CN109632154B - 一种隔震橡胶支座实时测试系统及其制备方法 - Google Patents

一种隔震橡胶支座实时测试系统及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔震橡胶支座实时测试系统及其制备方法。本发明的测试系统包括三个以上充油芯体压力传感器、防剪切通路、信号传输导线、信号处理电路、计算机终端和云端；本发明采用可嵌入隔震橡胶支座内部的充油芯体压力传感器，消除地震或极端恶劣天气对测试装置的影响；在隔震橡胶支座内部设计加工防剪切通路，保护信号传输导线在支座发生水平变形时不被损坏；实现对隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时监测，并能够多个隔震橡胶支座联网监测。

Description

一种隔震橡胶支座实时测试系统及其制备方法
技术领域
本发明涉及隔震橡胶支座检测技术，具体涉及一种隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统及其制备方法。
背景技术
在建筑隔震领域，隔震橡胶支座有非常广泛的应用，地震发生时，支座产生水平位移以减小地震对建筑物的影响，起到减震作用，因此隔震橡胶支座的健康监测非常重要。目前隔震橡胶支座的监测多采用人工定期巡检的方式，从外观判断支座是否发生损坏。但此种方法难以测量隔震橡胶支座承受竖向载荷的大小，并且隔震橡胶支座在地震影响下产生的水平位移在地震结束后恢复原状，此时再检测难以获得隔震橡胶支座在地震过程中产生的水平位移的大小。因此此种监测手段效率低、误差大，且难以发现支座内部存在的问题，存在较大的隐患。鉴于隔震橡胶支座在地震过程中竖向载荷的变化和水平位移不仅可以反映支座在地震过后的健康状况并可以在一定程度上记录地震的强度，也可以用于建筑物安全的实时监测，因此对于隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测量显得意义重大。但目前尚无合适的技术对隔震橡胶支座的竖向载荷和水平位移进行实时测试。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统及其制备方法，解决隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移难以实时测量的问题。
本发明的一个目的在于提供一种隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统。
隔震橡胶支座包括上连接板、橡胶片、钢板和下连接板；其中，多片橡胶片和多片钢板相互叠合放置构成叠层结构，中心开一通孔，叠层结构固定在上连接板和下连接板之间。
本发明的隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统包括：n个充油芯体压力传感器、防剪切通路、信号传输导线、信号处理电路、计算机终端和云端；其中，充油芯体压力传感器包括腔体、压力敏感元件、膜片、绝缘液体、密封圈、压环、第一缓冲层和第二缓冲层，压力敏感元件放置在腔体内，腔体内充满绝缘液体，在腔体的外侧壁设置密封圈，腔体的底壁设置伸出腔体的引脚，腔体的顶端覆盖膜片，在膜片上固定设置压环，在压环内填充第一缓冲层，第一缓冲层采用固化前具有良好的流动性，固化后具有弹性的材料，第一缓冲层的厚度不超过压环的高度，在第一缓冲层上覆盖第二缓冲层，第二缓冲层采用固化前具有良好的流动性，固化后具有弹性材料，并且第二缓冲层的硬度大于第一缓冲层的硬度，压力敏感元件的电极与腔体的引脚连接；在位于隔震橡胶支座的待测量的橡胶片下表面的钢板或下连接板中开设有n个传感器安放孔；每一个充油芯体压力传感器嵌入相应的一个传感器安放孔中，充油芯体压力传感器的上表面紧贴被测量的橡胶片下表面；在设置充油芯体压力传感器的钢板或下连接板中开设有防剪切通路；信号传输导线的一端连接充油芯体压力传感器的引脚，通过防剪切通路另一端连接至信号处理电路；信号处理电路连接至计算机终端；计算机终端通过网络连接云端；充油芯体压力传感器测量得到被测量的橡胶片在相应位置的竖向压应力值，经信号传输导线传输至信号处理电路进行信号处理后传输至计算机终端，根据已标定好的竖向载荷、水平位移大小和方向与橡胶片内多点竖向压应力值的标定关系方程得到隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移的大小和方向；计算机终端将结果传输至云端，从而多个隔震橡胶支座的信息联网分析，进行数据共享，其中，n为≥3的自然数。
