CN114964680A - 基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台及测试方法，以钢结构支撑及钢结构平台作为基础放置隔振器，隔振器上方布置楼板，楼板内开设十字形滑槽，十字形滑槽中设置电动行走装置，电动行走装置中设置电动移动装置，在控制器的控制下，进行实际测试时，能够方便快捷地实现对振源位置的远程遥控调整；楼板上表面还以蛇形布设有光纤光栅传感器来检测振动情况，检测数据依次通过解调设备、服务器传递至远程监控平台进行实时监控，分析测试结果。本发明设计了浮筑楼板振动与多种影响因素之间响应关系的实验方案，据此形成浮筑楼板减振优化方案，为超高层建筑中间设备层浮筑楼板深化设计及施工优化提供了科学的数据支撑。
Description
技术领域
本发明属于振动测试技术领域，尤其涉及一种基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台及测试方法。
背景技术
随着《绿色建筑评价规范》的逐步落实，对于建筑结构内振动及噪声的要求越发严格。对于超高层建筑，部分设备层位于建筑的竖向中间位置，设备层上下为会议室、办公室等功能房间，为了消除水泵、制冷机组等设备运行产生的振动及噪声对相邻功能房间的影响，保证房间振动及噪声等指标满足规范要求，现有的建筑施工项目中，经常将浮筑楼板应用于中间设备层中。
但是在调试运行阶段发现，在设备运行作用力下，浮筑楼板振动较为明显，甚至存在轻微晃动，振动通过结构传递，仍旧会导致相邻功能房间存在明显的低频振动及噪声。研究发现，这主要与浮筑楼板本身结构设计有关，还与隔振器的型号与振源不匹配、隔振器布设未考虑其位置与振源的相对关系、隔振器型号及数量方案非最优方案等因素有关，这些方面共同导致了浮筑楼板下的隔振系统无法较好地与振源激励相匹配，非但没有产生预期的隔振降噪效果，反而因为设计不合理导致更为严重的振动及噪声问题。
针对上述问题，亟需创新研发一种浮筑楼板振动实验台及相应的测试方法，基于实际测试及分析，研究浮筑楼板减振降噪优化方案，为高端机电项目浮筑楼板设计及施工提供科学指导，保证机房及相邻功能房间振动及噪声满足规范及人体舒适度要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台及测试方法，为研究浮筑楼板振动与振动激励大小、激励频率、激励位置、隔振器数量、隔振器位置、隔振器类型等多种因素间的响应关系提供了硬件基础，为超高层建筑中间层设备机房浮筑楼板减振降噪设计优化提供了科学技术支撑，解决因设备层浮筑楼板振动严重导致的机电工程功能性及建筑内环境舒适性不达标的问题。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，包括钢结构支撑，钢结构支撑顶部焊接有钢结构平台，钢结构平台上方覆盖有楼板，且楼板与钢结构平台之间还安装有隔振器，楼板四周的钢结构平台上安装有钢挡板，钢挡板内侧粘贴有软质橡胶板，液压举升机架设在钢结构支撑外侧，液压举升机的举升臂位于楼板上方，且与楼板连接，楼板一角安装有定位桩作为基点；
楼板上表面布设有光纤光栅传感器，光纤光栅传感器连接至解调设备，解调设备通过服务器与远程监控平台信号连接，监控平台搭载有分布式光纤振动监控软件以及选型分析软件，监控平台包括参数设置模块、可视化显示模块、历史数据查询模块、选型模块；楼板上表面还嵌入设置有十字形滑槽，十字形滑槽内安装有电动行走装置，电动行走装置中还安装有电动移动装置，电动移动装置上安装有振源以及距离传感器，电动行走装置的移动路线与电动移动装置的移动路线相互垂直，电动行走装置、电动移动装置、距离传感器均与控制器信号连接。
进一步地，所述电动行走装置包括由一个主轮与两个副轮构成的三轮支撑机构，主轮为电动驱动机构，由内向外依次为轴区、励磁线圈区、滑动轴承区、转子区、橡胶轮胎区，励磁线圈区加装有微型电池及控制机构，通过遥控装置实现主轮运动的无线控制；承台覆盖在主轮上，且与主轮轴区的轴连接固定，两个副轮均通过斜撑与承台连接，两根斜撑的上部通过可调节连杆连接，两根斜撑的端部之间通过转轴实现连接，转轴两端分别搭在十字形滑槽两侧内凹结构中。
进一步地，所述承台上表面安装有摇臂，摇臂的液压杆牵引滑槽，滑槽侧壁还通过旋转铰链与承台连接，滑槽通过T型螺栓与十字形滑槽底部紧固；电动移动装置安装在滑槽中。
