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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5086 (2023) Citare questo articolo

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Mirando ai problemi di bassa sensibilità e bassa precisione causati dal meccanismo di trasferimento dello spostamento di tre sensori di spostamento utilizzati simultaneamente nel monitoraggio dello spostamento 3D dei cuscinetti di isolamento sismico, l'articolo ha proposto un sensore di spostamento 3D ruotabile ad alta sensibilità. Il sensore aggiunge fori passanti sulla superficie della trave a sbalzo di uguale resistenza per formare una trave trasversale, che aumenta la sollecitazione di flessione sulla superficie della trave per migliorare la sensibilità. Aggiungendo un giroscopio e una struttura di rotazione meccanica, un singolo sensore può misurare contemporaneamente lo spostamento 3D, riducendo gli effetti negativi del meccanismo di trasmissione dello spostamento sulla precisione della misurazione. Il software ANSYS è stato utilizzato per simulare e ottimizzare i parametri della dimensione del foro passante del fascio del sensore per determinare la dimensione e la posizione appropriate del foro passante. Infine, il sensore è stato sviluppato e le sue caratteristiche statiche e le prestazioni di misurazione dello spostamento nello spazio 3D statico e dinamico sono state testate in base ai risultati della simulazione. I risultati del test hanno dimostrato che il sensore ha una sensibilità di 16,29 mV/mm e una precisione dello 0,9% nell'intervallo 0–160 mm. Gli errori di misurazione dello spostamento spaziale 3D statico e dinamico sono inferiori a 2 mm, il che può soddisfare i requisiti di precisione della misurazione dello spostamento 3D e di sensibilità per il monitoraggio della salute strutturale dei cuscinetti di isolamento sismico.

Negli ultimi anni si sono verificati frequentemente disastri legati al terremoto. I danni strutturali alle case verificatisi durante i terremoti hanno causato perdite insopportabili alle persone1. Le tradizionali tecniche antisismiche sono lontane dalle aspettative in caso di terremoti2. Per ridurre radicalmente l'apporto di energia sismica alla struttura, gli ingegneri hanno spostato la loro attenzione dalla tradizionale "resistenza sismica" all'"isolamento sismico"3. La struttura di isolamento sismico è generalmente uno strato di isolamento sismico flessibile tra la fondazione e la struttura superiore, in modo che la fondazione sia in una certa misura disconnessa dalla struttura superiore4. In questo modo, la trasmissione dell'energia sismica alla struttura superiore può essere isolata, la frequenza di auto-oscillazione di base della struttura superiore può essere ridotta, riducendo così l'impatto dell'azione sismica sulla struttura superiore5. Adottando le misure di isolamento sismico, la frequenza di auto-oscillazione della struttura superiore può generalmente essere ridotta da 1–6 Hz a 0,2–0,5 Hz, il che può ridurre significativamente l'impatto delle forze sismiche e resistere efficacemente ai disastri diretti e secondari generati da terremoti6. Il cuscinetto di isolamento sismico è il componente chiave del sistema di struttura di isolamento sismico. A causa dei complessi effetti del carico proprio e del carico ambientale durante la costruzione e l’uso, i danni al sistema strutturale inevitabilmente si accumuleranno, con conseguente declino della capacità dei cuscinetti di isolamento sismico di resistere ai disastri naturali7. Non solo influenzerà il normale utilizzo della struttura di supporto, ma comporterà anche alcuni rischi per la sicurezza dell'edificio e aumenterà il rischio di vittime e perdite economiche causate dal terremoto8. Pertanto, lo stato di salute degli appoggi per l’isolamento sismico in ambienti volatili è diventato l’obiettivo di molti studiosi9. Il metodo tradizionale di valutazione dei cuscinetti per l'isolamento sismico è la valutazione manuale, ovvero lo smantellamento manuale dei cuscinetti per l'isolamento sismico da testare, quindi la valutazione del loro stato di salute in base all'aspetto, alla prova di carico e così via10. Tuttavia, in realtà negli edifici ingegneristici di grandi dimensioni sono presenti numerosi appoggi per l'isolamento sismico e l'ambiente di installazione è complesso11. La valutazione manuale non è solo lunga e laboriosa, ma anche costosa12. Con il rapido sviluppo della tecnologia dei sensori, della tecnologia di raccolta delle informazioni e della tecnologia di analisi dei test, il sistema di monitoraggio continuo e in tempo reale dello stato dei cuscinetti per l'isolamento sismico è stato ampiamente utilizzato in ponti, grattacieli, tutela dell'acqua e altri campi dell'ingegneria13.