CN109708563A - 应变式结构断面错动测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应变式结构断面错动测试装置，属于土木工程领域。该装置包括固定端Ⅰ、固定端Ⅱ和小梁；所述小梁的一端固定于固定端Ⅱ，一端搭接于固定端Ⅰ上；所述固定端Ⅱ固定在断面Ⅰ的表面，所述固定端Ⅰ固定在断面Ⅱ的表面；所述小梁上设置有钢珠和应变片；所述钢珠设置在离固定端Ⅱ近边距离为l的位置，所述应片设置在离固定端Ⅱ近边距离为a的位置；当断面Ⅰ和断面Ⅱ的接触面发生错动时，位移施加点处产生位移，通过应变片处测量的截面应变值计算出断面错动位移。本发明能够精确测量两个相邻结构间的断面错动量，为工程设计提供更精准的数据。

Description

应变式结构断面错动测试装置

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种相邻结构断面错动量测试装置。

背景技术

针对结构表面由于材质、构造、接缝等各种原因造成的断面错动值测试时，常规千分表等测试装置由于自身构造及设备尺寸等原因，难以直接测量近距离两点间的错动量。此外，此类错动量一般较小，测试装置需要有较高的分辨率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应变式结构断面错动测试装置，通过量测确定截面应变，从而得到满足精度高的断面错动量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

应变式结构断面错动测试装置，包括固定端Ⅰ(1)、固定端Ⅱ(3)和小梁(7)；所述小梁(7)的一端固定于固定端Ⅱ(3，所述固定端Ⅱ(3)固定在断面Ⅰ(2)的表面，所述固定端Ⅰ(1)固定在断面Ⅱ(4)的表面；

所述小梁(7)上设置有钢珠(5)和应变片(6)；所述钢珠(5)设置在离固定端Ⅱ(3)近边距离为l的位置，提供位移施加点；所述应变片(6)设置在离固定端Ⅱ(3)近边距离为a的位置，用于测量截面应变值；

当断面Ⅰ(2)和断面Ⅱ(4)的接触面发生错动时，钢珠(5)处产生位移，通过应变片(6)处测量的截面应变值计算出断面错动位移。

进一步，所述固定端Ⅰ(1)由两个小固定端，为钢珠(5)施加位移。

固定端固定端进一步，所述固定端Ⅰ(1)和固定端Ⅱ(3)均用胶水分别固定在断面Ⅱ(4)和断面Ⅰ(2)的表面。

进一步，所述断面错动位移Δ的计算公式为：

其中，h为小梁的厚度，ε为应变测片处测量的截面应变值。

本发明的有益效果在于：本发明所述装置可以测量组合结构截面错动测量，且满足精度要求，避免了常规测量工具无法精确测量产生的误差，为工程设计中提供了精确的数据。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述测试装置结构平面图；

图2为错动量与梁端位移关系原理图；

图3为梁端位移与截面应变关系原理图；

附图标记：1-固定端Ⅰ，2-断面Ⅰ，3-固定端Ⅱ，4-断面Ⅱ，5-钢珠，6-应变片，7-小梁，71-小梁中性轴，72-小梁的挠曲线，73-小梁的横截面。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的应变式结构断面错动测试装置，包括固定端Ⅰ1、固定端Ⅱ3和小梁7；小梁7的一端固定于两个固定端3的中间，所述固定端Ⅱ3用胶水固定在断面Ⅰ2的表面，所述固定端Ⅰ1用胶水固定在断面Ⅱ4的表面；小梁7上设置有钢珠5和应变片6；所述钢珠5设置在离固定端Ⅱ3近边距离为l的位置，提供位移施加点；所述应变片6设置在离固定端Ⅱ3近边距离为a的位置，用于测量截面应变值；固定端Ⅰ1由两个小固定端，为钢珠5施加位移。

本实施例中，小固定端的大小可设置为5mm×5mm×5mm，固定端Ⅱ3的大小可设置为10mm×10mm×5mm。断面2和断面4为两种不同材质的结构；小梁7由弹簧片制成。固定端Ⅰ、Ⅱ可以选择磁铁块或者刚度较大的金属块等。