进一步地，所述电动移动装置包括固定在滑槽内的多条滑轨，滑轨上滑动安装有移动件，移动件与丝杆螺纹配合，丝杆端部与电机连接；移动件顶部可拆卸安装有滑板，距离传感器安装在滑板外侧；滑板顶部可拆卸安装有连接板，振源可拆卸安装在连接板顶部。
进一步地，所述楼板采用钢筋混凝土结构，楼板混凝土上开设有呈蛇形结构的浅层槽，浅层槽中固定安装有光纤光栅传感器。
进一步地，所述楼板四周采用槽钢包边，楼板钢筋与槽钢内壁焊接连接，且槽钢、楼板混凝土、楼板钢筋一体浇筑成型；靠近楼板四个拐角处的槽钢上均焊接有吊耳，吊耳与液压举升机的举升臂前端之间通过吊钩以及吊环实现连接，吊钩通过螺杆以及螺母可拆卸安装在举升臂前端。
进一步地，所述控制器基于遥控装置实现振源位置设置、电动行走装置启闭控制、电动移动装置启闭控制；距离传感器检测楼板基点与振源之间的距离，并传递至控制器，控制器进行振源坐标自动测算，通过反馈控制，指导电动行走装置以及电动移动装置带动振源移动。
进一步地，所述参数设置模块用于设置振动特征数据限值，当振源的振动加速度或振动位移任意一项超出限值时，监控平台发出报警信息，提醒测试人员及时优化测试方案；
可视化显示模块采用BIM技术建立楼板振动实验台三维仿真模型，并载入至监控平台，通过图形组态模块将光纤光栅传感器监测数据映射到图像上，通过彩色云图动态展示监测点的振动数据大小，形成振动特征平面分布图；
历史数据查询模块用于读取并展示监测点振动历史数据，形成振动特征时域分布图；
选型模块基于数值模拟技术，通过PC端建立动力设备、楼板、隔振器的有限元模型，进行模态分析和谐响应分析，初步指导楼板厚度、动力设备运转频率、隔振器刚度选型，避免动力设备与楼板产生共振；利用选型分析软件，输入楼板的重量、设备重量、隔振器数量等参数，分析得到单个隔振器承载力，基于产品样本进行隔振器选型，并结合参数设置模块设置的隔振效率参数，对隔振器选型效果进行验证。
一种利用上述基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台的测试方法，包括如下过程：
首先基于隔振器间距要求以及楼板尺寸确定隔振器数量，基于隔振器数量确定每个隔振器承担的荷载，基于隔振器荷载及隔振器产品样本确定隔振器型号，采用有限元分析软件事前指导测试方案编制，同时通过测试对有限元模拟的结果进行验证，最终形成楼板振动测试方案；然后利用基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台进行测试，测试项目包括：不同隔振器类型隔振效果测试、不同隔振器数量隔振效果测试、不同激励源对于隔振效果的影响测试、隔振器位置对于隔振效果的影响测试、振源位置对于隔振效果的影响测试。
进一步地，所述利用基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台进行测试的过程中，需要对振源位置进行调整，具体调整过程如下：
首先，利用遥控装置输入振源在x向以及y向上的目标坐标位置
以及
，距离传感器实时检测基点与振源之间的距离并传递至控制器；控制器首先计算振源目前所在x向上的坐标位置
，将
与
作差，得到x向距离差值
，换算为主轮转动圈数
，据此控制主轮带动振源在x向上移动；在此过程中，若
大于等于0，则振源沿x轴正方向运动，反之沿x轴反方向运动；第一次x向上的移动结束后，控制器继续接收距离传感器检测数据并再次计算x向距离差值，x向距离差值在±5mm以内则说明振源在x向上移动到位，否则继续控制主轮带动振源移动；
上述过程中，主轮转动圈数的计算公式如下：
其中，
表示主轮的直径；
其次，振源在x向上的移动调整结束后，进行y向上的移动调整：距离传感器实时检测基点与振源之间的距离并传递至控制器，控制器计算振源目前所在y向上的坐标位置
，将
与
作差，得到y向距离差值
，换算为丝杆上的丝扣数量
，基于电机旋转一圈与丝扣数量之间的线性关系，利用下式计算获得电机所需旋转的圈数：
其中，
表示丝扣间距，
表示电机旋转一圈所对应的丝扣数量，
表示电机旋转圈数；
电机所需旋转圈数确定后，控制器控制电机工作，带动丝杆转动，丝杆上的移动件带动振源移动，在此过程中，若
大于等于0，则移动件带动振源沿y轴正方向运动，反之沿y轴反方向运动；第一次y向上的移动结束后，控制器继续接收距离传感器检测数据并再次计算y向距离差值，y向距离差值在±5mm以内则说明振源在y向上移动到位，否则继续控制电机工作来间接带动振源移动。
