一种建筑层间位移角实时监测装置的制作方法

本发明涉及建筑工程测量技术领域，尤其涉及一种建筑层间位移角实时监测装置。

背景技术：

建筑层间位移角在建筑结构健康监测中十分重要，各国抗震规范均对结构在地震中的层间位移角限值有规定，目的是为了防止过大的侧向变形造成结构损伤。目前的建筑层间位移角监测技术可以分为外部监测和内部检测两种，外部监测主要采用全站仪、水准仪等传统光学方法，通过在建筑外围设置定点线，测量建筑总层间位移角来等效为建筑层间位移角。但是通过监测总层间位移角来等效为有害层间位移角存在较大的观测误差，很难反映结构的实际破坏情况。而且外部监测只能在震后对结构进行评估，获得的数据为静态数据，不利于掌握结构在地震中的动态变形特点。内部监测主要是通过安装在结构内部的加速度传感器读取到结构的加速度时程，然后积分得到位移时程，通过楼层间的相对位移来估算层间位移角。这种方法由于其测量的间接性，在计算过程中易累积较大误差。内部监测近年发展了指针记录板式(申请公布号cn109654982a)和激光发射接收式(申请公布号cn109900239a)，前者只能事后取得数据，后者不能很好解决激光器安装位置转动带来的误差。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种建筑层间位移角实时监测装置，能够实时检测建筑层间位移角，并具有鲁棒性强的优点。

(二)发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种建筑层间位移角实时监测装置，包括：沿竖直方向设置的刚性杆件，还包括第一伸缩件、第一球铰、第二伸缩件和第二球铰，刚性杆件的上端依次连接第一伸缩件和第一球铰，第一球铰固定于楼层的顶板；刚性杆件的下端依次连接第二伸缩件和第二球铰，第二球铰固定于楼层的底板；刚性杆件上设置有倾角仪。

其中，刚性杆件上设置有分别测量x轴方向倾角的第一倾角仪和测量y轴方向倾角的第二倾角仪。

其中，第一倾角仪和第二倾角仪固定于刚性杆件上，错开呈90度布置。

其中，刚性杆件为套筒，第一伸缩件为第一活塞，第一活塞与所述第一球铰可拆卸的连接；第二伸缩件为第二活塞，第二活塞的连杆与第二球铰的球铰连杆可拆卸的连接。

其中，第一球铰包括第一球铰本体和铰接于球铰本体的第一球铰连杆，第一球铰连杆通过螺母连接第一活塞的活塞连杆；第二球铰包括第二球铰本体和铰接于第二球铰本体的第二球铰连杆，第二球铰连杆通过螺母连接第二活塞的活塞连杆。

其中，第一球铰还包括第一球铰支座，第一球铰支座固定于第一球铰本体与第一球铰连杆相对的一侧，第一球铰支座固定于楼层的顶板；第二球铰还包括第二球铰支座，第二球铰支座固定于第二球铰本体与第二球铰连杆相对的一侧，第二球铰支座固定于楼层的底板。

其中，套筒为中空套筒，套筒内位于第一活塞的活塞体的上方位置处设置有第一复位弹簧，第一复位弹簧的一端抵接第一活塞的活塞体，另一端固定于中空套筒的上端盖的内表面；中空套筒内位于第二活塞的活塞体的下方位置处设置有第二复位弹簧，第二复位弹簧的一端抵接所述第二活塞的活塞体，另一端固定于中空套筒的下端盖的内表面。

其中，倾角仪包括传感器、存储模块、通讯模块和电池，传感器依次连接存储模块和通讯模块，电池与传感器、存储模块、通讯模块分别电连接。

(三)有益效果

本发明提供的一种建筑层间位移角实时监测装置，包括：沿竖直方向设置的刚性杆件，刚性杆件两端通过球铰连接楼层的顶板和底板，整个装置相当于一个设置在上下楼层间可伸缩、无横向变形的刚性杆。当建筑在正常使用或者在地震荷载作用下上下层发生相对位移时，刚性杆件与竖向(重力方向)的夹角会发生改变，其转角就代表了建筑的层间位移角，安装在在刚性杆件的表面的倾角仪可以实时检测相关数据并发送至后台进行分析处理。由于设置有倾角仪的刚性杆件是通过球铰和伸缩件连接建筑的顶板和底板，只要建筑物不发生倒塌型破坏，设置在刚性杆件上的倾角仪均可以正常测量层间位移角，具有较强的鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种建筑层间位移角实时监测装置的整体结构示意图；

