[發(fā)明專利]一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310394939.6
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103438855A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 吳智深;黃璜
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學;江蘇綠材谷新材料科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G01B21/22
• 分類號: G01B21/22;G01B21/32
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

1.一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀，其特征在于：所述轉(zhuǎn)角儀由一組或多組長標距應變傳感單元平行分布在底板上，并整體封裝而成；所述長標距應變傳感單元由能實現(xiàn)反應標距內(nèi)平均應變變化特征值的長標距應變傳感器組成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀，其特征在于：所述長標距應變傳感器為長標距光纖或者碳纖維應變傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀，其特征在于：所述各個待測構(gòu)件內(nèi)長標距應變傳感單元數(shù)目不大于三，長標距應變傳感單元水平間隔不小于2厘米。

4.一種如權(quán)利要求1所述的高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀的測量方法，其特征在于：所述測量方法包括以下步驟

步驟一：根據(jù)監(jiān)測對象結(jié)構(gòu)的類型和幾何尺寸，將監(jiān)測對象結(jié)構(gòu)中的各構(gòu)件劃分為長標距應變傳感單元，并布設分布式應變傳感網(wǎng)絡；

步驟二：根據(jù)傳感網(wǎng)絡測量各構(gòu)件內(nèi)長標距應變傳感單元的初始應變分布，如某一構(gòu)件內(nèi)長標距應變傳感單元數(shù)目大于1需按其在構(gòu)件內(nèi)水平位置劃分子傳感單元；

步驟三：根據(jù)各構(gòu)件內(nèi)長標距應變傳感單元內(nèi)的實測應變變化，并計算構(gòu)件端部對應的轉(zhuǎn)角；

步驟四：疊加以上步驟獲得的各構(gòu)件轉(zhuǎn)角，整合結(jié)構(gòu)內(nèi)各節(jié)點的轉(zhuǎn)角。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀的測量方法，其特征在于：在步驟二中所述的初始應變值是由長標距應變傳感器測量獲得，所述長標距應變傳感器布設時貫穿結(jié)點位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀的測量方法，其特征在于：當某一構(gòu)件內(nèi)長標距應變傳感單元數(shù)目等于一時，在步驟三中所述的轉(zhuǎn)角計算方法包括以下步驟：

步驟a：根據(jù)長標距應變傳感單元的應變變化及對應構(gòu)件的受力模型，整合構(gòu)件內(nèi)彎曲應變分布；

步驟b：根據(jù)纖維模型賦予長標距應變傳感單元端部對應截面的應變分布，并迭代計算該截面內(nèi)中性軸高度；

步驟c：根據(jù)以上步驟獲得的中性軸高度、應變分布，計算長標距應變傳感單元端部對應截面的曲率；

步驟d：根據(jù)截面內(nèi)曲率及構(gòu)件內(nèi)對應位置，疊加計算長標距應變傳感單元端部對應轉(zhuǎn)角。

7.?根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀的測量方法，其特征在于：在步驟b中所述的中性軸高度迭代計算，具體包括以下步驟：

步驟Ⅰ.在長標距應變傳感器對應的截面內(nèi)從壓縮側(cè)到張拉，以微小間隔將截面劃分為層次，并依次將所述各層假定為中性軸；

步驟Ⅱ.根據(jù)構(gòu)件受彎區(qū)應變分布，按照步驟Ⅰ假定的中性軸位置，依據(jù)平截面假定原理，賦予截面內(nèi)各層對應的應變值；

步驟Ⅲ.根據(jù)材料應力-應變本構(gòu)關系，分別計算該截面內(nèi)混凝土、鋼筋以及各種材料對應的應力；

步驟Ⅳ.根據(jù)計算獲得的應力，分別計算截面內(nèi)的壓縮側(cè)和張拉側(cè)的內(nèi)力；

步驟Ⅴ.依次重復第Ⅰ步到第Ⅳ步的循環(huán)，直至截面內(nèi)合力為零，停止循環(huán)，記錄該點對應的中性軸位置；

步驟Ⅵ.利用步驟Ⅴ獲得的中性軸位置和對應的應變，計算截面內(nèi)的曲率；

步驟Ⅶ.根據(jù)截面內(nèi)曲率和對應的位置，獲得構(gòu)件彎曲轉(zhuǎn)角。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀的測量方法，其特征在于：當某一構(gòu)件內(nèi)長標距應變傳感單元數(shù)目大于一時，在步驟三中所述的轉(zhuǎn)角計算方法包括以下步驟：

步驟a：根據(jù)各子傳感單元的應變變化及構(gòu)件組成材料本構(gòu)關系，判斷是否出現(xiàn)塑性變形；

步驟b：根據(jù)子傳感單元的幾何尺寸，計算單元結(jié)點處剛體轉(zhuǎn)角；

步驟c：根據(jù)以上步驟獲取的單元剛體轉(zhuǎn)角，按照疊加原理獲取構(gòu)件端部的轉(zhuǎn)角增量。

9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任意一項所述的一種高性能結(jié)構(gòu)動靜態(tài)轉(zhuǎn)角儀的測量方法，其特征在于：所述測量方法滿足線性的計算要求，同時滿足混凝土開裂或鋼筋屈服的非線性計算要求。