本发明具有如下有益效果：
本发明中的浮筑楼板振动实验台，以钢结构支撑及钢结构平台作为放置基础，避免了直接将楼板置于地面或者楼板上带来的操作人员操作困难等问题；本发明采用有限元分析技术对钢结构支撑型钢组件型号的选择进行科学力学计算，保证了整个实验台能够在上部静荷载及设备运行动荷载作用下安全稳定运行；本发明采用有限元分析技术进行浮筑楼板模态分析和谐响应分析，指导浮筑楼板尺寸设计、隔振器选型以及动力设备频率选型，避免动力设备与浮筑楼板之间产生共振；振动实验台在工厂进行预制，保证了加工精度。
本发明在浮筑楼板两侧安装有十字形滑槽，十字形滑槽中设计了电动行走装置，电动行走装置中又设计有电动移动装置，在控制器的控制下，进行实际测试时，能够方便快捷地实现对振源位置的远程遥控调整。本发明设计了浮筑楼板振动与多种影响因素之间响应关系的实验方案，据此形成浮筑楼板减振优化方案，为超高层建筑中间设备层浮筑楼板深化设计及施工优化提供了科学的数据支撑。
本发明将光纤监测应用于浮筑楼板振动特征监测中，光纤与浮筑楼板尺寸较为贴合，实现多点同时监测、互不影响、灵敏度高、反应迅速，实现浮筑楼板振动的分布式监测，并设计了振动监控平台，实现了振动报警、可视化展示、历史数据查询及浮筑楼板设计优化等功能，显示效果直观，便于后续数据读取和分析。
另外，本发明在市面通用液压举升机基础上，在举升臂上设计了高度微调机构，通过对吊钩螺杆的螺母进行旋进或旋出操作，即可实现吊钩螺杆的长度调节，最终令四个吊环均处于同一高度位置，保证楼板抬升过程的水平性和稳定性。
附图说明
图1为本发明所述钢结构支撑平面结构示意图；
图2为本发明所述钢结构平台布置示意图；
图3为本发明所述楼板布置平面示意图；
图4为本发明所述楼板内部结构示意图；
图5为本发明所述电动行走装置结构示意图；
图6为本发明所述三轮支撑机构示意图；
图7为本发明所述电动移动装置安装示意图；
图8为图7中的A-A向剖面图；
图9为本发明所述液压举升机示意图；
图10为本发明所述吊钩结构示意图；
图11为本发明所述吊环结构示意图；
图12为本发明所述光纤光栅传感器布设示意图；
图13为振源位置调整控制流程图；
图14为本发明所述监控平台页面示意图。
图中：1-钢垫板；2-水平H型钢；3-竖向H型钢；4-钢结构平台；5-楼板；501-x向钢筋；502-y向钢筋；503-定位桩；504-槽钢；6-钢挡板；601-铰链；602-软质橡胶板；7-液压举升机；701-举升臂；702-吊钩；703-吊环；8-十字形滑槽；801-主轮；802-副轮；803-斜撑；804-摇臂；805-液压杆；806-旋转铰链；807- T型螺栓；808-滑槽；809-可调节连杆；810-承台；811-转轴；812-滑轨；813-移动件；814-丝杆；815-光杆；816-滑板；817-连接板；818-距离传感器；9-光纤光栅传感器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至3所示，本发明所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，包括钢结构支撑、钢结构平台4、钢挡板6、楼板5、隔振器、控制器、光纤光栅传感器9、解调设备、监控平台。
如图1、2所示，钢结构支撑采用H型钢和方钢组合的型式，包括钢垫板1、水平H型钢2、竖向H型钢3；钢垫板1通过螺栓固定在基础结构上，竖向H型钢3作为立柱焊接在钢垫板1上，竖向H型钢3之间焊接有水平H型钢2作为支撑；竖向H型钢3顶部焊接有钢结构平台4，钢结构平台4的厚度大于等于10mm，水平度控制在±2mm以内；钢结构支撑和钢结构平台4均在预制厂机械化加工完成。
实际应用中，采用有限元软件搭建钢结构支撑仿真模型，根据钢结构支撑实际承受重量施加荷载，通过对抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、折算应力等参数进行分析，验证钢结构支撑各组件选型的科学性和可靠性，保证其力学性能及安全性能满足要求。
钢结构平台4上表面以100mm为间距，采用喷漆方式形成100×100mm的定位网格线，网格线交点即为隔振器的定位点；网格线以上采用喷涂透明树脂漆方式进行盖面，一方面避免测试过程中因隔振器与钢结构平台4表面相互摩擦造成网格线磨损，另一方面是为了避免钢结构平台4在长期使用过程中出现锈蚀现象。
