在平面上成一定夹角；隔震支座位置的结构下表面安装激光位移传感器A和激光位移传感器B，激光位移传感器的光束与刚性反光板垂直。本方法通过测量两个斜交方向的位移，可确定隔震支座上下表面相对位移的方向和大小。本发明提供了无可比拟的安装便利性，且装置简单，易于操作。

Description

一种建筑结构隔震支座水平位移的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及建筑结构变形监测技术领域，特别是指一种建筑结构隔震支座水平位移的测量装置及方法。
背景技术
对于安装隔震支座的结构，在温度变化或其他因素引起结构变形时，可能导致隔震支座较大水平位移。隔震支座过大的水平位移将影响隔震支座的减震效果并影响结构的安全性。云南省工程建设地方标准《建筑工程叠层橡胶隔振隔震支座施工及验收规范》DBJ53/T-48-2012中3.2.3条中对上部结构施工过程中橡胶隔震支座上下法兰板的相对水平(简称隔震支座水平位移)位移允许值进行了规定。
为了了解施工和使用过程中隔震支座水平位移，需要进行位移的测量。建筑结构隔震支座发生水平位移是平面运动，目前采用全站仪等测量设备测量两个相互垂直方向的位移。受施工场地限制，在两个相互垂直方向的测量要求也无法直接满足，而需要较多的人力物力进行多次传导测量。因此，在本领域中需要一种简单、有效测量隔震支座水平位移的方法，以及时了解隔震支座的位移，避免隔震支座过度变形，影响结构使用功能。
发明内容
本发明为解决传统隔震支座水平位移测量方法的不足，提供了一种建筑结构隔震支座水平位移的测量装置及方法，从而便于测量设备的安装和测量过程的进行。
该测量装置包括隔震支座、隔震支座位置的结构上表面、隔震支座位置的结构下表面、刚性反光板A、刚性反光板B、垫块、激光位移传感器A和激光位移传感器B；隔震支座包括上法兰板和下法兰板，刚性反光板A和刚性反光板B安装在隔震支座位置的结构上表面，刚性反光板A和刚性反光板B竖直安装，激光位移传感器A和激光位移传感器B安装在隔震支座位置的结构下表面，激光位移传感器A和激光位移传感器B和隔震支座位置的结构下表面之间安装有垫块。
其中，刚性反光板A和刚性反光板B的长度相同，刚性反光板A和刚性反光板B的长度小于隔震支座位置的结构上表面和隔震支座位置的结构下表面之间的距离；刚性反光板A和刚性反光板B的宽度为隔震支座上法兰板和下法兰板相对水平位移的2倍以上。
垫块能够使激光位移传感器A和激光位移传感器B的光束分别投射到刚性反光板A和刚性反光板B上。
刚性反光板A和刚性反光板B的夹角为30°～150°。
激光位移传感器A的光束A垂直投射到刚性反光板A上，激光位移传感器B的光束B垂直投射到刚性反光板B上。
采用该测量装置进行测量的方法，包括如下步骤：
S1：将刚性反光板A和刚性反光板B安装在隔震支座位置的结构上表面，激光位移传感器A、激光位移传感器B和垫块安装在隔震支座位置的结构下表面；
S2：测量刚性反光板A的走向α′和刚性反光板B的走向β′，并计算光束A的方向α和光束B的方向β；
S3：装置安装完成时，记录激光位移传感器A和刚性反光板A所测距离的读数为uA0，激光位移传感器B和刚性反光板B所测距离的读数为uB0；
S4：在隔震支座发生水平位移后，记录激光位移传感器A和刚性反光板A所测距离的读数为uA1，激光位移传感器B和刚性反光板B所测距离的读数为uB1；
S5：计算隔震支座水平位移的方向θ和大小u＝u1/cosθ，其中，u1＝uA0-uA1，u2＝uB0-uB1，γ＝β-α，c＝u2/u1-cosγ，k＝c/sinγ，
Figure BDA0001540093240000031
S2中光束A和光束B延长线的交点为坐标原点o，坐标原点o和激光位移传感器A连线与正北方向按顺时针转的夹角为α，坐标原点o和激光位移传感器B连线与正北方向按顺时针转的夹角为β，α′和β′分别为α和β按顺时针转90°后的夹角。
S3和S4中激光位移传感器A和激光位移传感器B同步测量。
S5中的隔震支座水平位移是指隔震支座上法兰板和下法兰板的相对水平位移。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该装置及方法利用两个相互斜交方向的位移测量结果，由此计算隔震支座水平位移的大小和方向，避免传统方法中必须测量两个相互垂直方向位移的要求，这对隔震支座非常狭小的空间来说，提供了无可比拟的安装便利性，且本方法装置简单，易于操作。
附图说明
图1为本发明的建筑结构隔震支座水平位移的测量装置布置俯视图；
图2为图1中装置A-A面侧视图；
图3为刚性反光板示意图；
图4为数据测量方法推导过程中的公式原理图；
图5为数据测量方法推导过程中，锐角坐标系模型实验过程图；
图6为数据测量方法推导过程中，钝角坐标系模型实验过程图；
图7为本发明实施例中激光位移传感器A所测隔震支座位移变化曲线；
图8为本发明实施例中激光位移传感器B所测隔震支座位移变化曲线；
图9为本发明实施例中的隔震支座位移变化曲线。
