CN110455647A - 剪切应变放大装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种剪切应变放大装置，属于结构工程领域。该装置包括应变片、安装片与柔性隔离块；安装片为具有两个支臂的V形板，V形板的三个端头处对应开设有安装孔Ⅰ、安装孔Ⅱ以及安装孔Ⅲ；安装片的两支臂上对应开设有左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ关于安装片的中心轴OO＇对称，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ均是由五条直线槽首尾依次连通而成的S形通槽；两个柔性隔离块对应嵌合在左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上位于中部处的直线槽内，且柔性隔离块对应将各S形通槽分隔成两个部分；应变片有四个，两两粘贴在两支臂的柔性隔离块上；四个应变片以全桥形式相连。该装置能够放大剪切应变测量结果，且具有温度、收缩徐变自补偿功能。

Description

剪切应变放大装置
技术领域
本发明属于结构工程领域，具体涉及一种剪切应变放大装置。
背景技术
利用剪切应变可以推算结构承受荷载的大小，例如通过测量桥梁腹板剪切应变变化幅值可以推算桥梁上通过的车辆荷载大小。
由于车辆通过桥梁时，桥梁在车辆荷载作用下的剪应力通常较小，测试难度较大，为了提高剪切应变的测量精度，需要对剪切应变测量进行放大处理。目前桥梁结构剪切应变主要通过应变片、振弦传感器、工具应变计布置成应变花形式来进行测量，这种方法测量出的剪切应变不能很好地分辨车辆荷载，测试效果不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种剪切应变放大装置，通过机械装置放大剪切应变的测量值，从而提高车辆荷载识别精度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种剪切应变放大装置，包括应变片，还包括安装片与柔性隔离块；
安装片为具有两个支臂且两支臂间夹角为γ的V形板，V形板的三个端头处对应开设有安装孔Ⅰ、安装孔Ⅱ以及安装孔Ⅲ，0°＜γ＜180°；安装片的两支臂上对应开设有左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ关于安装片的中心轴OO＇对称，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ均是由五条直线槽首尾依次连通而成的S形通槽；
两个柔性隔离块对应嵌合在左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上位于中部处的直线槽内，且柔性隔离块对应将各S形通槽分隔成两个部分；
应变片有四个，两两粘贴在两支臂的柔性隔离块上；四个应变片以全桥形式相连。
进一步，安装片的两支臂上对应开设有左槽口Ⅱ、左槽口Ⅲ、右槽口Ⅱ以及右槽口Ⅲ，左槽口Ⅱ、左槽口Ⅲ、右槽口Ⅱ以及右槽口Ⅲ均为一端开口的槽口；
其中，左槽口Ⅱ与左槽口Ⅲ分设在左槽口Ⅰ的两侧，右槽口Ⅱ与右槽口Ⅲ分设在右槽口Ⅰ的两侧；左槽口Ⅱ与右槽口Ⅱ关于安装片的中心轴OO＇对称且开口端位于安装片的外侧边，左槽口Ⅲ与右槽口Ⅲ关于安装片的中心轴OO＇对称且开口端位于安装片的内侧边。
进一步，柔性隔离块为截面呈矩形的橡胶块。
进一步，安装片为钢板。
进一步，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上位于中部处用于嵌合柔性隔离块的直线槽槽口宽度大于其两侧的直线槽槽口宽度。
进一步，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上各直线槽间圆弧过渡。
进一步，各应变片的两端粘贴在安装片上且中部粘贴在柔性隔离块上。
本发明的有益效果在于：
该装置结构简单，造价低廉，能够将剪切应变放大10～100倍，极大提高了荷载识别精度。应变片之间可进行相互温度补偿，能够很好地消除温度产生的不利影响，消除因温度作用造成的应变测试误差。另外，该装置还能有效消除混凝土结构材料的收缩徐变影响。