如图2所示，楼板5采用钢筋混凝土结构，覆盖在钢结构平台4上方，隔振器位于钢结构平台4与楼板5之间；楼板5配筋及混凝土配比可依据图集或工程实际情况进行材料选型及设计，厚度为120～150mm。如图3、4所示，楼板5四周采用槽钢504包边，楼板钢筋（包括x向钢筋501和y向钢筋502）与槽钢504内壁焊接连接，有助于提高楼板5的整体稳定性；槽钢504、楼板混凝土、楼板钢筋一体浇筑成型，楼板5一角安装有定位桩503，作为振源移动位置确定的基点。
如图2、3、4所示，楼板5四周的钢结构平台4上设置平开式钢挡板6，钢挡板6的设置能够对隔振器及楼板5侧面进行封堵，避免测试过程中隔振器弹出或楼板5产生侧面移位。相邻两块钢挡板6之间通过挂扣连接；钢挡板6外侧通过铰链601与钢结构平台4连接，便于实现开合；钢挡板6内侧粘贴有软质橡胶板602，避免测试运行过程中楼板5直接撞击金属钢挡板6导致产生较大的振动及噪声。
如图9所示的液压举升机7架设在钢结构支撑外侧，且液压举升机7的举升臂位于楼板5上方。靠近楼板5四个拐角处的槽钢504上均焊接有吊耳，吊耳与液压举升机7的举升臂701前端之间通过吊钩702以及吊环703实现连接，便于利用液压举升机7来抬升楼板5，其中，吊钩702结构如图10所示，吊环703结构如图11所示；吊钩702通过螺杆以及螺母可拆卸安装在举升臂701前端，通过对螺母进行旋进或旋出操作，即可实现对螺杆长度的调节，即实现对吊钩702高度的调节，最终令四个吊环703均处于同一高度位置，保证楼板5抬升过程的水平度和稳定性。
如图4所示，楼板5上表面嵌入设置有十字形滑槽8，十字形滑槽8顶部与楼板5上表面齐平，十字形滑槽8内设置有电动行走装置。电动行走装置包括主轮801、副轮802、斜撑803、摇臂804、液压杆805、旋转铰链806、T型螺栓807、滑槽808。
主轮801与两个副轮802构成三轮支撑机构，其中，主轮801为电动驱动机构，由内向外依次为轴区、励磁线圈区、滑动轴承区、转子区（即永磁铁）、橡胶轮胎区，其中，转子区与橡胶轮胎区为一体式结构，轴区与励磁线圈区为一体式结构；励磁线圈区加装有微型电池及控制机构，通过遥控装置实现主轮801运动的无线控制；主轮801工作原理为：励磁线圈通电后产生电磁场，转子在电磁场作用下转动，橡胶轮胎随之转动，同时，在轴区的滑动轴承作用下，励磁线圈区与转子区产生相对转动，由于十字形滑槽8的限制，轴区与励磁线圈区组成的一体式结构只能沿十字形滑槽8水平移动，进而实现主轮801在x向的移动。
如图5、6所示，呈倒三角形的承台810覆盖在主轮801上，承台810与主轮801轴区的轴连接固定；两个副轮802均通过斜撑803与承台810连接，形成稳定的三角形支撑结构，两根斜撑803的上部通过可调节连杆809连接，改变可调节连杆809的长度即可改变斜撑803之间形成的角度，从而保证副轮802与十字形滑槽8底面紧密贴合，提高电动行走装置运行的稳定性。两根斜撑803的端部之间通过转轴811实现连接，转轴811两端分别搭在十字形滑槽8两侧内凹结构中。
如图5所示，承台810上表面安装有摇臂804，摇臂804的液压杆805牵引滑槽808，滑槽808外壁还通过旋转铰链806与承台810连接，摇臂804基于旋转铰链806能够带动滑槽808进行旋转和位置调整。鉴于滑槽808在移动过程中与楼板5之间存在一定距离，在滑槽808移动至指定位置后，通过摇臂804左右摆动令滑槽808与楼板5贴合，并适当调整液压杆805长度实现滑槽808与楼板5紧密贴合，同时通过T型螺栓807将滑槽808与十字形滑槽8底部紧固抵紧。
如图5、7、8所示，滑槽808整体为顶部开口的凹槽结构（为了便于展示T型螺栓807，图5中未画出滑槽808前后两侧的钢板结构）；滑槽808内设计有电动移动装置，电动移动装置包括沿y向设置在滑槽808内的多条滑轨812（本实施例中的滑轨812优选为3条），移动件813通过底座与滑轨812紧密贴合，实际应用中可涂刷润滑油来提高移动件813运动的流畅性。移动件813沿y向开设有3条通孔，其中，中间通孔的壁面冲螺纹，另外两个通孔壁面光滑，中间通孔中旋入有丝杆814，另外两个通孔中均旋入有光杆815，光杆815端部固定安装在滑槽808壁面上，光杆815起支撑稳固及导向作用；丝杆814端部连接有电机，电机固定安装在滑槽808上，电机与控制器信号连接，受控制器控制。
