本實(shí)用新型涉及建筑工程領(lǐng)域，具體涉及一種建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

隨著城市建設(shè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展和城市規(guī)模的日益增大，地面道路交通與地鐵、工程施工和工廠機(jī)械運(yùn)行等各種人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)日趨嚴(yán)重，這些環(huán)境振動(dòng)通過地層向外傳播，引起了周圍建筑物的二次振動(dòng)；此外，高層建筑容易受到風(fēng)荷載影響，不僅要對承載力能力狀態(tài)進(jìn)行分析考慮，而且需更多關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)下振動(dòng)舒適度影響。

目前國內(nèi)偶見高層建筑“過大振動(dòng)”引起人們的不適與恐慌的情況，建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)舒適度愈發(fā)引起重視。另外，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高，即使是同樣程度的振動(dòng)，在過去可能不是問題，而現(xiàn)在越來越多地引起了公眾的強(qiáng)烈反應(yīng)。

由于振源的不確定與建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測作為獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性第一性資料顯得尤為重要。

目前常規(guī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力測試一般為單次、少量點(diǎn)測量，難以對建筑結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)振動(dòng)特征進(jìn)行反應(yīng)，且未能實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力特性進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。

因此，為了對建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征形狀進(jìn)行評估分析，獲取建筑結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)下長期振動(dòng)數(shù)據(jù)，提供一種適用于建筑結(jié)構(gòu)長期的建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置是勢在必行的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種可對建筑結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)振動(dòng)特征進(jìn)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性評估，結(jié)構(gòu)安全、舒適度分析的建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置，包括依次連接的振動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)分析單元和操作與顯示單元，所述振動(dòng)傳感器設(shè)有若干個(gè)，分布于建筑結(jié)構(gòu)的樓板區(qū)域或豎向承重構(gòu)件區(qū)域。

進(jìn)一步的，所述振動(dòng)傳感器為壓電式振動(dòng)傳感器或磁電式振動(dòng)傳感器或力平衡式振動(dòng)傳感器。

進(jìn)一步的，所述振動(dòng)傳感器與所述數(shù)據(jù)采集單元之間通過電纜線連接。

進(jìn)一步的，所述電纜線設(shè)于建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的強(qiáng)電或弱電井道中。

進(jìn)一步的，所述電纜線外周設(shè)有信號屏蔽單元。

進(jìn)一步的，所述電纜線與振動(dòng)傳感器的接頭位置設(shè)有信號屏蔽單元。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集單元包括A/D轉(zhuǎn)換器。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)分析單元為單片機(jī)或MCU微處理器。

進(jìn)一步的，還包括與所述數(shù)據(jù)分析單元連接的報(bào)警單元。

進(jìn)一步的，所述操作與顯示單元采用液晶觸摸屏，包括操作單元和顯示單元。

本實(shí)用新型提供的建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置，包括依次連接的振動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)分析單元和操作與顯示單元，所述振動(dòng)傳感器設(shè)有若干個(gè)，分布于建筑結(jié)構(gòu)的樓板區(qū)域或豎向承重構(gòu)件區(qū)域。通過在建筑結(jié)構(gòu)的樓板區(qū)域或豎向承重構(gòu)件區(qū)域設(shè)置若干振動(dòng)傳感器，實(shí)時(shí)獲取建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，該振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行采集和A/D轉(zhuǎn)換之后發(fā)送至數(shù)據(jù)分析單元進(jìn)行分析，得到振源的類型及振動(dòng)安全情況，最終通過操作與顯示單元進(jìn)行顯示，為進(jìn)一步采取減振和加固措施提供依據(jù)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a-2b分別是實(shí)測某建筑結(jié)構(gòu)在安靜時(shí)段的振動(dòng)時(shí)程圖和功率譜密度圖；

圖3a-3b分別是鄰近地鐵的建筑底板位置處振動(dòng)時(shí)程圖和功率譜密度圖；

圖4a-4b分別是建筑在遠(yuǎn)場地震作用下頂層位置水平向振動(dòng)時(shí)程圖和功率譜密度圖。

圖中所示：1、振動(dòng)傳感器；2、數(shù)據(jù)采集單元；3、數(shù)據(jù)分析單元；4、操作與顯示單元；5、建筑結(jié)構(gòu)；6、報(bào)警單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述：

