[發(fā)明專利]用于測試混凝土內(nèi)部三維應力狀態(tài)的裝置及其測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510963121.0
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105606261A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王英紅;陳之祥;李順群;鄭剛;張勛程;馮彥芳;周亞東;張彥
• 申請（專利權(quán)）人: 天津城建大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

1.一種用于測試混凝土內(nèi)部三維應力狀態(tài)的裝置，該三維測試裝置埋置于混凝土中， 并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，其特點是：該裝置包括有六個單向應力計(1)、核心基座(2)、數(shù) 據(jù)導線(3)、基座固定桿(4)，所述單向應力計(1)設(shè)置在核心基座(2)表面相互獨立的法線 方向上，且六個單向應力計(1)所測試的方向為相互獨立的異面直線，六個單向應力計的數(shù) 據(jù)導線(3)經(jīng)核心基座(2)內(nèi)部數(shù)據(jù)線孔道(6)從數(shù)據(jù)線匯總孔(7)導出后與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 相連接，基座固定桿(4)設(shè)置于核心基座(2)底面的法線方向上，形成混凝土三維應力計；通 過所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到六個單向應力計(1)的讀數(shù)，依據(jù)六個應力測試元件的軸線方向， 計算各應力計的方向余弦，根據(jù)六個應力計采集的讀數(shù)與各應力計方向余弦確定的轉(zhuǎn)換矩 陣之間的代數(shù)關(guān)系即可求得該點的常規(guī)應力狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于測試混凝土中三維應力狀態(tài)的裝置的測試方法，該方法包 括以下步驟：

1)將權(quán)利要求1所述三維應力計埋置于待測混凝土中；

2)依據(jù)六個應力測試元件的軸線方向與x、y、z三個坐標方向的夾角計算各應力計的方 向余弦；并基于所得的方向余弦根據(jù)任意方向的正應力表達式確定轉(zhuǎn)換矩陣T；

3)數(shù)據(jù)測讀，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到六個應力計的應力值讀數(shù)，即σ₁、σ₂、σ₃、σ₄、σ₅、σ₆， 表述為σ_k＝{σ₁，σ₂，σ₃，σ₄，σ₅，σ₆}^T；

4)根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣T的逆陣T^-1和步驟3)得到的六個應力值σ_k，計算出常規(guī)三維應力各分 量的數(shù)值，即由{σ_j}＝T^-1{σ_k}計算三維應力狀態(tài)，式中：σ_j＝{σ_x，σ_y，σ_z，σ_xy，σ_yz，σ_zx}^T；σ_x、σ_y、 σ_z、σ_xy、σ_yz、σ_zx分別表示待測點常規(guī)應力狀態(tài)的正應力分量和剪應力分量；

5)根據(jù)多個單向應力計(1)測試獲取的混凝土單向應力值，經(jīng)計算獲得所測點的三維 應力狀態(tài)，計算公式如下

{σ_j}＝T^-1{σ_k}(1)

式(1)中σ_j為所測點的三維應力狀態(tài)，即

σj=σxσyσzσxyσyzσzx---(2)]]>

式(1)中σ_k為單向應力計的實測值，即

σk=σ1σ2σ3σ4σ5σ6---(3)]]>

式(1)中T^-1為

T-1=1000000100000010000.50.50-10000.50.50-100.500.500-1---(4)]]>

根據(jù)式(1)結(jié)合式(4)計算出待測點常規(guī)應力狀態(tài)的三個正應力分量和三個剪應力分 量，即為一點的常規(guī)應力狀態(tài)；T為由六個單向應力計法向向量確定的矩陣，T^-1為T的逆陣。