如图5、7、8所示，滑槽808壁板的顶部开设有倒梯形凹槽，移动件813顶部通过沉头螺丝安装有滑板816，滑板816下表面靠近两端的位置处设置有凸块，凸块滑动安装在该倒梯形凹槽中，滑板816能够随着移动件813一起移动。滑板816顶部通过沉头螺丝安装有连接板817，连接板817顶部通过沉头螺丝与振源底座连接；连接板817可根据振源底座沉头螺丝安装孔的孔径及位置进行定制，令其与振源底座相匹配，在更换振源时只需更换连接板817的类型即可，避免了不同振源与滑板816直接连接而导致的滑板816预留安装孔无法适用的问题，提高了本发明对不同振源的适用性。
控制器具有位置坐标设置、信号传输、集成反馈控制等功能，基于遥控装置实现振源位置设置、电动行走装置启闭控制、摇臂804运动控制、电动移动装置启闭控制、振源自动移动等远程控制功能。滑板816外侧安装有距离传感器818，用于检测楼板5一端基点与振源之间的距离，并传递至控制器，由控制器进行振源坐标自动测算，通过反馈控制，指导振源移动。
楼板5上表面布设有光纤光栅传感器9，具体地，通过在楼板混凝土上开设浅层槽的方式布设光纤光栅传感器9，令光纤光栅传感器9与浅层槽吻合，并通过胶水固定在浅层槽中，避免滑槽808移动过程中破坏光纤光栅传感器9。本实施例中，如图12所示，光纤光栅传感器9采用蛇形布设方式，间距为5～10cm，实际应用中可以根据测试精度要求调整光纤光栅传感器9布设间距。光纤光栅传感器9连接至解调设备，解调设备通过服务器与远程监控平台连接，通过监控平台进行振动特征数据监测及存储，便于后续数据读取及处理。采用所述光纤光栅传感器9监测振动特征数据的技术原理为：向光纤中发射一束脉冲激光，利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动敏感的特性，连续实时地监测光纤附近的振动。
如图14所示，监控平台搭载有分布式光纤振动监控软件以及选型分析软件，监控平台包括参数设置模块、可视化显示模块、历史数据查询模块、选型模块。
参数设置模块可设置振动特征数据限值，当振源的振动加速度或振动位移任意一项超出限值时，监控平台发出报警信息，提醒测试人员及时优化测试方案。
可视化显示模块采用BIM技术建立楼板振动实验台三维仿真模型，并载入至监控平台，通过图形组态模块将光纤光栅传感器9位置及监测数据映射到图像上，图像通过彩色云图动态展示监测点的振动数据大小，形成更加直观的振动特征平面分布图。
历史数据查询模块可读取并展示监测点振动历史数据，形成振动特征时域分布图，为振动特征与影响因素的关系性研究提供基础。
选型模块基于数值模拟技术，通过PC端建立动力设备、楼板5、隔振器的有限元模型，进行模态分析和谐响应分析，初步指导楼板5厚度、动力设备运转频率、隔振器刚度选型，避免动力设备与楼板5产生共振。利用选型分析软件，输入楼板5的重量、设备重量、隔振器数量等参数，分析得到单个隔振器承载力，基于产品样本进行隔振器选型，并结合参数设置模块设置的隔振效率等参数，能够对隔振器选型效果进行验证。
利用上述基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台进行振动测试的方法如下：
首先基于隔振器间距要求（500～1000mm）以及楼板5尺寸确定隔振器数量，基于隔振器数量确定每个隔振器承担的荷载，基于隔振器荷载及隔振器产品样本确定隔振器型号，采用有限元分析软件事前指导测试方案编制，同时通过测试对有限元模拟的结果进行验证，最终形成楼板振动测试方案。
然后基于本发明所建立的实验台进行不同隔振器类型隔振效果测试、不同隔振器数量隔振效果测试、不同激励源对于隔振效果的影响测试、隔振器位置对于隔振效果的影响测试、振源位置对于隔振效果的影响测试。
进行不同隔振器类型隔振效果测试时，控制振源等其他参数不变，采用相同承载力的弹簧隔振器和橡胶隔振器各20个进行对比试验：将20个橡胶隔振器按照横纵向（其中，横向即x向，纵向即y向）5×4的布置方式均匀布置在楼板下的钢结构平台4上，激励振源位于楼板5中心位置，激振力选150kg，激振约5分钟，激振过程中通过光纤光栅传感器9采集数据并传递至监控平台，停止激振后通过液压举升机7抬升楼板5，然后将20个弹簧隔振器按照上述同样方式布置并进行相同试验，采集数据。