其中：1-刚性反光板A；2-隔震支座；3-隔震支座位置的结构上表面；4-垫块；5-激光位移传感器A；6-隔震支座位置的结构下表面；7-刚性反光板B；8-激光位移传感器B；9-光束A；10-光束B；11-坐标原点o。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的建筑结构隔震支座变形问题，提供一种建筑结构隔震支座水平位移的测量装置及方法。
如图1和图2所示，该测量装置包括隔震支座2、隔震支座位置的结构上表面3、隔震支座位置的结构下表面6、刚性反光板A1、刚性反光板B7、垫块4、激光位移传感器A5和激光位移传感器B8；隔震支座2包括上法兰板和下法兰板，刚性反光板A1和刚性反光板B7安装在隔震支座位置的结构上表面3，刚性反光板A1和刚性反光板B7竖直安装，激光位移传感器A5和激光位移传感器B8安装在隔震支座位置的结构下表面6，激光位移传感器A5和激光位移传感器B8和隔震支座位置的结构下表面之间安装有垫块4。
刚性反光板的结构和尺寸如图3所示。刚性反光板A1和刚性反光板B7的长度相同，刚性反光板A1和刚性反光板B7的长度小于隔震支座位置的结构上表面3和隔震支座位置的结构下表面6之间的距离；刚性反光板A1和刚性反光板B7的宽度为隔震支座2的上法兰板和下法兰板相对水平位移的2倍以上。
垫块4能够使激光位移传感器A5和激光位移传感器B8的光束分别投射到刚性反光板A1和刚性反光板B7上。
刚性反光板A1和刚性反光板B7的夹角为30°～150°。
激光位移传感器A5的光束A9垂直投射到刚性反光板A1上，激光位移传感器B8的光束B10垂直投射到刚性反光板B7上。
在具体实施过程中，刚性反光板A1和刚性反光板B7竖直安装在隔震支座位置的结构上表面3，激光位移传感器A5、激光位移传感器B8安装在隔震支座位置的结构下表面6，并通过垫块4调整激光位移传感器的高度，使光束A9和光束B10分别垂直投射在刚性反光板A1和刚性反光板B7上。测量刚性反光板A1走向α′和刚性反光板B7的走向β′。然后，通过激光位移传感器A5和激光位移传感器B8测量两个方向的位移。根据所测两个方向的位移，计算隔震支座的相对位移。
该方法涉及的位移计算推导过程如下。
由图1所示，测量刚性反光板A1走向α′，刚性反光板B7的走向β′，由此计算激光位移传感器A5和激光位移传感器B8所测位移的正方向：
α＝α′-90° (1)
β＝β′-90° (2)
在装置安装完成时，记录激光位移传感器A5和刚性反光板A1所测距离的读数为uA0，激光位移传感器B8和刚性反光板B7所测距离的读数为uB0。在隔震支座发生水平位移后，记录激光位移传感器A5和刚性反光板A1所测距离的读数为uA1，激光位移传感器B8和刚性反光板B7所测距离的读数为uB1。
因传感器各异，为满足相对位移值符合矢量变化，下面以反光板远离激光位移传感器时，激光位移传感器所得距离数值变小为例进行讨论。则激光位移传感器A5和激光位移传感器B8所测得的位移变化为：
u1＝uA0-uA1
(3)u2＝uB0-uB1
(4)位移计算原理图如图4所示，x、y分别为u1、u2的正方向。令：
γ＝β-α (5)
由三角函数可知：
ucos(γ-θ)＝u2 (6)
ucosθ＝u1 (7)
由式(6)和式(7)的比值可得：
Figure BDA0001540093240000061
式(8)中，除θ外，其他皆为已知值，由此可得：
tanθ＝c/sinγ＝k (9)
Figure BDA0001540093240000062
式中c＝u2/u1-cosγ。在得到位移的矢量方向θ后，代入式(7)可得：
u＝u1/cosθ (11)
实施例1：
为验证上述理论的正确性以及在数据测量过程中的测量误差，利用不同的坐标系模型依次移动至不同位置来模拟隔震支座不同的变形条件，进行斜角坐标系室内位移的实验研究。实验模型由两根刚性杆件按一定角度焊接而成，共设计制作了两个实验模型：夹角为65°的锐角坐标系模型、夹角为116°的钝角坐标系模型。
锐角坐标系模型实验过程如图5所示，锐角坐标系模型实验过程如图6所示。O1为实验的初始位置，装置安装完毕后，测量刚性反光板A、B的走向α′、β′；记录激光位移传感器A和刚性反光板A所测距离的读数uA0、激光位移传感器B和刚性反光板B所测距离的读数uB0。然后，将锐角坐标系模型依次平移至O2、O3的位置，将钝角坐标系模型依次平移至O4、O5的位置，记录激光位移传感器A和刚性反光板A所测距离的读数uA1，激光位移传感器B和刚性反光板B所测距离的读数uB1，实验结果如表1所示。其中，UX、Uy表示X、Y方向位移分量；表中负号仅表示与假定正方向相反。
由计算结果可知，采用斜角坐标系测量位移的误差值小于3％，因此，本计算测量方法是合理的。
表1斜角坐标系模型实验结果
Figure BDA0001540093240000071
Figure BDA0001540093240000081
实施例2：