如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置，包括依次連接的振動(dòng)傳感器1、數(shù)據(jù)采集單元2、數(shù)據(jù)分析單元3和操作與顯示單元4，所述振動(dòng)傳感器1設(shè)有若干個(gè)，分布于建筑結(jié)構(gòu)5的樓板區(qū)域或豎向承重構(gòu)件區(qū)域。優(yōu)選的，所述振動(dòng)傳感器1為壓電式振動(dòng)傳感器或磁電式振動(dòng)傳感器或力平衡式振動(dòng)傳感器。具體的，引起建筑結(jié)構(gòu)5振動(dòng)的振源包括風(fēng)荷載、地鐵、地震、施工等，每種振源引起的振動(dòng)特性不同，該振動(dòng)特性包括振動(dòng)的時(shí)程、功率譜密度等，上述振動(dòng)特性數(shù)據(jù)由人工通過操作與顯示單元事先輸入到數(shù)據(jù)分析單元中，在監(jiān)測時(shí)，通過振動(dòng)傳感器1實(shí)時(shí)采集建筑結(jié)構(gòu)5內(nèi)不同區(qū)域的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，并由數(shù)據(jù)采集單元2采集發(fā)送至數(shù)據(jù)分析單元3與事先輸入的振動(dòng)特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得到振源的類型以及振動(dòng)安全情況，最終通過操作與顯示單元4進(jìn)行顯示，便于采取必要的減振和加固措施。需要說明的是，在布置振動(dòng)傳感器1之前，需對先進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)5動(dòng)力初步分析，獲取振動(dòng)模態(tài)及主頻，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)5的振動(dòng)頻率特征選擇合適頻率量程的振動(dòng)傳感器1，振動(dòng)傳感器1的頻率采集范圍應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)主頻率和振源頻率要求，振動(dòng)傳感器1下限截止頻率應(yīng)小于結(jié)構(gòu)主頻率，且采樣頻率宜根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)5的主頻率及振源頻率確定，不小于所研究振動(dòng)頻率的3倍。此外，振動(dòng)傳感器1的布置應(yīng)避開電梯井、水泵房、電力機(jī)房等機(jī)電設(shè)備頻繁開啟區(qū)域，以免干擾正常檢測，且振動(dòng)傳感器1的布置方式宜根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)5的自振特性，以便于獲取建筑結(jié)構(gòu)模態(tài)(一般為前三階)，建筑物頂層振動(dòng)明顯區(qū)域宜適當(dāng)增加測點(diǎn)，同時(shí)振動(dòng)傳感器1沿樓層高度方向布置宜根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)5的自振特性，在模態(tài)關(guān)鍵點(diǎn)位置布置。

優(yōu)選的，所述振動(dòng)傳感器1與所述數(shù)據(jù)采集單元2之間通過電纜線連接，以免建筑結(jié)構(gòu)5內(nèi)樓層各墻體、樓板對無線信號的阻隔影響振動(dòng)傳感器1與所述數(shù)據(jù)采集單元2之間的數(shù)據(jù)傳遞。

優(yōu)選的，所述電纜線設(shè)于建筑結(jié)構(gòu)5內(nèi)的強(qiáng)電或弱電井道中，不會(huì)占用額外的空間，不影響建筑內(nèi)部使用，同時(shí)在電纜線外周設(shè)置信號屏蔽單元，對電纜線內(nèi)的信號進(jìn)行屏蔽防護(hù)，以免受到干擾。同理，在所述電纜線與振動(dòng)傳感器1的接頭位置處也設(shè)置信號屏蔽單元，使信號傳輸不受外界干擾，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集單元2包括A/D轉(zhuǎn)換器，采集所有振動(dòng)傳感器1監(jiān)測到的數(shù)據(jù)并將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，便于數(shù)據(jù)分析單元3進(jìn)行處理。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)分析單元3為單片機(jī)或MCU微處理器，具有數(shù)據(jù)分析比較以及存儲(chǔ)功能。根據(jù)振動(dòng)傳感器1的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對建筑結(jié)構(gòu)5整體振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)不同振源特性，進(jìn)行常見振源識(shí)別。此外可根據(jù)實(shí)測振動(dòng)激勵(lì)，采用數(shù)值模擬分析方法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，分析建筑振動(dòng)情況和安全情況，判斷是否有必要采取必要的減振和加固措施。

