CN110243327A - 测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器及方法 - Google Patents

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岳峰
焦亮
刘博文
冯少孔
刘泽宇
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Jiangsu Dong Hua Measuring Technology Inc Co
Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本发明提供了一种测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器及方法，包括：外置滑杆(1)，以及设置在防水盒(5)内的法兰直线轴承(2)、位移测量传感器(4)；外置滑杆(1)位于防水盒(5)外的一端与被测土体接触连接，外置滑杆(1)的另一端穿过法兰直线轴承(2)，且外置滑杆(1)的另一端设置有测量平面，测量平面与位移测量传感器(4)相对设置；法兰直线轴承(2)上还套设有弹簧(3)，弹簧(3)用于辅助外置滑杆(1)复位；当被测土体与地下结构接触面发生相对滑移时，位移测量传感器(4)获取测量平面的位移变化量。本发明结构简单，检测操作方便，量程大，防水和隔土性能好，精确度高。

Description

测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器及方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体地，涉及测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器及方法。
背景技术
在进行地下工程结构的模拟地震振动台抗震试验或其他动力测试中，土与结构的接触面破坏和土体相对滑动位移是地下结构研究的重点，对接触面土体滑移进行动态多方位的测量是深入研究和探索地下结构地震响应机理的重要手段。
随着我国社会经济的快速发展，对城市地下空间的开发需求越来越大。城市地下综合管廊不仅能高效的利用地下空间，同时对于管道的维修和集约化管理均大有好处。作为城市生命线工程，对城市地下综合管廊的抗震性能研究具有重要意义。地震或其他水平动力作用引起土与地下工程结构产生相对滑移，在相关抗震性能研究中，土与结构接触界面相对滑移量是反映地下土与结构相互作用的重要指标。
经检索，申请号200810032775.1，公开号CN10216366A，公开了一种土与地下结构接触面土体滑移动态测量传感器，其采用了角位移传感器和滑轮测量方式。
但是，这种方法在实际使用过程中不能保证传感器与结构面保持紧密接触，若传感器底部滑轮脱离接触面，则该传感器无法正常工作。并且，上述方式无法测量除接触面为平面以外的其他情况，如接触面为曲面或其他不规则界面。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器及方法。
第一方面，本发明提供的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器，包括：
外置滑杆1，以及设置在防水盒5内的法兰直线轴承2、位移测量传感器4；所述外置滑杆1位于所述防水盒5外的一端与被测土体接触连接，所述外置滑杆1的另一端穿过所述法兰直线轴承2，且所述外置滑杆1的另一端设置有测量平面，所述测量平面与所述位移测量传感器4相对设置；其中：
当被测土体与地下结构接触面发生相对滑移时，所述外置滑杆1在单向上产生滑动，所述位移测量传感器4获取所述测量平面的位移变化量。
可选地，所述防水盒5通过结构胶或螺栓与地下结构紧固连接。
可选地，所述法兰直线轴承2上还套设有弹簧3，所述弹簧3用于辅助所述外置滑杆1复位。
可选地，还包括：无线通信器，所述无线通信器将所述位移测量传感器4测量的位移变化量实时传输给远程终端。
第二方面，本发明提供一种测量土与地下结构动态相对滑移的测量方法，应用于上述中任一项所述的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器中；所述方法包括：
步骤1：将外置滑杆1与被测土体接触连接，并通过结构胶或螺栓将防水盒5与地下结构紧固连接；
步骤2：位移测量传感器4测量测量平面的位移变化量，得到对应的位移动态时程信号；
步骤3：根据所述位移动态时程信号，确定被测土体与地下结构接触面沿地下结构的单向相对位移分量。
可选地，还包括：
步骤4：位移测量传感器4通过无线通信器将单向位移分量实时传输给远程终端。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器及方法，传感器结构简单，检测操作方便，量程大，防水和隔土性能好，精确度高。由于本发明传感器的总体密度等于周围环境土体密度，从而可以反映并测量土体的真实运动。另外，本发明传感器体积小，即使是埋置于缩尺模型试验的土体中也不会影响土体运动的整体性，从而可以精确地测量出土与地下结构的动态相对滑动位移量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器的外部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器的剖面结构示意图；
图中：
1-外置滑杆；
2-法兰直线轴承；
3-弹簧；
4-位移测量传感器；