选取某结构的某一隔震支座，隔震支座上下空间高度约为510mm，该支座最大位移预估小于200mm。制作刚性反光板长度L＝500mm，宽度B＝400mm，垫块高度取为20mm。安装完成后，测得刚性反光板A1走向α′为198.4°，刚性反光板B7走向β′为291.4°；激光位移传感器A5和刚性反光板A1距离的读数uA0为-11.8mm，激光位移传感器B8和刚性反光板B7距离的读数uB0为12.7mm。
数据测量开始于早上7时，至第二天18时完成，激光位移传感器A5和激光位移传感器B8同步采集数据，采样频率为1小时，测量过程共持续35个小时。激光位移传感器A所测得的数据变化如图7所示，激光位移传感器B所测得的数据变化如图8所示。由此根据式11计算所得隔震支座位移变化如图9所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种建筑结构隔震支座水平位移的测量方法，其特征在于：所述方法所用装置包括隔震支座(2)、隔震支座位置的结构上表面(3)、隔震支座位置的结构下表面(6)、刚性反光板A(1)、刚性反光板B(7)、垫块(4)、激光位移传感器A(5)和激光位移传感器B(8)；隔震支座(2)包括上法兰板和下法兰板，刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)安装在隔震支座位置的结构上表面(3)，刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)竖直安装，激光位移传感器A(5)和激光位移传感器B(8)安装在隔震支座位置的结构下表面(6)，激光位移传感器A(5)和激光位移传感器B(8)和隔震支座位置的结构下表面之间安装有垫块(4)；
所述方法包括如下步骤：
S1：将刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)安装在隔震支座位置的结构上表面(3)，激光位移传感器A(5)、激光位移传感器B(8)和垫块(4)安装在隔震支座位置的结构下表面(6)；
S2：测量刚性反光板A(1)的走向α′和刚性反光板B(7)的走向β′，并计算光束A(9)的方向α和光束B(10)的方向β；
S3：装置安装完成时，记录激光位移传感器A(5)和刚性反光板A(1)所测距离的读数为uA0，激光位移传感器B(8)和刚性反光板B(7)所测距离的读数为uB0；
S4：在隔震支座(2)发生水平位移后，记录激光位移传感器A(5)和刚性反光板A(1)所测距离的读数为uA1，激光位移传感器B(8)和刚性反光板B(7)所测距离的读数为uB1；
S5：计算隔震支座水平位移的方向θ和大小u＝u1/cosθ，其中，u1＝uA0-uA1，u2＝uB0-uB1，γ＝β-α，c＝u2/u1-cosγ，k＝c/sinγ，
Figure FDA0004130602450000011
所述步骤S2中光束A(9)和光束B(10)延长线的交点为坐标原点o(11)，坐标原点o(11)和激光位移传感器A(5)连线与正北方向按顺时针转的夹角为α，坐标原点o(11)和激光位移传感器B(8)连线与正北方向按顺时针转的夹角为β，α′和β′分别为α和β按顺时针转90°后的夹角；
所述步骤S5中的隔震支座水平位移是指隔震支座上法兰板和下法兰板的相对水平位移。
2.根据权利要求1所述的建筑结构隔震支座水平位移的测量方法，其特征在于：所述刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)的长度相同，刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)的长度小于隔震支座位置的结构上表面(3)和隔震支座位置的结构下表面(6)之间的距离；刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)的宽度为隔震支座(2)上法兰板和下法兰板相对水平位移的2倍以上。
3.根据权利要求1所述的建筑结构隔震支座水平位移的测量方法，其特征在于：所述垫块(4)能够使激光位移传感器A(5)和激光位移传感器B(8)的光束分别投射到刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)上。
4.根据权利要求1所述的建筑结构隔震支座水平位移的测量方法，其特征在于：所述刚性反光板A(1)和刚性反光板B(7)的夹角为30°～150°。
5.根据权利要求1所述的建筑结构隔震支座水平位移的测量方法，其特征在于：所述激光位移传感器A(5)的光束A(9)垂直投射到刚性反光板A(1)上，激光位移传感器B(8)的光束B(10)垂直投射到刚性反光板B(7)上。
6.根据权利要求1所述的建筑结构隔震支座水平位移的测量方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S4中激光位移传感器A(5)和激光位移传感器B(8)同步测量。
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