第一缓冲层的材料采用硅凝胶；第二缓冲层采用硅橡胶。
绝缘液体采用硅油。
绝缘液体、第一缓冲层和第二缓冲层使得橡胶层中的压力可以均匀地传递到压力敏感元件，并且第二缓冲层的硬度大于第一缓冲层的硬度可以保护第一缓冲层在受压时不被损坏。
信号处理电路与计算机终端的连接方式采用传输线的有线传输方式或采用网络的无线传输方式。
本发明的另一个目的在于提供一种隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统的制备方法。
本发明的隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统的制备方法，包括以下步骤：
1)制备充油芯体压力传感器：
a)压力敏感元件放置在腔体内，腔体内充满绝缘液体；
b)在腔体的底壁设置伸出腔体的引脚；
c)在腔体的外侧壁紧固密封圈；
d)在腔体的顶端覆盖膜片；
e)在膜片上固定设置压环；
f)在压环内填充具有流动性的第一缓冲层的材料，然后去除气泡，待固化后形成具有弹性第一缓冲层，第一缓冲层的厚度不超过压环的高度；
g)在第一缓冲层上涂覆具有流动性的第二缓冲层的材料，待固化后形成具有弹性和硬度的第二缓冲层；
h)将压力敏感元件的电极与腔体的引脚连接；
2)在位于隔震橡胶支座的待测量的橡胶片下表面的钢板或下连接板中开设n个传感器安放孔；
3)在开设了传感器安放孔的钢板或下连接板中开设防剪切通路，防剪切通路的一端连接至传感器安放孔，另一端连接至隔震橡胶支座的边缘；
4)将每个充油芯体压力传感器嵌入相应的一个传感器安放孔中；
5)将待测量的橡胶片覆盖在充油芯体压力传感器的上表面；
6)将多片橡胶片和多片钢板相互叠合放置构成叠层结构，并在中心开一通孔，叠层结构固定在上连接板和下连接板之间；
7)将信号传输导线的一端连接充油芯体压力传感器的引脚，通过防剪切通路另一端连接至信号处理电路；
8)信号处理电路连接至计算机终端；
9)计算机终端通过网络连接云端。
本发明的优点：
本发明采用可嵌入隔震橡胶支座内部的充油芯体压力传感器，消除地震或极端恶劣天气对测试装置的影响；在隔震橡胶支座内部设计加工防剪切通路，保护信号传输导线在支座发生水平变形时不被损坏；实现对隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时监测，并能够多个隔震橡胶支座联网监测。
附图说明
图1为本发明的隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统的一个实施例的总体示意图；
图2为本发明的隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统的一个实施例的充油芯体压力传感器的局部放大示意图。
图3(a)～(d)为本发明的隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统的一个实施例的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，隔震橡胶支座包括上连接板01、橡胶片02、钢板03和下连接板04；其中，多片橡胶片和多片钢板相互叠合放置构成叠层结构，中心开一通孔05，叠合结构固定在上连接板和下连接板之间。本实施例的隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统包括：n 个充油芯体压力传感器1、防剪切通路2、信号传输导线3、信号处理电路4、计算机终端5 和云端6；其中，充油芯体压力传感器设置在位于隔震橡胶支座的待测量的橡胶片下表面的钢板或下连接板中，在钢板或下连接板中开设有n个传感器安放孔；每一个充油芯体压力传感器嵌入相应的安放孔中，充油芯体压力传感器的上表面紧贴被测量的橡胶片下表面；在设置充油芯体压力传感器的钢板或下连接板中开设有防剪切通路；信号传输导线的一端连接充油芯体压力传感器的引脚，通过防剪切通路另一端连接至信号处理电路；信号处理电路连接至计算机终端；计算机终端通过网络连接云端。本实施例中，n＝3。
