CN109060557A - 树木风致扭矩与剪切弹性模量测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种测定风致树扭矩和树干剪切弹性模量方法。偏冠树木在大风作用下会产生扭裂破坏，为防止城市行道树或园林古树因此导致的对游客和行人的伤害，人们需要知道树干的抗扭刚度以及风扭矩与风速之间的关系，以便及时采取防护措施。风致树扭矩的测定，是通过如图所示在立木树干上安装一对与树干轴向成±45°角的交叉叠放的位移传感器，先在大风条件下建立最大切应变与风速之间的关系再在无风条件下通过施加偏心拉力，建立扭矩与最大切应变的关系Mn＝F·e＝g(γLT)，联立即可获得“风致树扭矩特性方程”立木剪切弹性模量测试，也是如图安装位移传感器，通过施加偏心拉力F，读取拉力为F1、F2时的剪切应变值γLT,1、γLT,2，即可计算剪切弹性模量。

Description

树木风致扭矩与剪切弹性模量测试方法
技术领域
本发明属于林木安全防护领域，涉及测量风致树扭矩和立木剪切弹性模量实验方法。
背景技术
风灾害常给森林资源和林业生产带来严重破坏，城市行道树和园林古树也会因此发生断裂而对行人和游客的生命安全造成危害。
偏冠树木受狂风作用常发生先扭裂失去整体刚度后再折断。为了评估树木抗风扭断裂破坏，需要量化风压作用在树冠上所形成的扭矩，即构建树扭矩与风速之间的关系。
风压施加在树上所形成的风扭矩会受到树冠形状和大小、树叶特征、林带高度和宽度、透风系数以及风向、风速等等诸多因素影响。之前尚无量化风致树扭矩的技术。
立木的剪切弹性模量GLT是反映树干抗扭刚度的物理参数，切应变与GLT相乘即为树木顺纹面上切应力。
树木的剪切弹性模量以往是采用小尺寸试件在实验室里测试。不仅工作量大，且由于在试件制作和实验过程中试件的含水率会减小，采用小试件测得的剪切弹性模量往往与立木的剪切弹性模量有较大的差距。
无论是量化风致树扭矩，还是测试立木弹性模量，都基于树干扭转切应变的测试技术。而在此之前，尚未见有关于如何测量树干扭转切应变的研究报道。
发明内容
本发明提出了一种构建树木风致扭矩与风速之间关系的实验方法
按照图1方式安装位移传感器和风速仪，在大风条件下采集传感器记录的数据，就可以建立树干的最大切应变与风速之间的关系：
在无风条件下，按照图2方式安装位移传感器，并对该树木侧枝上施加一个偏心距为e的水平拉力F，即可建立扭矩与最大切应变的关系：Mn＝F·e＝g(γLT)
联立这两个实验所建立的关系式，就可以得到该树木的风致扭矩特性方程，即
本发明提出了一种可在现场测量树木剪切弹性模量G的方法
在无风条件下，按照图2方式安装位移传感器，并对该树木侧枝上施加一个偏心距为e的水平拉力F。
读取拉力分别为F1、F2时所对应的切应变值γLT,1、γLT,2，连续加载-卸载6次，取后5
次的平均值，即为该树干的剪切弹性模量GLT：
与已有技术相比，本发明的有益效果如下：
所述风致扭矩特性方程具有特定性和条件唯一性。并且实验方法简单、准确，对于研究风灾害导致的树木扭转破坏有较大的帮助。
所述测量立木剪切弹性模量的方法，可以在现场直接测量立木弹性模量GLT，操作简单、方便、误差较小。
无论是量化风致树扭矩，还是测试立木剪切弹性模量，都基于测试树干扭转切应变的核心技术。
偏冠树木受大风作用树干处于弯扭复合变形，在树干外周木质部取一边长为a×a的单元体，其应力状态为如图3(a)所示的由正应力和切应力共同作用下的复合应力状态。
树干的最大剪应变γLT的求解，需要在对图3(a)所示的应力状态采用分离方法，即，将正应力和切应力共同作用下的复合应力状态(图3(a))，分解为由正应力(图3(b))和切应力(图3(c))二种单一应力状态的叠加。
当树干上的传感器按图1的方式交叉安放时，二个传感器的应变测值应是由轴向正应力和扭转切应力共同引起，即：
ε45°＝ε45°,σ+ε45°,τ
ε-45°＝ε-45°,σ+ε-45°,τ
并且：
于是：
ε#3-ε#4＝(ε45°,τ+ε45°,σ)-(ε-45°,τ+ε-45°,σ)＝ε45°,τ-ε-45°,τ＝γLT,max
即所述的最大剪应变γLT＝ε45°-ε-45°。
附图说明
图1为风实验示意图
图2为拉力试验示意图
图3为单元体在复合应力状态分解为二种单一应力状态下的应变分析示意图
具体实施方式
以下结合附图所示和具体实施方式对本发明做进一步描述。
图1所示为大风实验装置安装示意图。在大风来临前将一对位移传感器成±45°角交叉方式安装在所测树木的树干上，并在树旁再安装一个风速传感器，高度约与树冠重心高相同。传感器、风速仪都与数据采集仪相连接。
起风后，数据采集仪记录位移传感器与风速仪的信息，然后将采集的数据进行分析处理，建立树干最大切应变与风速平方的关系式：其中，树干的最大扭转切应变γLT＝ε45-ε-45°。
在随后的无风日，按照图2所示做人工拉力实验。即，在所测树木的树干上以同样方式安装的一对成±45°角交叉叠放的位移传感器。选择一较粗的侧枝，在距树干中心线的偏心距为e处系一接有力传感器的绳索，各传感器均与数据采集仪相连。
人工施加拉力F，并由数据采集仪记录力传感器与位移传感器的信息，然后对采集的数据处理分析，建立扭矩与最大切应变的关系：Mn＝F·e＝g(γLT)。其中，树干的最大扭转切应变γLT＝ε45°-ε-45°
将由上述两种实验所得到关系式消去应变参量，即可得到该树木的风致扭矩特性方程，即
图2所示的人工拉力实验，也是测试立木树干剪切弹性模量GLT实验方法。
在无风日，在所测树木的树干上以同样方式安装的一对成±45°角交叉叠放的位移传感器。选择一较粗的侧枝，在距树干中心线的偏心距为e处系一接有力传感器的绳索，各传感器均与数据采集仪相连。
采用人工葫芦或电动葫芦施加拉力F，并分别读取拉力为F1(例如100kg)、F2(例如500kg)时所对应的切应变值γLT,1、γLT,2，其中，树干的最大扭转切应变γLT＝ε45°-ε-45°。重复加载-卸载6次，取后5次的平均值代入下式计算，即为该立木树干的剪切弹性模量：

