CN112097980B - 剪力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪力测量装置，包括：连接板、竖向支撑模块和测量模块，所述连接板包括：第一连接板和第二连接板，所述第二连接板位于所述第一连接板的上方，所述第一连接板与所述第二连接板平行，所述竖向支撑模块设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，以支撑所述第二连接板，所述测量模块设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，所述测量装置用于测量待测剪力的大小。根据本发明实施例的剪力测量装置，不仅可以测量单向剪力，还可以测量双向剪力，而且测量精度高、结构简单、实用性强。

Description

剪力测量装置

技术领域

本发明涉及土木工程结构技术领域，尤其是涉及一种剪力测量装置。

背景技术

当前土木工程试验领域缺乏大量程，高精度和稳定性强的测剪力装置。同时在结构试验中构件通常同时承受压力与剪力，剪力测量装置需要在承受巨大压力的同时进行工作，并避免压力对剪力的测量造成影响。现有的剪力测量装置无法满足以上要求，因此有必要开发新型的大量程高精度剪力测量装置。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种剪力测量装置，所述剪力测量装置不仅可以测量单向剪力，还可以测量双向剪力，而且测量精度高、结构简单、实用性强。

根据本发明实施例的剪力测量装置包括：连接板、竖向支撑模块和测量模块，所述连接板包括：第一连接板和第二连接板，所述第二连接板位于所述第一连接板的上方，所述第一连接板与所述第二连接板平行，所述竖向支撑模块设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，以支撑所述第二连接板，所述测量模块设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，所述测量装置用于测量待测剪力的大小，其中，所述测量模块包括：测量柱、两个传力组件和两个传力件，所述测量柱的一端设于所述第一连接板朝向所述第二连接板的侧面上，所述测量柱的另一端朝向所述第二连接板延伸，所述传力组件设于所述第二连接板朝向所述第一连接板的侧面上，且两个所述传力组件关于所述测量柱的轴线对称，所述传力件的两端分别与所述测量柱和所述传力组件抵接，以使传递至所述传力组件上的剪力可以经过所述传力件传递至所述测量柱上。

根据本发明实施例的剪力测量装置，通过竖向支撑模块可以较稳定地支撑第二连接板，承受较大的竖向荷载，同时也可以较好地消耗部分剪力，以防止传递至测量模块的剪力太大而损坏测量模块。

另外，根据本发明的剪力测量装置，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明一些实施例中，所述测量模块包括：测量柱、两个第一传力组件和两个传力片，所述测量柱的一端设于所述第一连接板朝向所述第二连接板的侧面上，且所述测量柱关于所述水平中心线对称，两个所述第一传力组件沿所述第一连接板的长度方向间隔开设于所述第二连接板朝向所述第一连接板的侧面上，且两个所述第一传力组件关于所述测量柱对称，在所述测量柱的另一端朝向所述第一传力组件的侧面上形成弧形凹槽，所述传力片的两端分别与所述凹槽和所述第一传力组件可活动地抵接，以使待测量的剪力从所述第一传力组件经过所述传力片传递至所述测量柱上，从而使所述测量柱测量传递至其上的剪力，其中，所述传力杆设于所述凹槽和所述第一传力组件之间，所述传力杆的轴线方向与所述第一连接板的某一轴线方向平行。进一步地，所述第一传力组件包括：挡块、传力螺栓和两个螺母，所述挡块的一端设于所述第二连接板上，在所述挡块的另一端上形成连接孔，所述传力螺栓穿过所述连接孔后，两个所述螺母套设于所述传力螺栓上，且分别位于所述挡块的两侧，在所述传力螺栓靠近所述测量柱的一端形成螺帽，所述传力片与所述螺帽抵接。

在本发明的一些实施例中，所述测量模块包括两个，两个所述测量模块分别设于所述第一连接板和/或所述第二连接板在第一方向上的水平中心线上，以使所述剪力测量装置可测量单向剪力，从而形成单向测量构型，或者，所述测量模块包括四个，其中两个所述测量模块分别设于所述第一连接板和/或所述第二连接板在所述第一方向上的水平中心线上，其中另两个所述测量模块分别设于所述第一连接板和/或所述第二连接板在第二方向上的水平中心线上，以使所述剪力测量装置可测量双向剪力，从而形成双向测量构型，且所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

可选地，在所述单向测量构型中，在所述测量柱朝向所述传力件的侧面上形成弧形凹槽，所述传力件的一端抵接在所述凹槽内，在所述双向测量构型中，在所述测量柱朝向所述传力组件的侧面上设有第一凸起，在所述传力组件朝向所述测量柱的侧面上设有第二凸起，其中所述第一凸起与所述第二凸起在所述第一方向或所述第二方向上相对应，所述传力件的两端分别与所述第一凸起和所述第二凸起配合。

在本发明的一些实施例中，所述传力组件包括：挡块、传力螺栓和螺母，所述挡块的一端设于所述第二连接板上，在所述挡块的另一端上形成连接孔，所述传力螺栓穿过所述连接孔后，所述螺母套设于所述传力螺栓上，以紧固所述传力螺栓。

可选地，在所述单向测量构型中，所述传力组件包括两个螺母，两个所述螺母套设于所述传力螺栓上后，两个所述螺母分别位于所述挡块的两侧，在所述传力螺栓靠近所述测量柱的一端形成螺帽，所述传力件的另一端与所述螺帽抵接，在所述双向测量构型中，所述传力组件包括一个螺母，所述螺母配合在所述传力螺栓靠近所述传力件的一端，在所述传力螺栓远离所述测量柱的一端形成螺帽，所述第二凸起设于在所述传力螺栓靠近所述测量柱的一端上，所述传力件的另一端与所述第二凸起抵接。