5-防水盒。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器的外部结构示意图；图2为本发明实施例提供的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器的剖面结构示意图。如图1、图2所示，本发明中的系统可以包括：外置滑杆1，以及设置在防水盒5内的法兰直线轴承2、位移测量传感器4；所述外置滑杆1位于所述防水盒5外的一端与被测土体接触连接，所述外置滑杆1的另一端穿过所述法兰直线轴承2，且所述外置滑杆1的另一端设置有测量平面，所述测量平面与所述位移测量传感器4相对设置；其中：当被测土体与地下结构接触面发生相对滑移时，所述外置滑杆1在单向上产生滑动，所述位移测量传感器4获取所述测量平面的位移变化量。
本实施例中，通过外置滑杆、法兰直线轴承和弹簧组成的探杆结构将土体与结构接触端面的滑移量传递至传感器内部，并通过内置的位移测量传感器获取并输出动态位移时程信号，最终换算并得到土体与地下工程结构接触面切向动态相对滑移量。
需要说明的是，本实施例不限定位移测量传感器的具体类型，在实际应用中，可以使用激光位移传感器或电涡流传感器。整个传感器的总体密度等于周围环境土体的密度，传感器不影响周围土体的动力特性。
本实施例将上述系统紧贴并固定于被测土体与结构接触面，测量数值可以较为真实的反映土体与结构接触面的相对滑移量。可选地，本实施例中的位移测量传感器外壳的形状可以根据接触端面的形状进行改变，以达到适应各种地下结构形式。
在一种可选的实施方式中，所述防水盒5通过结构胶或螺栓与地下结构紧固连接。
在一种可选的实施方式中，所述法兰直线轴承2上还套设有弹簧3，所述弹簧3用于辅助所述外置滑杆1复位。
在一种可选的实施方式中，还包括：无线通信器，所述无线通信器将所述位移测量传感器4测量的位移变化量实时传输给远程终端。
本实施例的传感器结构简单，检测操作方便，量程大，防水性好，精确度高，并且可以适用于不同类型的地下结构体接触面(例如平面、曲面及各种异形面)，精确地测量出土体与结构接触面沿地下结构的单向位移分量。
本实施例，可以将被测土体与地下结构接触面的切向动态相对滑动位移量转化为电信号进行测定并输出结果。
本发明还提供一种测量土与地下结构动态相对滑移的测量方法，应用于上述中任一项所述的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器中；所述方法包括：
步骤1：将外置滑杆1与被测土体接触连接，并通过结构胶或螺栓将防水盒5与地下结构紧固连接；
步骤2：位移测量传感器4测量测量平面的位移变化量，得到对应的位移动态时程信号；
步骤3：根据所述位移动态时程信号，确定被测土体与地下结构接触面沿地下结构的单向位移分量。
在一种可选的实施方式中，上述方法还可以包括：
步骤4：位移测量传感器4通过无线通信器将单向位移分量实时传输给远程终端。
本实施例中的系统，结构简单，检测操作方便，量程大，可以最大程度的还原结构真实的动态响应。
本实施例，可以采用无线方式，实时获取位移测量传感器采集到的单向位移分量，便于远程控制，操作简单，实用性强。
本实施例中的方法，检测操作方便，量程大，精确度高。
由于本发明提供的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器，整体结构简单，检测操作方便，量程大，防水和隔土性能好，精确度高。
由于本发明传感器的总体密度等于周围环境土体密度，从而可以反映并测量土体的真实运动。
另外，本发明传感器体积小，即使是埋置于缩尺模型试验的土体中也不会影响土体运动的整体性，从而可以精确地测量出土与地下结构的动态相对滑动位移量。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器，其特征在于，包括：外置滑杆(1)、以及设置在防水盒(5)内的法兰直线轴承(2)、位移测量传感器(4)；所述外置滑杆(1)位于所述防水盒(5)外的一端与被测土体接触连接，所述外置滑杆(1)的另一端穿过所述法兰直线轴承(2)，且所述外置滑杆(1)的另一端设置有测量平面，所述测量平面与所述位移测量传感器(4)相对设置；其中：
当被测土体与地下结构接触面发生相对滑移时，所述外置滑杆(1)在单向上产生滑动，所述位移测量传感器(4)获取所述测量平面的位移变化量。
2.根据权利要求1所述的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器，其特征在于，所述防水盒(5)通过结构胶或螺栓与地下结构紧固连接。
3.根据权利要求1所述的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器，其特征在于，所述法兰直线轴承(2)上还套设有弹簧(3)，所述弹簧(3)用于辅助所述外置滑杆(1)复位。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器，其特征在于，还包括：无线通信器，所述无线通信器将所述位移测量传感器(4)测量的位移变化量实时传输给远程终端。
5.一种测量土与地下结构动态相对滑移的测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一项所述的测量土与地下结构动态相对滑移的单向位移传感器中；所述方法包括：
步骤1：将外置滑杆(1)与被测土体接触连接，并通过结构胶或螺栓将防水盒(5)与地下结构紧固连接；
步骤2：位移测量传感器(4)测量测量平面的位移变化量，得到对应的位移动态时程信号；
步骤3：根据所述位移动态时程信号，确定被测土体与地下结构接触面沿地下结构的单向相对位移分量。
6.根据权利要求5所述的测量土与地下结构动态相对滑移的测量方法，其特征在于，还包括：
步骤4：位移测量传感器(4)通过无线通信器将单向位移分量实时传输给远程终端。
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