总的来说，该装置能够放大剪切应变测量结果，且具有温度、收缩徐变自补偿功能。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为剪切应变放大装置的结构示意图；
图2为应变片的连接示意图；
图3为剪切应变放大装置中线应变示意图；
图4为剪切应变放大装置在桥梁上的粘贴示意图。
附图标记：
安装片—1、柔性隔离块—2、安装孔Ⅰ—101、安装孔Ⅱ—102、安装孔Ⅲ—103、左槽口Ⅰ—104、右槽口Ⅰ—105、左槽口Ⅱ—106、左槽口Ⅲ—107、右槽口Ⅱ—108、右槽口Ⅲ—109、应变片—R1、应变片—R2、应变片—R3、应变片—R4。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图4，为一种剪切应变放大装置，包括四个应变片R1、R2、R3、R4，还包括安装片1与柔性隔离块2；
安装片1为具有两个支臂且两支臂间夹角为γ的V形板，V形板的三个端头处对应开设有安装孔Ⅰ101、安装孔Ⅱ102以及安装孔Ⅲ103，0°＜γ＜180°；安装片1的两支臂上对应开设有左槽口Ⅰ104与右槽口Ⅰ105，左槽口Ⅰ104与右槽口Ⅰ105关于安装片的中心轴OO＇对称，左槽口Ⅰ104与右槽口Ⅰ105均是由五条直线槽首尾依次连通而成的S形通槽；两个柔性隔离块2对应嵌合在左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上位于中部处的直线槽内，且柔性隔离块2对应将各S形通槽分隔成两个部分；应变片两两粘贴在两支臂的柔性隔离块上；四个应变片以全桥形式相连。
具体的，安装片1为夹角为γ的V形钢板(0°＜γ＜180°)，左槽口Ⅰ104与右槽口Ⅰ105均是由五条直线槽首尾依次连通而成，即形成一个形状的通槽，柔性隔离块2优选截面呈矩形的橡胶块，其设置在五条直线槽中左数/右数第三条直线槽内。安装孔Ⅰ101与安装孔Ⅲ103对称设置在安装片1的两支臂自由端处，安装孔Ⅱ设置在安装片的两支臂相交端且位于安装片的中心轴线OO＇上；安装片1通过穿过安装孔Ⅰ101、安装孔Ⅱ102以及安装孔Ⅲ103的连接件固定在桥梁上。应变片R1与R3的中部粘贴在左槽口Ⅰ104处的橡胶块上，两端对应粘贴在左槽口Ⅰ104处的安装片上，应变片R2与R4的中部粘贴在右槽口Ⅰ105处的橡胶块上，两端对应粘贴在右槽口Ⅰ105处的安装片上。应变片R1、R2、R3、R4通过与V形钢板相粘贴实现固定，并对应检测橡胶块的变形。
在力作用下，安装片不会产生应力，而安装片上安装孔Ⅰ101与安装孔Ⅱ102之间的距离L1(亦为安装孔Ⅰ101与安装孔Ⅱ102的孔中心距离)、安装孔Ⅲ103与安装孔Ⅱ102之间的距离L3会发生变化，既安装孔间的位移变化量，该位移变化量与橡胶块的位移变化量相同，由于应变等于相对位移除以长度，在相对位移不变的前提下，缩小长度，即可使应变变大。
作为上述方案的进一步优化，安装片1的两支臂上对应开设有左槽口Ⅱ106、左槽口Ⅲ107、右槽口Ⅱ108以及右槽口Ⅲ109，左槽口Ⅱ106、左槽口Ⅲ107、右槽口Ⅱ108以及右槽口Ⅲ109均为一端开口的槽口。其中，左槽口Ⅱ106与左槽口Ⅲ107分设在左槽口Ⅰ104的两侧，右槽口Ⅱ108与右槽口Ⅲ109分设在右槽口Ⅰ105的两侧；左槽口Ⅱ与右槽口Ⅱ关于安装片的中心轴OO＇对称且开口端朝向安装片的外侧边，左槽口Ⅲ与右槽口Ⅲ关于安装片的中心轴OO＇对称且开口端位于安装片的内侧边。在左槽口Ⅰ104、右槽口Ⅰ105的两侧再对应开设单向开口槽，可显著降低安装片1的轴向刚度，当安装片受力产生应变时，以此保证应变片的放大效果不会下降。
优选的，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上位于中部处用于嵌合柔性隔离块的直线槽槽口宽度大于其两侧的直线槽槽口宽度，便于安装柔性隔离块。
优选的，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上各直线槽间圆弧过渡。防止应力集中损坏安装片。