優(yōu)選的，該建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置還包括與所述數(shù)據(jù)分析單元3連接的報(bào)警單元6，在監(jiān)測前預(yù)先設(shè)置振動(dòng)閾值，當(dāng)監(jiān)測到的振動(dòng)數(shù)據(jù)超過該振動(dòng)加速度閾值時(shí)，報(bào)警單元6發(fā)出警報(bào)，通知監(jiān)測人員，監(jiān)測人員通過遠(yuǎn)程查看進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，識(shí)別誘發(fā)振源，并采取有針對性措施。振動(dòng)閾值根據(jù)振動(dòng)測試情況，結(jié)合業(yè)主使用要求確定。

優(yōu)選的，所述操作與顯示單元4采用液晶觸摸屏，包括操作單元和顯示單元，其中操作單元用于輸入每種振源的振動(dòng)特性數(shù)據(jù)和建筑結(jié)構(gòu)5的振動(dòng)加速度閾值，顯示單元用于顯示數(shù)據(jù)分析單元3分析得到的振源的類型及振動(dòng)安全情況等。

如圖2a-2b所示，分別為實(shí)測某建筑結(jié)構(gòu)5在安靜時(shí)段的振動(dòng)時(shí)程及功率譜密度圖；可以看出在安靜時(shí)段振動(dòng)時(shí)程信號絕對數(shù)值較小，信號波動(dòng)較小；如圖3a-3b所示，分別為鄰近地鐵的建筑底板位置處振動(dòng)時(shí)程及功率譜密度圖，可以看出地鐵引起的振動(dòng)時(shí)程信號具有很強(qiáng)的周期性；功率譜密度圖中，主要頻率范圍為中高頻，一般集中在40～80Hz頻段范圍內(nèi)；如圖4a-4b所示，分別為某建筑在遠(yuǎn)場地震作用下頂層位置水平向振動(dòng)時(shí)程及功率譜密度(Power spectral density，PSD)圖；可以看出在遠(yuǎn)場地震下結(jié)構(gòu)頂層水平向振動(dòng)時(shí)程相比安靜時(shí)段有明顯放大；功率譜密度圖中，主要反應(yīng)遠(yuǎn)場地震頻率范圍，一般小于5Hz；功率譜密度圖中波峰位置對應(yīng)結(jié)構(gòu)自振頻率。

綜上，本實(shí)用新型提供的建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測裝置，包括依次連接的振動(dòng)傳感器1、數(shù)據(jù)采集單元2、數(shù)據(jù)分析單元3和操作與顯示單元4，所述振動(dòng)傳感器1設(shè)有若干個(gè)，分布于建筑結(jié)構(gòu)5的樓板區(qū)域或豎向承重構(gòu)件區(qū)域。通過在建筑結(jié)構(gòu)5的樓板區(qū)域或豎向承重構(gòu)件區(qū)域設(shè)置若干振動(dòng)傳感器1，實(shí)時(shí)獲取建筑結(jié)構(gòu)5的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，該振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集單元2進(jìn)行采集和A/D轉(zhuǎn)換之后發(fā)送至數(shù)據(jù)分析單元3進(jìn)行分析，得到振源的類型及振動(dòng)安全情況，最終通過操作與顯示單元4進(jìn)行顯示，為進(jìn)一步采取減振和加固措施提供依據(jù)。

雖然說明書中對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施方式只是作為提示，不應(yīng)限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。在不脫離本實(shí)用新型宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種省略、置換和變更均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。