进行不同隔振器数量隔振效果测试时，在保证隔振器承载力相同的情况下，采用数量不同的同类型、不同型号隔振器，分析隔振器数量对于隔振效果的影响；选定弹簧隔振器，控制振源不变，通过选型软件分别选择20个弹簧隔振器和12个弹簧隔振器进行对比试验：先将20个弹簧隔振器按照横纵向5×4的布置方式均匀布置在楼板5下方的钢结构平台4上，激励振源位于楼板5中心位置，激振力选150kg，激振约5分钟，激振过程中通过光纤光栅传感器9采集数据并传递至监控平台，停止激振后通过液压举升机7抬升楼板5，取下20个弹簧隔振器，按照横纵向4×3的布置方式重新布设12个弹簧隔振器，重复上述步骤，采集数据。
进行不同激励源对于隔振效果的影响测试时，分别以激励力和扰动频率为变量，分析相同隔振措施下楼板5的振动情况：控制隔振器数量和类型不变，将激振器放置在楼板5中心位置，选定一个统一的扰动频率，分别设置激振力为60kg、120 kg、150 kg、250 kg进行2分钟振动测试，激振过程中通过光纤光栅传感器9采集数据并传递至监控平台；选择150kg激振力，分别采用1000r/min、1500 r/min、3000 r/min扰动频率进行2分钟振动测试，激振过程中通过光纤光栅传感器9采集数据并传递至监控平台。
进行隔振器位置对于隔振效果的影响测试时，以隔振器位置为自变量，研究隔振器在不同位置情况下对于楼板5隔振效果的影响：控制隔振器数量和类型不变，将振源放置于楼板5的正中间位置，按照横纵向4×3的布置方式将隔振器均匀布置在钢结构平台4上，然后分三次调整钢结构平台4上表面纵向中间一排三个隔振器的位置，即分别令其都处于y轴
位置处、y轴
位置处、y轴
位置处，设置激振力为150 kg进行2分钟振动测试，激振过程中通过光纤光栅传感器9采集数据并传递至监控平台。
进行振源位置对于隔振效果的影响测试时，控制隔振器数量和类型不变，分别在楼板5上表面9个不同的位置处放置振源进行测试，所述9个不同的位置分别为：楼板5上表面的x轴原点位置与y轴原点位置的交点、x轴原点位置与y轴
位置的交点、x轴原点位置与y轴
位置的交点、x轴
位置与y轴原点位置的交点、x轴
位置与y轴原点位置的交点、x轴
位置与y轴
位置的交点、x轴
位置与y轴
位置的交点、x轴
位置与y轴
位置的交点、x轴
位置与y轴
位置的交点，然后以同样的激振力（150kg）振动2分钟，激振过程中通过光纤光栅传感器9采集数据并传递至监控平台。
在上述测试过程中，操作人员可利用遥控装置远程控制振源位置的调整，调整过程如图13所示，具体如下：
首先，利用遥控装置输入设定好的振源在x向以及y向上的坐标位置
以及
，距离传感器818实时检测楼板5基点与振源之间的距离并传递至控制器；控制器首先计算得到振源目前所在x向上的坐标位置
，将设定的
与计算得到的
作差，得到x向上的距离差值
，换算为主轮801转动圈数
，从而控制主轮801转动，进而带动振源移动；在此过程中，若
大于等于0，则主轮801沿x轴正方向运动，反之沿x轴反方向运动；第一次移动结束后，距离传感器818继续自动检测振源与基点之间的距离并传递至控制器，控制器继续将接收到的数据与输入的设定值进行作差对比分析，若距离差值在±5mm以内则说明振源在x向上移动到位，否则继续控制主轮801转动来带动振源移动；
上述过程中，主轮801转动圈数
的计算公式如下：
其中，
表示主轮801的直径。
其次，振源在x向上的移动调整结束后，进行y向上的移动调整：距离传感器818实时检测基点与振源之间的距离并传递至控制器，控制器计算得到振源目前所在y向上的坐标位置
，将设定的
与计算得到的
作差，得到y向上的距离差值
，换算为丝扣数量
，基于电机旋转一圈与丝杆814上的丝扣数量之间的线性关系，利用下式计算获得电机所需旋转的圈数：
其中，
表示丝扣间距，
表示电机旋转一圈所对应的丝扣数量，
表示电机旋转圈数。
电机所需旋转圈数确定后，控制器控制电机工作，带动丝杆814转动，丝杆814上的移动件813带动振源移动，若
大于等于0，则移动件813带动振源沿y轴正方向运动，反之沿y轴反方向运动；移动结束后，距离传感器818继续自动检测振源与基点之间的距离并传递至控制器，控制器继续将接收到的数据与输入的设定值进行作差对比分析，若距离差值在±5mm以内则说明振源在y向上移动到位，否则继续控制电机工作来间接带动振源移动。
