[發(fā)明專利]一種應(yīng)變式結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角傳感器及其標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410064371.6
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103791827A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳再現(xiàn);韓光;方韜;陳家輝;王瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 王元生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，具體的說是一種應(yīng)變式結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角傳感器及其標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

?地震是對人類威脅最大的自然災(zāi)害之一，尤其是近年來地殼進入了活躍期，國內(nèi)外發(fā)生多次大地震，如2008年汶川8.0級地震，2010年青海玉樹7.1級地震、海地太子港7.3級地震、智利8.8級地震，2011年日本9.0級地震等造成了大量的人員傷亡及財產(chǎn)損失，其中各類建筑物、構(gòu)筑物的破壞和倒塌，是造成人員傷亡及直接經(jīng)濟損失的最主要原因。因此，我們必須采取有效的措施來提高我們房屋結(jié)構(gòu)的安全性，這就要求我們有效的把握結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力，結(jié)構(gòu)試驗和健康監(jiān)測是目前把握結(jié)構(gòu)抗震性能的有效手段。然而，上述兩種手段均需要獲得大量的結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)以更精確的把握結(jié)構(gòu)性能。目前，土木結(jié)構(gòu)位移、速度、加速度以及應(yīng)變等參數(shù)的采集有大量的傳感器可以選用，而對于結(jié)構(gòu)截面轉(zhuǎn)角的測量儀器還很少，且大部分需要安裝在所測試截面上，限制了結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角的測試。孫偉等（基于DICM的鋼管混凝土框架梁柱連接的轉(zhuǎn)角測量與分析研究，第25卷第8期?Vol.25?No.8，工程力學(xué)）采用數(shù)字圖像、激光等技術(shù)設(shè)計非接觸式的截面轉(zhuǎn)角傳感器，記錄相關(guān)參數(shù)后轉(zhuǎn)化成相應(yīng)截面轉(zhuǎn)角，這種方式所用儀器價格很高，且處理手段復(fù)雜，很難實時實現(xiàn)與計算機的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸。此外，在汽車制造業(yè)和機器人領(lǐng)域有大量的角度測量傳感器（如“一種水平角度傳感器”，申請?zhí)?0122064735.1），但是這些傳感器設(shè)計復(fù)雜、制作成本高，很難直接應(yīng)用的土木工程領(lǐng)域內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)價格昂貴、操作安裝復(fù)雜、不能應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角測試的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，拆卸方便，安裝可靠、穩(wěn)定，成本低的應(yīng)變式結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角傳感器及其標(biāo)定方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)解決方案是：一種應(yīng)變式結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于：其包括扁梁、固定端連接塊、自由端連接體；所述扁梁一端為平面固定端，另一端為圓柱形自由端，扁梁中間主體上粘貼有若干單軸應(yīng)變片；所述扁梁固定端通過螺栓與固定端連接塊連接固定，扁梁自由端通過滾軸與自由端連接體活動連接；所述固定端連接塊、自由端連接體分別與結(jié)構(gòu)內(nèi)部所測試截面兩側(cè)的預(yù)埋件固定連接；通過記錄所測試截面處扁梁上單軸應(yīng)變片的應(yīng)變輸出值，根據(jù)標(biāo)定的校核系數(shù)k，即可得到所測試截面上的轉(zhuǎn)角。

本發(fā)明所述扁梁為等強度梁，其截面寬度隨截面距扁梁自由端的距離呈線性變化。

本發(fā)明所述扁梁中間主體上的單軸應(yīng)變片粘貼在靠近扁梁固定端的位置，沿著扁梁長度方向上下對應(yīng)各粘貼兩片，四片單軸應(yīng)變片采用惠斯登全橋接法連接。

本發(fā)明所述固定端連接塊上設(shè)有一側(cè)開口的U形槽，U形槽上下側(cè)板面上分別設(shè)有螺栓連接孔，上側(cè)板面為可彈性變形的薄鋼片。這樣通過連接螺栓連接扁梁固定端時，可保證通過U形槽有效壓緊扁梁固定端，從而實現(xiàn)與扁梁固定端的固結(jié)連接。

本發(fā)明所述自由端連接體包括有豎向滑塊、水平滑塊、十字連接件和凸環(huán)連接件，所述豎向滑塊和水平滑塊上設(shè)有滑槽；所述滾軸安裝在凸環(huán)連接件上的兩個凸環(huán)中，滾軸中間設(shè)有一通孔，扁梁圓柱形自由端穿過該通孔；所述凸環(huán)連接件通過螺栓和螺母配合可移動安裝在水平滑塊的滑槽中；所述水平滑塊一端與十字連接件上的橫梁通過螺栓連接固定，所述十字連接件通過螺栓和螺母配合可移動安裝在豎向滑塊的滑槽中。這樣可實現(xiàn)扁梁圓柱形自由端在自由端連接體上的調(diào)節(jié)移動，從而可以始終保證扁梁縱向中心線與所測試截面保持一致。

本發(fā)明上述應(yīng)變式結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角傳感器的標(biāo)定方法，其特征在于：首先通過螺栓將扁梁和固定端連接塊固定連接；隨后，將固定端連接塊固定在試驗臺座上；之后，將加載裝置安裝在扁梁自由端，同時記錄加載點距固定端的距離l；而后通過加載裝置使扁梁產(chǎn)生變形，同時測得扁梁應(yīng)變片的應(yīng)變輸出值????????????????????????????????????????????????、加載點的加載位移，根據(jù)幾何關(guān)系，將測得的加載位移轉(zhuǎn)化為截面的轉(zhuǎn)角值，取轉(zhuǎn)角值和應(yīng)變輸出值進行線性擬合，得到校核系數(shù)。本發(fā)明根據(jù)每次測得的應(yīng)變輸出值，以及標(biāo)定的校核系數(shù)，即可得到所測試截面的轉(zhuǎn)角。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，拆卸方便，安裝可靠、穩(wěn)定，成本低，是一種理想的應(yīng)變式結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面轉(zhuǎn)角傳感器及其標(biāo)定方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中固定端連接塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中扁梁的結(jié)構(gòu)示意圖。