[發(fā)明專利]結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的高精度測量裝置及方法

在審

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• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN113899303A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許亮華;羅國虎;李春雷;王海波;王少華;曾新翔;高建勇;任紹成;李金偉;姜明利;王熙;瞿潔;倪馬兵;趙文俊;李紅濤;王雄飛;孫銘君;劉揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院;安徽金寨抽水蓄能有限公司
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G06F17/15
• 代理公司: 北京中和立達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11756
• 代理人: 祝妍

本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的高精度測量裝置及方法，其通過將拱形彈性基座跨設(shè)在微裂縫開裂預(yù)計位置上方，并在拱形彈性基座頂部的弧形內(nèi)壁和弧形外壁上分別對應(yīng)貼附設(shè)置第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片，從而將結(jié)構(gòu)表面微裂縫的張合產(chǎn)生的橫向動態(tài)位移變化轉(zhuǎn)化為拱形彈性基座頂部上下表面的彎曲應(yīng)變變化，通過第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片分別作為半橋電阻與應(yīng)變測量模塊電性連接組成半橋測量電路，測量得到第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片的彎曲應(yīng)變變化，即拱形彈性基座頂部的彎曲應(yīng)變變化，基于拱形彈性基座的端部位移變化與其彎曲應(yīng)變變化呈線性關(guān)系，確定拱形彈性基座的端部位移變化，即測量得到微裂縫動態(tài)位移變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的高精度測量裝置及方法。

背景技術(shù)

土木工程結(jié)構(gòu)模型或水利工程結(jié)構(gòu)模型的地震動模擬振動臺試驗是研究實(shí)際土木工程結(jié)構(gòu)或水利工程結(jié)構(gòu)抗震特性的直接有效的方法之一。結(jié)構(gòu)在地震下破壞特性，特別是結(jié)構(gòu)破壞的非線性特性是目前研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。模型結(jié)構(gòu)在振動臺的模擬地震中振動破壞的動態(tài)變化過程，特別是結(jié)構(gòu)破壞開裂后，裂隙的位移演變過程能夠有效揭示結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理。由于模型幾何比尺關(guān)系，實(shí)際結(jié)構(gòu)的開裂變化在模型表現(xiàn)只是微裂縫動態(tài)位移變化，比如大壩模型與原型的幾何比尺為1/250，如果原型出現(xiàn)2.5mm的明顯微裂縫，在模型上體現(xiàn)出來僅僅是1μm。因此這種微裂縫動態(tài)位移變化測量需要試驗的測量裝置具有非常高的靈敏度，涉及位移精度要達(dá)到百分之一或者千分之一μm級別；另外，由于測量目標(biāo)是模型結(jié)構(gòu)上微裂縫的動態(tài)位移變化，這種變化是微裂縫兩側(cè)的相對運(yùn)動，因此測量裝置必須能夠安裝在模型結(jié)構(gòu)的微裂縫兩側(cè)。由于一些土工試驗的模型結(jié)構(gòu)幾何比尺較小，加上模型材料也會偏軟偏脆，這要求測量裝置質(zhì)量要輕、尺寸要小，便于進(jìn)行粘接安裝。否則測量裝置的本身質(zhì)量對測模型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加質(zhì)量影響，或者因為模型材料太脆，較大質(zhì)量的測量裝置根本無法安裝在其表面上。

這些測量要求，使得激光位移計、常規(guī)位移計等測量裝置都無法用于這類模型結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的測量。以往模型結(jié)構(gòu)的地震動模擬振動臺試驗中對于微裂縫監(jiān)測方法是在可能發(fā)生裂隙破壞的結(jié)構(gòu)表面粘上應(yīng)變片，通過應(yīng)變片應(yīng)變變化揭示模型結(jié)構(gòu)在振動中產(chǎn)生的應(yīng)力變化。試驗過程中如果模型結(jié)構(gòu)在振動試驗中產(chǎn)生微裂紋，粘接在微裂紋表面位置的應(yīng)變片便被拉斷失效。因此，通過粘接在微裂縫處的應(yīng)變片能測量到微裂縫產(chǎn)生前應(yīng)力應(yīng)變變化。但是應(yīng)變片在模型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微裂紋產(chǎn)生后則破壞失效，微裂紋產(chǎn)生后的后續(xù)演變、擴(kuò)展變化、張合變化等一系列動態(tài)演變過程，無法繼續(xù)測量。正是由于微裂紋位移動態(tài)變化的測量十分困難，使得大多數(shù)模型結(jié)構(gòu)的振動臺試驗均未監(jiān)測獲得微裂縫開裂后的關(guān)鍵過程——而這個過程恰是最關(guān)鍵也能揭示土工結(jié)構(gòu)模型非線性破壞過程特征的試驗過程，這使得這類試驗數(shù)據(jù)無法完整地揭示結(jié)構(gòu)破壞特性，也使得試驗效果大打折扣。而這也成為模型結(jié)構(gòu)振動臺破壞試驗研究的一個瓶頸。因此，這類研究試驗中亟需有一種能夠測量微裂縫動態(tài)位移變化的高精度測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的高精度測量裝置及方法，以克服上述技術(shù)不足。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的高精度測量裝置，其包括：

拱形彈性基座；

第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片，所述第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片分別對應(yīng)貼附在所述拱形彈性基座頂部的弧形內(nèi)壁和弧形外壁上；

應(yīng)變測量模塊，所述第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片分別作為半橋電阻與應(yīng)變測量模塊電性連接組成半橋測量電路，所述應(yīng)變測量模塊用于根據(jù)半橋測量電路的輸出電壓計算所述第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片的彎曲應(yīng)變值變化量。

優(yōu)選的，所述第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片均沿拱形彈性基座的中心線對稱設(shè)置。

優(yōu)選的，所述第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片分別作為半橋電阻按半橋接線法聯(lián)入應(yīng)變測量模塊的橋路相鄰邊。

本發(fā)明還提供一種采用所述結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的高精度測量裝置進(jìn)行的結(jié)構(gòu)微裂縫動態(tài)位移的高精度測量方法，其包括如下步驟：