基于上述测试方案，可以得出在不同影响因素下，楼板5振动情况与多因素之间的响应关系，通过分析总结规律，形成楼板5减振优化方案，有助于指导楼板5深化设计及施工优化。
所述液压举升机7为现有技术，其上自带有液压装置、控制箱等结构，本发明不再对其进行赘述；液压举升机7通过液压装置实现举升臂701的上升或下降，上升过程中通过自锁装置限制举升臂701的位置，需要手动操作解除安全限制，方能通过液压装置实现举升臂701的下降，避免在抬起楼板5后因电气或液压故障导致楼板5下降而造成人员伤害事故。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，包括钢结构支撑，钢结构支撑顶部焊接有钢结构平台（4），钢结构平台（4）上方覆盖有楼板（5），且楼板（5）与钢结构平台（4）之间安装有隔振器，楼板（5）四周的钢结构平台（4）上安装有钢挡板（6），钢挡板（6）内侧粘贴有软质橡胶板（602），液压举升机（7）架设在钢结构支撑外侧，液压举升机（7）的举升臂（701）位于楼板（5）上方，且与楼板（5）连接，楼板（5）一角安装有定位桩（503）作为基点；
楼板（5）上表面布设有光纤光栅传感器（9），光纤光栅传感器（9）连接至解调设备，解调设备通过服务器与远程监控平台信号连接，监控平台搭载有分布式光纤振动监控软件以及选型分析软件，监控平台包括参数设置模块、可视化显示模块、历史数据查询模块、选型模块；楼板（5）上表面还嵌入设置有十字形滑槽（8），十字形滑槽（8）内安装有电动行走装置，电动行走装置中还安装有电动移动装置，电动移动装置上安装有振源以及距离传感器（818），电动行走装置的移动路线与电动移动装置的移动路线相互垂直，电动行走装置、电动移动装置、距离传感器（818）均与控制器信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，所述电动行走装置包括由一个主轮（801）与两个副轮（802）构成的三轮支撑机构，主轮（801）为电动驱动机构，由内向外依次为轴区、励磁线圈区、滑动轴承区、转子区、橡胶轮胎区，励磁线圈区加装有微型电池及控制机构，通过遥控装置实现主轮（801）运动的无线控制；承台（810）覆盖在主轮（801）上，且与主轮（801）轴区的轴连接固定，两个副轮（802）均通过斜撑（803）与承台（810）连接，两根斜撑（803）的上部通过可调节连杆（809）连接，两根斜撑（803）的端部之间通过转轴（811）实现连接，转轴（811）两端分别搭在十字形滑槽（8）两侧内凹结构中。
3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，所述承台（810）上表面安装有摇臂（804），摇臂（804）的液压杆（805）牵引滑槽（808），滑槽（808）外壁通过旋转铰链（806）与承台（810）连接；滑槽（808）移动到位后通过T型螺栓（807）与十字形滑槽（8）底部紧固；电动移动装置安装在滑槽（808）中。
4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，所述电动移动装置包括固定在滑槽（808）内的多条滑轨（812），滑轨（812）上滑动安装有移动件（813），移动件（813）与丝杆（814）螺纹配合，丝杆（814）端部与电机连接；移动件（813）顶部可拆卸安装有滑板（816），距离传感器（818）安装在滑板（816）外侧；滑板（816）顶部可拆卸安装有连接板（817），振源可拆卸安装在连接板（817）顶部。
5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，所述楼板（5）采用钢筋混凝土结构，楼板混凝土上开设有呈蛇形结构的浅层槽，浅层槽中固定安装有光纤光栅传感器（9）。
6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，所述楼板（5）四周采用槽钢（504）包边，楼板钢筋与槽钢（504）内壁焊接连接，且槽钢（504）、楼板混凝土、楼板钢筋一体浇筑成型；靠近楼板（5）四个拐角处的槽钢（504）上均焊接有吊耳，吊耳与液压举升机（7）的举升臂（701）前端之间通过吊钩（702）以及吊环（703）实现连接，吊钩（702）通过螺杆以及螺母可拆卸安装在举升臂（701）前端。
