CN110274679B - 一种振动预警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动预警装置，该装置包括金属底座、金属外壳和多节振动臂结构；多节振动臂结构安装在金属外壳内部，金属外壳外部与金属底座连接；多节振动臂结构包括第一节振动臂、第二节振动臂、工字支撑、金属应变片、配重块和金属丝。本发明的目的在于设计了一种振动预警装置，本发明设计的振动预警装置利用共振效应，对盾构机施工过程中的振动进行有效监测，保证地表建筑的稳定性，降低建筑室内的振动。选择振动臂本体固有频率与地面建筑结构固有频率相同，可以预警地铁施工产生的地表建筑二次振动噪声；选择振动臂本体固有频率地表古建筑水平振动固有频率相同，可以预警地铁施工产生振动效应是否影响地表古建筑安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种地铁施工中用于振动监测，属于城市轨道交通施工监测技术领域。
背景技术
地铁施工的位置处于地层之中，深度20至40米。地层土体的共振频率为30Hz-80HZ。如果盾构机在施工过程之中产生的振动波与地层土体的固有频率相互重合，就会引发共振。共振过程会导致施工过程中的盾构机不稳定，同时也会产生较大的振动波传递到地标建筑，影响地表建筑的稳定性，影响建筑室内振动噪声指标。
本发明借鉴力学中的振动臂共振原理，通过对特定频率进行振动预警，比如当盾构机通过重要建筑或者是重要实验场地的过程中，首先对地层土体进行动特性测试，得到土体的固有频率或者重要结构的特征频率，然后选择该频率对应的的测试臂，实现对该频率进行预警。当盾构机施工过程中产生的振动信号与土体的固有频率一致的时候，振动臂的响应就会变大，产生预警信号，当施工过程中产生的振动波与土体的固有频率不重合的时候，振动臂不会产生振动，也不会发出预警信息。
发明内容
本发明的目的在于设计了一种振动预警装置，本发明设计的振动预警装置利用共振效应，对盾构机施工过程中的振动进行有效监测，保证地表建筑的稳定性，降低建筑室内的振动。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种振动预警装置，该装置包括金属底座1、金属外壳和多节振动臂结构；
多节振动臂结构安装在金属外壳内部，金属外壳外部与金属底座1连接；
多节振动臂结构包括第一节振动臂2、第二节振动臂3、工字支撑4、金属应变片5、配重块6和金属丝7。
第一节振动臂2的一端插入第二节振动臂3中，且第一节振动臂2与第二节振动臂3之间通过螺钉连接在一起，工字支撑4设置在第二节振动臂3的内壁中；第一节振动臂2的一端通过螺钉固定在金属底座1上；金属应变片5共有四个，两个黏贴在第一节振动臂2的顶部，两个黏贴在第一节振动臂2的底部，第一节振动臂2顶部和底部的两个金属应变片5平行并列布置；配重块6设置在第二节振动臂3的末端；四个金属应变片5连接成惠更斯全桥结构，四个金属应变片5通过通过金属丝7引出四个金属接触点。
金属外壳和多节振动臂结构之间为插卡式接触。
四个金属接触点分别为a、b、c、d，第一节振动臂2顶部连通a、b、c，第一节振动臂2底部连通a、d、c，金属接触点a和c为激励点，b和d为响应点；金属接触点a和c分别连通两个金属应变片5，b为第一节振动臂2顶部两个金属应变片5之间的连通共有点，d为第一节振动臂2底部两个金属应变片5之间的连通共有点。
对四个金属接触点中a和c处的触点施加电压，记录b和d处触点产生的电压信号，当响应电压超过预设定的阈值时，进行预警。
与现有技术相比较，本发明选择不同频率的振动臂可以实现不同的应用前景。在施工过程中实时调整施工参数，预警施工振动产生的隐患。
(1)选择振动臂本体固有频率与土体结构固有频率相同，可以及时预警盾构机与土体产生共振，提高施工精度；
(2)选择振动臂本体固有频率与地面建筑结构固有频率相同，可以预警地铁施工产生的地表建筑二次振动噪声；
(3)选择振动臂本体固有频率精密实验室敏感频率相同，可以预警地铁施工产生振动效应是否影响实验室的科学实验；
(4)选择振动臂本体固有频率地表古建筑水平振动固有频率相同，可以预警地铁施工产生振动效应是否影响地表古建筑安全。
附图说明
图1是振动预警装置的主体结构示意图；
图2是振动预警装置的仰视(第一节振动臂顶部)图；
图3是振动预警装置的俯视(第一节振动臂底部)图；
图4是惠更斯全桥电路原理图；
图5是处理电压信号的原理图；
图6是振动臂响应函数图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
一种振动预警装置，该装置包括金属底座1、金属外壳和多节振动臂结构；
多节振动臂结构安装在金属外壳内部，金属外壳外部与金属底座1连接；
多节振动臂结构包括第一节振动臂2、第二节振动臂3、工字支撑4、金属应变片5、配重块6和金属丝7。