本方案通过测量安装孔Ⅰ101和安装孔Ⅱ102之间的线应变ε1，以及安装孔Ⅲ103和安装孔Ⅱ102之间的线应变ε2。
根据线应变与剪切应变之间的关系：
ε1＝εxcos2θ+εysin2θ+γxysinθcosθ；
ε2＝εxcos2θ+εysin2θ-γxysinθcosθ；
ε1-ε2＝2γxysinθcosθ；
γxy＝(ε1-ε2)/(2sinθcosθ)；
安装片1以中心轴OO＇竖直设置的形式固定在桥梁侧面，若安装片上支臂轴向与桥面间的夹角θ选择60°，则
γxy＝(ε1-ε2)/0.866 (1)；
ε1和ε2通过机械装置进行放大测量，其原理是将安装孔Ⅰ101和安装孔Ⅱ102之间的相对位移集中在橡胶块上，而钢材料的安装片基本不发生变形，安装孔Ⅰ101与安装孔Ⅱ102之间的距离为L1，弹性块在测量方向上的长度为L2，通常两者为10～100倍的关系，即L1＝(10～100)L2。如果安装孔1和安装孔2之间产生ΔL的相对位移，则两者之间的线应变ε1＝ΔL/L1，而通过该装置测量到的应变为ε实测＝ΔL/L2。因此可以看出ε实测是ε1的10～100倍。同理，安装孔Ⅱ102和安装孔Ⅲ103之间的线应变也可以放大10～100倍。将实测的2个线应变带入式1，则可以看出实际剪切应变也放大了10～100倍。
该方案中四个应变片组成全桥测量系统，通过应变片之间的相互温度补偿，还能够很好地消除温度产生的不利影响。
另外，该装置还能有效消除混凝土结构材料的收缩徐变影响，假设桥梁的线应变方向由于材料收缩和徐变均产生一个Δε，则根据公式1：
γxy＝((ε1+Δε)-(ε2+Δε))/0.866＝(ε1-ε2)/0.866；
由此可以判定：材料的收缩徐变对该测量装置也没有影响。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种剪切应变放大装置，包括应变片，其特征在于：还包括安装片与柔性隔离块；
安装片为具有两个支臂且两支臂间夹角为γ的V形板，V形板的三个端头处对应开设有安装孔Ⅰ、安装孔Ⅱ以及安装孔Ⅲ，0°＜γ＜180°；安装片的两支臂上对应开设有左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ关于安装片的中心轴OO＇对称，左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ均是由五条直线槽首尾依次连通而成的S形通槽；
两个柔性隔离块对应嵌合在左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上位于中部处的直线槽内，且柔性隔离块对应将各S形通槽分隔成两个部分；
应变片有四个，两两粘贴在两支臂的柔性隔离块上；四个应变片以全桥形式相连。
2.根据权利要求1所述的剪切应变放大装置，其特征在于：安装片的两支臂上对应开设有左槽口Ⅱ、左槽口Ⅲ、右槽口Ⅱ以及右槽口Ⅲ，左槽口Ⅱ、左槽口Ⅲ、右槽口Ⅱ以及右槽口Ⅲ均为一端开口的槽口；
其中，左槽口Ⅱ与左槽口Ⅲ分设在左槽口Ⅰ的两侧，右槽口Ⅱ与右槽口Ⅲ分设在右槽口Ⅰ的两侧；左槽口Ⅱ与右槽口Ⅱ关于安装片的中心轴OO＇对称且开口端位于安装片的外侧边，左槽口Ⅲ与右槽口Ⅲ关于安装片的中心轴OO＇对称且开口端位于安装片的内侧边。
3.根据权利要求1～2任一所述的剪切应变放大装置，其特征在于：柔性隔离块为截面呈矩形的橡胶块。
4.根据权利要求3所述的剪切应变放大装置，其特征在于：安装片为钢板。
5.根据权利要求3所述的剪切应变放大装置，其特征在于：左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上位于中部处用于嵌合柔性隔离块的直线槽槽口宽度大于其两侧的直线槽槽口宽度。
6.根据权利要求3所述的剪切应变放大装置，其特征在于：左槽口Ⅰ与右槽口Ⅰ上各直线槽间圆弧过渡。
7.根据权利要求3所述的剪切应变放大装置，其特征在于：各应变片的两端粘贴在安装片上且中部粘贴在柔性隔离块上。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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