7.根据权利要求1所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，所述距离传感器（818）用于检测基点与振源之间的距离，并传递至控制器，控制器进行振源坐标自动测算，通过反馈控制，指导电动行走装置以及电动移动装置带动振源移动。
8.根据权利要求1所述的基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台，其特征在于，所述参数设置模块用于设置振动特征数据限值，当振源的振动加速度或振动位移任意一项超出限值时，监控平台发出报警信息，提醒测试人员及时优化测试方案；
可视化显示模块采用BIM技术建立楼板振动实验台三维仿真模型，并载入至监控平台，通过图形组态模块将光纤光栅传感器（9）监测数据映射到图像上，通过彩色云图动态展示监测点的振动数据大小，形成振动特征平面分布图；
历史数据查询模块用于读取并展示监测点振动历史数据，形成振动特征时域分布图；
选型模块基于数值模拟技术，通过PC端建立动力设备、楼板（5）、隔振器的有限元模型，进行模态分析和谐响应分析，初步指导楼板（5）厚度、动力设备运转频率、隔振器刚度选型，避免动力设备与楼板（5）产生共振；利用选型分析软件，输入分析参数，分析参数包括楼板（5）的重量、设备重量、隔振器数量，分析得到单个隔振器承载力，基于产品样本进行隔振器选型，并结合参数设置模块设置的隔振效率参数，对隔振器选型效果进行验证。
9.一种利用权利要求4所述基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台的测试方法，其特征在于，包括如下过程：
首先基于隔振器间距要求以及楼板（5）尺寸确定隔振器数量，基于隔振器数量确定每个隔振器承担的荷载，基于隔振器荷载及隔振器产品样本确定隔振器型号，采用有限元分析软件事前指导测试方案编制，同时通过测试对有限元模拟的结果进行验证，最终形成楼板振动测试方案；然后利用基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台进行测试，测试项目包括：不同隔振器类型隔振效果测试、不同隔振器数量隔振效果测试、不同激励源对于隔振效果的影响测试、隔振器位置对于隔振效果的影响测试、振源位置对于隔振效果的影响测试。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述利用基于分布式光纤监测的浮筑楼板振动实验台进行测试的过程中，需要对振源位置进行调整，具体调整过程如下：
首先，利用遥控装置输入振源在x向以及y向上的目标坐标位置
以及
，距离传感器（818）实时检测基点与振源之间的距离并传递至控制器；控制器首先计算振源目前所在x向上的坐标位置
，将
与
作差，得到x向距离差值
，换算为主轮（801）转动圈数
，据此控制主轮（801）带动振源在x向上移动；在此过程中，若
大于等于0，则振源沿x轴正方向运动，反之沿x轴反方向运动；第一次x向上的移动结束后，控制器继续接收距离传感器（818）检测数据并再次计算x向距离差值，x向距离差值在预设范围以内则说明振源在x向上移动到位，否则继续控制主轮（801）带动振源移动；
上述过程中，主轮（801）转动圈数的计算公式如下：
其中，
表示主轮（801）的直径；
其次，振源在x向上的移动调整结束后，进行y向上的移动调整：距离传感器（818）实时检测基点与振源之间的距离并传递至控制器，控制器计算振源目前所在y向上的坐标位置
，将
与
作差，得到y向距离差值
，换算为丝杆（814）上的丝扣数量
，基于电机旋转一圈与丝扣数量之间的线性关系，利用下式计算获得电机所需旋转的圈数：
其中，
表示丝扣间距，
表示电机旋转一圈所对应的丝扣数量，
表示电机旋转圈数；
电机所需旋转圈数确定后，控制器控制电机工作，带动丝杆（814）转动，丝杆（814）上的移动件（813）带动振源移动，在此过程中，若
大于等于0，则移动件（813）带动振源沿y轴正方向运动，反之沿y轴反方向运动；第一次y向上的移动结束后，控制器继续接收距离传感器（818）检测数据并再次计算y向距离差值，y向距离差值在预设范围以内则说明振源在y向上移动到位，否则继续控制电机工作来间接带动振源移动。
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