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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5086 (2023) Citer cet article

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Visant les problèmes de faible sensibilité et de faible précision causés par le mécanisme de transfert de déplacement de trois capteurs de déplacement utilisés simultanément dans la surveillance du déplacement 3D des paliers d'isolation sismique, l'article a proposé un capteur de déplacement 3D rotatif à haute sensibilité. Le capteur ajoute des trous traversants sur la surface de la poutre en porte-à-faux de résistance égale pour former une poutre transversale, ce qui augmente la contrainte de flexion sur la surface de la poutre pour améliorer la sensibilité. En ajoutant un gyroscope et une structure de rotation mécanique, un seul capteur peut mesurer le déplacement 3D en même temps, réduisant ainsi les effets néfastes du mécanisme de transmission du déplacement sur la précision de la mesure. Le logiciel ANSYS a été utilisé pour simuler et optimiser les paramètres de taille du trou traversant du faisceau du capteur afin de déterminer la taille et l'emplacement appropriés du trou traversant. Enfin, le capteur a été développé et ses caractéristiques statiques et ses performances de mesure de déplacement dans un espace 3D statique et dynamique ont été testées sur la base des résultats de simulation. Les résultats des tests ont montré que le capteur a une sensibilité de 16,29 mV/mm et une précision de 0,9 % dans la plage de 0 à 160 mm. Ses erreurs de mesure de déplacement spatial 3D statique et dynamique sont inférieures à 2 mm, ce qui peut répondre aux exigences de précision de la mesure de déplacement 3D et de sensibilité pour la surveillance de l'état structurel des appuis d'isolation sismique.

Ces dernières années, les tremblements de terre se sont produits fréquemment. Les dégâts structurels causés aux maisons lors des tremblements de terre ont entraîné des pertes insupportables pour les populations1. Les techniques traditionnelles de protection contre les tremblements de terre sont loin de répondre aux attentes en matière de tremblements de terre2. Pour réduire fondamentalement l'apport d'énergie sismique à la structure, les ingénieurs ont déplacé leur attention de la « résistance sismique » traditionnelle vers « l'isolation sismique »3. La structure d'isolation sismique est généralement une couche d'isolation sismique flexible entre la fondation et la structure supérieure, de sorte que la fondation est dans une certaine mesure déconnectée de la structure supérieure4. De cette manière, la transmission de l'énergie sismique vers la structure supérieure peut être isolée, la fréquence d'auto-oscillation de base de la structure supérieure peut être réduite, réduisant ainsi l'impact de l'action sismique sur la structure supérieure5. En prenant les mesures d'isolation sismique, la fréquence d'auto-oscillation de la structure supérieure peut généralement être réduite de 1 à 6 Hz à 0,2 à 0,5 Hz, ce qui peut réduire considérablement l'impact des forces sismiques et résister efficacement aux catastrophes directes et secondaires générées par tremblements de terre6. L'appui d'isolation sismique est l'élément clé du système de structure d'isolation sismique. En raison des effets complexes de la charge propre et de la charge environnementale pendant la construction et l'utilisation, les dommages au système structurel s'accumuleront inévitablement, entraînant une diminution de la capacité des appuis d'isolation sismique à résister aux catastrophes naturelles7. Non seulement cela affectera l’utilisation normale de la structure de support, mais cela entraînera également certains risques pour la sécurité du bâtiment et augmentera le risque de victimes et de pertes économiques causées par le tremblement de terre8. Par conséquent, l’état de santé des appuis d’isolation sismique dans des environnements volatils est devenu le centre d’intérêt de nombreux chercheurs9. La méthode d'évaluation traditionnelle des appuis d'isolation sismique est l'évaluation manuelle, c'est-à-dire le démontage manuel des appuis d'isolation sismique à tester, puis l'évaluation de leur état de santé en fonction de leur apparence, du test de charge, etc.10. Cependant, il existe en réalité un grand nombre d’appuis d’isolation sismique dans les bâtiments techniques à grande échelle et l’environnement d’installation est complexe11. L’évaluation manuelle est non seulement longue et laborieuse, mais également coûteuse12. Avec le développement rapide de la technologie des capteurs, de la technologie de collecte d’informations et de la technologie d’analyse des tests, le système de surveillance continue et en temps réel de l’état des roulements à isolation sismique a été largement utilisé dans les ponts, les immeubles de grande hauteur, la conservation de l’eau et d’autres domaines d’ingénierie13.