图2为本发明的一种建筑层间位移角实时监测装置的中空套筒的装设有倾角仪部分的横截面示意图。

附图标记说明：

1、中空套筒；21、第一球铰；22、第二球铰；

31、第一活塞；32、第二活塞；41、第一球铰连杆；

42、第二球铰连杆；51、第一复位弹簧；52、第二复位弹簧；

61、第一倾角仪；62、第二倾角仪；71、第一球铰支座；

72、第二球铰支座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供的一种建筑层间位移角实时监测装置，包括球铰、活塞、中空套筒1以及安装在中空套筒1上的单轴倾角仪，具体结构和安装步骤如下：在建筑物的上下楼板分别安装一个球铰，上方为第一球铰21，下方为第二球铰22，两个球铰的位置相对，二者之间竖直设置一个刚性的中空套筒1，中空套筒1的两端均装设有活塞，上端的第一活塞31的连杆通过螺母与第一球铰21的第一球铰连杆41连接；对应的，中空套筒1的下端装设有第二活塞32，第二活塞32的连杆通过螺母与第二球铰22的第二球铰连杆42连接。第一球铰21还包括第一球铰支座71，第一球铰支座71固定于与第一球铰连杆41相对的第一球铰本体上，第一球铰支座71固定于楼层的顶板；第二球铰22还包括第二球铰支座72，第二球铰支座72固定于与第二球铰连杆42相对的第二球铰本体上，第二球铰支座72固定于楼层的底板；第一活塞31和第二活塞32可以在中空套筒1中滑动，此时中空套筒1相当于活塞的缸体，这样使得整个装置相当于一个装设在上下楼层间可伸缩、无横向变形的刚性杆。当建筑在正常使用或者在地震荷载作用下上下层发生相对位移时，刚性杆件(中空套筒1)与竖向(重力方向)的夹角会发生改变，其转角就代表了建筑的层间位移角。中空套筒1上设置有测量x方向倾斜角度的第一倾角仪61和测量y方向倾斜角度的第二倾角仪62，如图2所示，第一倾角仪61和第二倾角仪62错开90度固定于中空套筒1上。第一倾角仪61和第二倾角仪62均包括传感器、存储模块、通讯模块和电池，传感器依次连接存储模块和通讯模块，电池与传感器、存储模块、通讯模块分别电连接，倾角仪的通讯模块实时的将传感器所检测到的信号储存在存储模块，并将其通过通讯模块传送至数据后台进行分析处理，进而判定建筑结构的损伤状态和安全性。

如图1所示，为了使中空套筒保持伸缩性，在中空套筒1内位于第一活塞31的活塞体的上方和中空套筒1内位于第二活塞32的活塞体的下方设置分别有第一复位弹簧51和第二复位弹簧52，第一复位弹簧51和第二复位弹簧52的初始状态为压缩状态。具体的，中空套筒1内位于第一活塞31的活塞体的上方位置处设置有第一复位弹簧51，第一复位弹簧51的一端抵接第一活塞31的活塞体，另一端固定于中空套筒1的上端盖的内表面；中空套筒1内位于第二活塞32的活塞体的下方位置处设置有第二复位弹簧52，第二复位弹簧52的一端抵接第二活塞32的活塞体，另一端固定于中空套筒1的下端盖的内表面，在建筑因外力(地震等其他因素)使得建筑发生形变时，第一复位弹簧51和第二复位弹簧52可以分别让第一活塞31和第二活塞32复位，使得中空套筒1在竖向的位置保持不变，此种设计使得量测中空套筒1完全代表了层间位置情况，附着其上的倾角仪属于直接量测，优于加速度积分等间接量测,从而保持倾角仪检测结果的准确性，系统更健壮，鲁棒性强。同时，倾角仪自带电源和信号存储和传输模块，无需外接电源，实现了实时监测。结构简单，对于新建和已建建筑均易于安装。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。