Claims (3)

1.一种树木风致扭矩测定方法，其特征是，获得风致树扭矩特性方程的实验操作过程如下：
(1)在大风来临前，在所测树木的树干上安装与树干轴向成±45°角的一对交叉叠放的位移传感器，并在树旁再安装一个风速传感器，高度约与树冠重心高相同。起风后，应用数据采集仪记录各传感器的信息数据。然后将采集的数据进行分析处理，建立树干最大切应变与风速平方的关系式：
(2)在随后的无风日，在所测树木的树干上同样安装与树干轴向成±45°角的一对交叉叠放的位移传感器。然后在较粗的侧枝上，通过绳索施加一个偏心距为e的拉力F，建立扭矩与最大切应变的关系：Mn＝F·e＝g(γLT)。
(3)将由上述两种实验所得到关系式消去应变参量，即可得到该树木的风致扭矩特性方程，即
2.一种立木树干剪切弹性模量GLT测试方法，其特征是，获得立木树干剪切弹性模量GLT的实验操作过程如下：
(1)在无风日，对所测树木的树干上按照权利要求1(1)所述的传感器安装方法，安装与树干轴向成±45°角的一对交叉叠放的位移传感器。
(2)然后在树木的较粗侧枝上，按照权利要求1(2)所述的方法，施加一个偏心距为e的拉力F。
(3)分别读取拉力为F1、F2时所对应的切应变值γLT,1、γLT,2，连续加载-卸载6次，取后5次的平均值，即为该树干的剪切弹性模量：
3.树干扭转切应变的计算方法，其特征是，偏冠树木在大风作用下树干是处于弯扭复合变形，对于按照权利要求1(1)所述的传感器按图4的方式交叉安放时，树干外周木质部的最大扭转切应变γLT＝ε45°-ε-45°。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110160892A (zh) * 2019-07-04 2019-08-23 四川大学 一种用扭转实验测量各向异性岩石变形常数的方法
CN110595914A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 长沙理工大学 一种施工压实过程中沥青混合料压实剪切特性检测方法
CN111238944A (zh) * 2019-11-01 2020-06-05 安徽农业大学 树木抗风能力监测/预测装备与方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018092A (zh) * 2012-11-28 2013-04-03 安徽农业大学 树木力学量的全量测试方法
CN106547994A (zh) * 2016-12-01 2017-03-29 哈尔滨理工大学 一种基于层合板理论的复合材料接骨板优化设计方法
CN107092747A (zh) * 2017-04-21 2017-08-25 安徽农业大学 树木风载荷测定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018092A (zh) * 2012-11-28 2013-04-03 安徽农业大学 树木力学量的全量测试方法
CN106547994A (zh) * 2016-12-01 2017-03-29 哈尔滨理工大学 一种基于层合板理论的复合材料接骨板优化设计方法
CN107092747A (zh) * 2017-04-21 2017-08-25 安徽农业大学 树木风载荷测定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴贻军 等: "风雪灾害下树木断裂机制及风险评估与防护", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊） 农业科技辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110160892A (zh) * 2019-07-04 2019-08-23 四川大学 一种用扭转实验测量各向异性岩石变形常数的方法
CN110160892B (zh) * 2019-07-04 2020-07-24 四川大学 一种用扭转实验测量各向异性岩石变形常数的方法
CN110595914A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 长沙理工大学 一种施工压实过程中沥青混合料压实剪切特性检测方法
CN110595914B (zh) * 2019-09-19 2022-02-11 长沙理工大学 一种施工压实过程中沥青混合料压实剪切特性检测方法
CN111238944A (zh) * 2019-11-01 2020-06-05 安徽农业大学 树木抗风能力监测/预测装备与方法
CN111238944B (zh) * 2019-11-01 2022-06-14 安徽农业大学 树木抗风能力监测/预测装备与方法

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