当断面Ⅰ2和断面Ⅱ4的接触面发生错动时，钢珠5处产生位移，通过应变片6处测量的截面应变值计算出断面错动位移；其具体计算方法为：

1)分析断面动量与梁端位移的关系

如图2所示，B、C为界面上的两个点，在A端固定D端施加位移的情况下，当界面发生相对错动时B、C两点的错动量Δ就等于D点的位移w，即，断面错动量与梁端位移的关系为：Δ＝w。

2)分析梁端位移与截面应变的关系

如图3所示，图3中71为梁中性轴、72为梁的挠曲线、6为应片位置、73小梁的横截面形式。将弹簧片形成的小梁一端固定一端施加一个强制位移w且对应的外力P，测得受弯区段任一点的纵向线应变，带入小梁的弯矩方程确定其方程的系数，进而求出小梁的挠度方程，用求出的挠度方程即可计算施加的位移w。

从材料力学可知，弹簧片形成的小梁任意横截面上任一点处的纵向线应变表达式：

式中：ρ为中性轴上任一点的曲率半径，y为任一点到中性轴的距离。

中性轴曲率为：

式中：为任意横截面对中性轴的惯性矩、M_(x)＝P(x-l)为小梁的弯矩方程。

将⑵带入⑴得应变计算公式：

在x＝a位置截面的应变为：

即得到外力P大小的表达式为：

从材料力学可知，弹簧片形成的小梁的挠曲线方程为：

当x＝l时，算的小梁B端的位移为：

将(5)带入(7)得到梁端位移与任意截面纵向线应变的关系为：

通过Δ＝w与式(8)得到断面错动量与任意截面线应变的关系为：

实际中为了便于测量，应该取梁上表面的应变即图3中的6位置处的应变，即将式(9)简化后为：

其中，h为小梁的厚度，ε为应变测量点处测量的截面应变值。

实施例：

将小梁7固定于两个10mm×10mm×5mm的固定端中间；将10mm×10mm×5mm的固定端用胶水固定在断面2的表面；将5mm×5mm×5mm的小固定端用胶水固定在断面4的表面。当断面2和断面4的接触面产生错动时，钢珠5位置处就会产生位移进而通过应变片6位置测量的应变值计算出位移值。

实际中小梁的长度l取1.0～2.0cm较为合适，从式(10)可以看出装置的测量精度与小梁的长度和厚度有关系。小梁的长度越大，装置的测量精度就越低，量程就越大。反之，小梁长度越小，装置的测量精度就越高，量程就越小。小梁的厚度h越大，精度越高，量程就越小，反之精度就越低量程就越大。

整个装置必须在小梁的线弹性范围内工作，应变片6位置测量的应变范围为0～1000με。实际测量时，当错动量较大精度要求低时可以将小梁的长度做的长一些；当错动量较小精度要求较高时因尽量将小梁的长度做的小一些。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.应变式结构断面错动测试装置，其特征在于，该装置包括固定端Ⅰ(1)、固定端Ⅱ(3)和小梁(7)；所述小梁(7)的一端固定于固定端Ⅱ(3)，所述固定端Ⅱ(3)固定在断面Ⅰ(2)的表面，所述固定端Ⅰ(1)固定在断面Ⅱ(4)的表面；

所述小梁(7)上设置有钢珠(5)和应变片(6)；所述钢珠(5)设置在离固定端Ⅱ(3)近边距离为l的位置，提供位移施加点；所述应变片(6)设置在离固定端Ⅱ(3)近边距离为a的位置，用于测量截面应变值；

当断面Ⅰ(2)和断面Ⅱ(4)的接触面发生错动时，钢珠(5)处产生位移，通过应变片(6)处测量的截面应变值计算出断面错动位移。

2.根据权利要求1所述的应变式结构断面错动测试装置，其特征在于，所述断面Ⅰ和断面Ⅱ分属于相互错动的不同结构。

3.根据权利要求1所述的应变式结构断面错动测试装置，其特征在于，所述固定端Ⅰ(1)和固定端Ⅱ(3)均用粘胶分别固定在断面Ⅱ(4)和断面Ⅰ(2)的表面。

4.根据权利要求1所述的应变式结构断面错动测试装置，其特征在于，所述小梁由金属簧片制成。

5.根据权利要求1所述的应变式结构断面错动测试装置，其特征在于，钢珠(5)能用其它接触式装置替代。

6.根据权利要求1所述的应变式结构断面错动测试装置，其特征在于，所述断面错动位移Δ的计算公式为：

其中，h为小梁的厚度，ε为应变片处测量的截面应变值。