如图2所示，充油芯体压力传感器包括腔体11、压力敏感元件12、膜片13、绝缘液体14、密封圈15、压环16、第一缓冲层17和第二缓冲层18，压力敏感元件放置在腔体内，腔体内充满硅油，腔体的顶端覆盖膜片，在腔体的外侧壁设置密封圈，在膜片上固定设置压环，在压环内填充第一缓冲层，第一缓冲层的厚度不超过压环的高度，在第一缓冲层上覆盖第二缓冲层，电极与引脚19连接。
在本实施例中，第一缓冲层的材料采用硅凝胶，第二缓冲层采用硅橡胶。绝缘液体采用硅油。
本发明的隔震橡胶支座水平位移的实时测试系统的制备方法，如图3所示，包括以下步骤：
1)制备充油芯体压力传感器：
a)压力敏感元件放置在腔体内，腔体内充满硅油；
b)在腔体的底壁设置伸出腔体的引脚；
c)在腔体的外侧壁设置密封圈；
d)在腔体的顶端覆盖膜片；
e)在膜片上固定设置压环；
f)在压环内填充具有流动性的第一缓冲层的材料，然后去除气泡，待固化后形成具有弹性的第一缓冲层，第一缓冲层的厚度不超过压环的高度；
g)在第一缓冲层上涂覆具有流动性的第二缓冲层的材料，待固化后形成具有弹性的第二缓冲层；
h)将压力敏感元件的电极与腔体的引脚相连接；
2)在位于隔震橡胶支座的待测量的橡胶片下表面的钢板或下支座板中开设n个安放孔；
3)在开设了安放孔的钢板或下连接板中开设防剪切通路，防剪切通路的一端连接至安放孔，另一端连接至隔震橡胶支座的边缘，如图3(a)所示；
4)将每一个充油芯体压力传感器嵌入相应的一个安放槽中；
5)将待测量的橡胶片覆盖在充油芯体压力传感器的上表面，如图3(b)所示；
6)将多片橡胶片和多片钢板相互叠合放置构成叠合结构，并在中心开一通孔，如图3(c) 所示，叠层结构固定在上连接板和下连接板之间；
7)将信号传输导线的一端连接充油芯体压力传感器的引脚，通过防剪切通路另一端连接至信号处理电路，如图3(d)所示；
8)信号处理电路连接至计算机终端；
9)计算机终端通过网络连接云端。
对隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移大小和方向与充油芯体压力传感器测试值进行标定，包括以下步骤：
a)对隔震橡胶支座施加确定的竖向载荷和水平位移，即水平位移的方向和大小已知；
b)n个充油芯体压力传感器采集竖向压应力信号，传输至信号处理电路；
c)信号处理电路进行信号处理后，传输至计算机；
d)计算机根据竖向压应力信号，得到第i个充油芯体压力传感器的竖向压应力值
Figure 2
i＝1,……,n；
e)每个改变施加的竖向载荷、水平位移的大小和方向，重复步骤a)～g)，得到多组竖向载荷和水平位移与竖向压应力差值和竖向压应力总和的数据；
f)根据多组与竖向压应力差值和竖向压应力总和的数据，拟合得到一组标定关系方程 Pi＝fi(P,θ,X)＝(aiPcosθ+biPsinθ+cicosθ+disinθ)X+kiP，i＝1,……,n，其中P 为竖向载荷、X为水平位移的大小，θ为水平位移的方向，ai、bi、ci、di和ki为标定系数。本实施例中的标定关系方程为：
P1＝f1(P,θ,X)＝(a1Pcosθ+b1Psinθ+c1cosθ+d1sinθ)X+k1P
P2＝f2(P,θ,X)＝(a2Pcosθ+b2Psinθ+c2cosθ+d2sinθ)X+k2P
P3＝f3(P,θ,X)＝(a3Pcosθ+b3Psinθ+c3cosθ+d3sinθ)X+k3P
计算机终端，根据已标定好的竖向载荷、水平位移大小和方向与橡胶片内多点竖向压应力值的标定关系方程得到隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移的大小和方向，包括以下步骤：
a)计算机根据竖向压应力信号，得到竖向压应力值，第i个充油芯体压力传感器的竖向压应力值Pi，i＝1,……,n；
b)每个根据标定关系方程式得到一组与隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移的大小和方向相关的方程组，求解方程组得到隔震橡胶支座的竖向载荷P、水平位移的大小X和方向θ。