第一节振动臂2的一端插入第二节振动臂3中，且第一节振动臂2与第二节振动臂3之间通过螺钉连接在一起，工字支撑4设置在第二节振动臂3的内壁中；第一节振动臂2的一端通过螺钉固定在金属底座1上；金属应变片5共有四个，两个黏贴在第一节振动臂2的顶部，两个黏贴在第一节振动臂2的底部，第一节振动臂2顶部和底部的两个金属应变片5平行并列布置；配重块6设置在第二节振动臂3的末端；四个金属应变片5连接成惠更斯全桥结构，四个金属应变片5通过通过金属丝7引出四个金属接触点。
金属外壳和多节振动臂结构之间为插卡式接触。
四个金属接触点分别为a、b、c、d，第一节振动臂2顶部连通a、b、c，第一节振动臂2底部连通a、d、c，金属接触点a和c为激励点，b和d为响应点；金属接触点a和c分别连通两个金属应变片5，b为第一节振动臂2顶部两个金属应变片5之间的连通共有点，d为第一节振动臂2底部两个金属应变片5之间的连通共有点。
对四个金属接触点中a和c处的触点施加电压，记录b和d处触点产生的电压信号，当响应电压超过预设定的阈值时，进行预警。
实施例
如图1所示，本发明设计的一种振动预警装置的主体部分是一个大型的金属体，配重块6主要功能是起到稳定多节振动臂结构的作用，装置本身具有较大的刚度，不会发生在500Hz以下的振动。不同的振动臂具有不同的振动频率。通过振动臂的振动反馈，获取信号来分析施工过程中是否发生振动问题。
振动测试臂，类似一种悬臂结构，具有特定的固有频率，当外部激励以特定的频率激励振动臂的过程中，振动臂本身会发生振动，振动过程中会使应变片产生变形，从而产生电压信号。
在振动臂的根部，黏贴应变片，该部位应变变形较为均匀，弹性振动范围内和振幅成等比关系，具体的黏贴位置和线路连接如图2-3所示。
应变片组成测试用的惠更斯全桥，电路原理如图4所示。
应变片一共引出四个引脚。整个金属引脚全部接触在整个振动臂的底部，而振动臂是插卡式和金属外壳相接触，金属外壳中具有测试电路和分析电路，对四个金属接触点中a和c触点施加电压，分析b和d触点产生的电压信号，当响应电压超过一定量级的时候，结构进行预警。处理电压信号的原理如图5所示。
振动臂安装在金属底座上，金属底座放置在施工区域，不同激励频率下振动臂响应函数如图6所示。
不同设计值对应的结构固有频率表
表1典型振动频率振动臂设计尺寸表
只有当激励频率与振动臂本身固有频率重合时，振动臂才会产生较大的响应信号，其他激励频率信号无法产生较大响应，地铁施工过程中，将振动预警装置放置于隧道管壁，选择振动臂固有频率与地层土体固有频率相同，当施工过程中盾构机产生的振动效应频率与土体固有频率相同的时候，振动臂就会发生共振效应，产生较大振幅，振动臂安装的测量电路随之产生响应电压信号，设定预警阀值，就可以实现有效振动效应预警。
以上对本发明的实施方式进行了详细描述，但是本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，上述实例只是用于帮助理解本发明的方法及思想。在本发明的技术构思范围中，可以对本发明的技术方案进行多种简单变形，这些简单变形均属于本发明的保护范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种振动预警装置，其特征在于：该装置包括金属底座(1)、金属外壳和多节振动臂结构；
多节振动臂结构安装在金属外壳内部，金属外壳外部与金属底座(1)连接；
多节振动臂结构包括第一节振动臂(2)、第二节振动臂(3)、工字支撑(4)、金属应变片(5)、配重块(6)和金属丝(7)；
第一节振动臂(2)的一端插入第二节振动臂(3)中，且第一节振动臂(2)与第二节振动臂(3)之间通过螺钉连接在一起，工字支撑(4)设置在第二节振动臂(3)的内壁中；第一节振动臂(2)的一端通过螺钉固定在金属底座(1)上；金属应变片(5)共有四个，两个黏贴在第一节振动臂(2)的顶部，两个黏贴在第一节振动臂(2)的底部，第一节振动臂(2)顶部和底部的两个金属应变片(5)平行并列布置；配重块(6)设置在第二节振动臂(3)的末端；四个金属应变片(5)连接成惠更斯全桥结构，四个金属应变片(5)通过通过金属丝(7)引出四个金属接触点。
2.根据权利要求1所述的一种振动预警装置，其特征在于：金属外壳和多节振动臂结构之间为插卡式接触。
3.根据权利要求1所述的一种振动预警装置，其特征在于：四个金属接触点分别为a、b、c、d，第一节振动臂(2)顶部连通a、b、c，第一节振动臂(2)底部连通a、d、c，金属接触点a和c为激励点，b和d为响应点；金属接触点a和c分别连通两个金属应变片(5)，b为第一节振动臂(2)顶部两个金属应变片(5)之间的连通共有点，d为第一节振动臂(2)底部两个金属应变片(5)之间的连通共有点。
4.根据权利要求3所述的一种振动预警装置，其特征在于：对四个金属接触点中a和c处的触点施加电压，记录b和d处触点产生的电压信号，当响应电压超过预设定的阈值时，进行预警。
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