[實用新型]一種高性能結構動靜態轉角儀

有效

• 申請號: 201320544505.5
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN203489865U
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 吳智深;黃璜
• 申請（專利權）人: 東南大學;江蘇綠材谷新材料科技發展有限公司
• 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

技術領域

本實用新型涉及了一種用于土建交通結構中健康檢測和監測的技術，尤其涉及了一種基于分布式應變傳感的高性能結構動靜態轉角儀。

背景技術

隨著我國基礎建設的高速發展，結構健康監測系統及其相關技術正廣泛應用于土木工程的重大或復雜結構。受彎構件是工程結構中常見的構件之一，轉角是評價其安全性能的重要指標。目前常用的轉角測量儀器有，經緯儀，水準儀，姿態儀和電解液傾斜儀等。但因為受測量儀器內傳感元件自身擺動頻率、穩定性以及測量成本的影響，這些儀器都不適用于連續的動態監測或者大范圍的多點測量。此時，設計研究出一種可信度高的適合大型結構的轉角監測及測量方法顯得尤為重要。

目前在大型結構健康監測中，越來越多的研究側重于分布式應變測量。分布式應變測量可以通過長標距應變傳感器，進行大范圍的連續靜態和動態應變測量，來實現描述結構中局部和整體變形。但是分布式應變測量本身是一種監測應變變化的檢測手段，目前還沒有有效的通過應變來實現受彎構件轉角計算的系統和方法。

為了對大型結構中受彎構件的健康狀況實施可靠的監測和監測，需要有一種能夠有效建立分布式應變測量和轉角關系的計算方法。

發明內容

本實用新型的目的是在綜合分布式應變測量，提供一種高性能結構動靜態轉角儀及其測量方法，實現對大范圍內結構實時轉角變化的感知，實現結構彈塑性分析，以達到對結構安全性能評估的目的。

本實用新型為實現上述目的，采用如下技術方案：一種高性能結構動靜態轉角儀，所述轉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反應標距內平均應變變化特征值的長標距應變傳感器組成。

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。

所述轉角儀采用預埋或者全面張貼或者兩端張貼的方式，安裝在各個待測構件上，所述各個待測構件包含的長標距應變傳感單元數目根據測量要求及現場條件而制定。

所述各個待測構件內長標距應變傳感單元數目不大于三，長標距應變傳感單元水平間隔不小于2厘米。

所述待測構件是一種或多種材料組成的柱或梁的受彎構件。

本實用新型為實現上述目的，采用還如下技術方案：一種高性能結構動靜態轉角儀的測量方法，所述測量方法包括以下步驟：

步驟一：根據監測對象結構的類型和幾何尺寸，將監測對象結構中的各構件劃分為長標距應變傳感單元，并布設分布式應變傳感網絡；

步驟二：根據傳感網絡測量各構件內長標距應變傳感單元的初始應變分布，如某一構件內長標距應變傳感單元數目大于1需按其在構件內水平位置劃分子傳感單元；

步驟三：根據各構件內長標距應變傳感單元內的實測應變變化，并計算構件端部對應的轉角；

步驟四：疊加以上步驟獲得的各構件轉角，整合結構內各節點的轉角。

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點位置。

當某一構件內長標距應變傳感單元數目等于一時，在步驟三中所述的轉角計算方法包括以下步驟：

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

步驟b：根據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中性軸高度；

步驟c：根據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：根據截面內曲率及構件內對應位置，疊加計算長標距應變傳感單元端部對應轉角。

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從壓縮側到張拉，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.根據構件受彎區應變分布，按照步驟Ⅰ假定的中性軸位置，依據平截面假定原理，賦予截面內各層對應的應變值；

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

步驟Ⅳ.根據計算獲得的應力，分別計算截面內的壓縮側和張拉側的內力；

步驟Ⅴ.依次重復第Ⅰ步到第Ⅳ步的循環，直至截面內合力為零，停止循環，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，計算截面內的曲率；

步驟Ⅶ.根據截面內曲率和對應的位置，獲得構件彎曲轉角。