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统，隔震橡胶支座包括上连接板、橡胶片、钢板和下连接板；其中，多片橡胶片和多片钢板相互叠合放置构成叠层结构，中心开一通孔，叠层结构固定在上连接板和下连接板之间，其特征在于，所述实时测试系统包括：n个充油芯体压力传感器、防剪切通路、信号传输导线、信号处理电路、计算机终端和云端；其中，充油芯体压力传感器包括腔体、压力敏感元件、膜片、绝缘液体、密封圈、压环、第一缓冲层和第二缓冲层，压力敏感元件放置在腔体内，腔体内充满绝缘液体，在腔体的外侧壁设置密封圈，腔体的底壁设置伸出腔体的引脚，腔体的顶端覆盖膜片，在膜片上固定设置压环，在压环内填充第一缓冲层，第一缓冲层采用固化前具有良好的流动性，固化后具有弹性的材料，第一缓冲层的厚度不超过压环的高度，在第一缓冲层上覆盖第二缓冲层，第二缓冲层采用固化前具有良好的流动性，固化后具有弹性材料，并且第二缓冲层的硬度大于第一缓冲层的硬度，压力敏感元件的电极与腔体的引脚连接；在位于隔震橡胶支座的待测量的橡胶片下表面的钢板或下连接板中开设有n个传感器安放孔；每一个充油芯体压力传感器嵌入相应的一个传感器安放孔中，充油芯体压力传感器的上表面紧贴被测量的橡胶片下表面；在设置充油芯体压力传感器的钢板或下连接板中开设有防剪切通路；信号传输导线的一端连接充油芯体压力传感器的引脚，通过防剪切通路另一端连接至信号处理电路；信号处理电路连接至计算机终端；计算机终端通过网络连接云端；对隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移的大小和方向与充油芯体压力传感器的竖向压应力值进行数据标定，得到一组标定关系方程；充油芯体压力传感器测量得到被测量的橡胶片在相应位置的竖向压应力值，经信号传输导线传输至信号处理电路进行信号处理后传输至计算机终端，根据已标定好的竖向载荷、水平位移大小和方向与橡胶片内多点竖向压应力值的标定关系方程得到隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移的大小和方向；计算机终端将结果传输至云端，从而多个隔震橡胶支座的信息联网分析，进行数据共享，其中，n为≥3的自然数。
2.如权利要求1所述的实时测试系统，其特征在于，所述第一缓冲层的材料采用硅凝胶。
3.如权利要求1所述的实时测试系统，其特征在于，所述第二缓冲层采用硅橡胶。
4.如权利要求1所述的实时测试系统，其特征在于，所述绝缘液体采用硅油。
5.如权利要求1所述的实时测试系统，其特征在于，所述信号处理电路与计算机终端的连接方式采用传输线的有线传输方式或采用网络的无线传输方式。
6.一种如权利要求1所述的隔震橡胶支座竖向载荷和水平位移的实时测试系统的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)制备充油芯体压力传感器：
a)压力敏感元件放置在腔体内，腔体内充满绝缘液体；
b)在腔体的底壁设置伸出腔体的引脚；
c)在腔体的外侧壁紧固密封圈；
d)在腔体的顶端覆盖膜片；
e)在膜片上固定设置压环；
f)在压环内填充具有流动性的第一缓冲层的材料，然后去除气泡，待固化后形成具有弹性第一缓冲层，第一缓冲层的厚度不超过压环的高度；
g)在第一缓冲层上涂覆具有流动性的第二缓冲层的材料，待固化后形成具有弹性和硬度的第二缓冲层；
h)将压力敏感元件的电极与腔体的引脚连接；
2)在位于隔震橡胶支座的待测量的橡胶片下表面的钢板或下连接板中开设n个传感器安放孔，其中，n为≥3的自然数；
3)在开设了传感器安放孔的钢板或下连接板中开设防剪切通路，防剪切通路的一端连接至传感器安放孔，另一端连接至隔震橡胶支座的边缘；
4)将每个充油芯体压力传感器嵌入相应的一个传感器安放孔中；
5)将待测量的橡胶片覆盖在充油芯体压力传感器的上表面；
6)将多片橡胶片和多片钢板相互叠合放置构成叠层结构，并在中心开一通孔，叠层结构固定在上连接板和下连接板之间；
7)将信号传输导线的一端连接充油芯体压力传感器的引脚，通过防剪切通路另一端连接至信号处理电路；
8)信号处理电路连接至计算机终端；
9)计算机终端通过网络连接云端；
10)对隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移的大小和方向与充油芯体压力传感器的竖向压应力值进行数据标定，得到一组标定关系方程；
11)充油芯体压力传感器测量得到被测量的橡胶片在相应位置的竖向压应力值，经信号传输导线传输至信号处理电路进行信号处理后传输至计算机终端；
12)根据已标定好的竖向载荷、水平位移大小和方向与橡胶片内多点竖向压应力值的标定关系方程得到隔震橡胶支座的竖向载荷、水平位移的大小和方向。
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