可选地，在所述单向测量构型中，所述传力件形成为传力片，在所述双向测量构型中，所述传力件形成为传力杆，且所述传力杆的两端分别形成有内凹的球形关节接头，以使所述传力杆的两端可分别与所述第一凸起和所述第二凸起配合。

在本发明的一些实施例中，在所述单向测量构型中，所述竖向支撑模块包括多个第一竖向支撑板和多个第二竖向支撑板，多个所述第一竖向支撑板和多个所述第二竖向支撑板沿所述第二方向间隔开设于所述第一连接板上，且所述第二竖向支撑板位于两个所述测量模块之间，在所述双向测量构型中，四个所述测量模块的连线呈矩形，所述竖向支撑模块还包括多个竖向支撑柱，多个所述竖向支撑柱可拆卸地设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，且多个所述竖向支撑柱均位于矩形连线内部。

在本发明的一些实施例中，所述测量柱包括：安装部和悬臂端，所述安装部与所述悬臂端一体成型，所述安装部与所述第一连接板连接，所述悬臂端的一端与所述安装部相连，所述悬臂端的另一端朝向所述第二连接板延伸，所述传力件与所述悬臂端的另一端抵接，其中，所述安装部的水平投影面积大于所述悬臂端的水平投影面积，以使所述测量柱稳定测量传递其上的剪力。

可选地，所述剪力测量装置还包括：多个应变片，将其中两个所述应变片张贴于所述悬臂端与所述传力件抵接的其中一个侧面上，两个所述应变片测得的应变值分别为ε₁和ε₃，将其中另两个所述应变片张贴于所述悬臂端与所述传力件抵接的另一个侧面上，两个所述应变片测得的应变值分别为ε₂和ε₄，且所述应变片的长度方向与所述悬臂端的长度方向平行，以测量所述悬臂端处的应变，其中，所述应变片贴于所述悬臂端邻近所述安装部的一端上，四个所述应变片组成电桥结构，以测量所述悬臂端的应变变化量。

可选地，所述剪力F_v与ε₁、ε₃、ε₂和ε₄的关系为：F_v＝K_v(ε₁-ε₂+ε₃-ε₄)，其中比例系数K_v为常数，K_v由剪力测量装置的几何参数与所用钢材的弹性模量决定，K_v值可通过标定实验确定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的剪力测量装置的单向测量构型实施例的立体图；

图2是根据本发明实施例的的剪力测量装置的单向测量构型实施例的主视图；

图3是根据本发明实施例的的剪力测量装置的单向测量构型实施例去除第二连接板的结构示意图；

图4是沿图3的剖视图；

图5是图2中的局部放大图；

图6是根据本发明实施例的的剪力测量装置的单向测量构型实施例的测量模块的左视图；

图7是根据本发明实施例的的剪力测量装置的单向测量构型实施例的测量模块的右视图；

图8是根据本发明实施例的的剪力测量装置的的测量原理图；

图9是根据本发明实施例的的剪力测量装置的单向测量构型实施例竖向受压传力件变形后的结构示意图。

图10是根据本发明实施例的剪力测量装置的双向测量构型实施例的主视图；

图11是根据本发明实施例的剪力测量装置局部剖切后的主视图；

图12是根据本发明实施例的的剪力测量装置的双向测量构型实施例局部剖切后的俯视图；

图13是根据本发明实施例的的剪力测量装置的双向测量构型实施例的第一连接板与测量柱组装的俯视图；

图14是图10的剖视图；

图15是图12中沿B-B线的剖视图；

图16是根据本发明实施例的的剪力测量装置的双向测量构型实施例的竖向支撑柱的剖视图。

图17是根据本发明实施例的的剪力测量装置的双向测量构型实施例的测量模块的结构示意图；

图18是根据本发明实施例的的剪力测量装置的双向测量构型实施例的传力杆的正视图；

图19是沿图18中D-D线的剖视图；

图20是根据本发明实施例的的剪力测量装置的双向测量构型实施例的第一凸起或第二凸起的正视图；

图21是沿20中E-E线的剖视图。

附图标记：

剪力测量装置100；

连接板11；第一连接板111；第二连接板112；

竖向支撑模块12；第一竖向支撑板121；

第二竖向支撑板122；

竖向支撑柱123；

端板136；

连接件137；

测量模块13；测量柱131；安装部1311；悬臂端1312；

传力组件132；挡块1321；传力螺栓1322；螺母1323；

传力件133；传力片1331；传力杆1332；

第一凸起134；

第二凸起135；

应变片14。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图21描述根据本发明的剪力测量装置100。

如图1-图21所示，根据本发明的剪力测量装置100包括：连接板11、竖向支撑模块12和测量模块13。

具体地，连接板11包括：第一连接板111和第二连接板112，第二连接板112位于第一连接板111的上方，第一连接板111与第二连接板112平行，竖向支撑模块12设于第一连接板111和第二连接板112之间，以支撑第二连接板112，测量模块13设于第一连接板111和第二连接板112之间，用于测量待测剪力的大小。

例如图1-图3所示，第一连接板111位于第二连接板112的下方，多个第一竖向支撑板121固定连接在第一连接板111和第二连接板112之间，第一竖向支撑板121的两端可以分别与第一连接板111和第二连接板112焊接在一起，也可以使用固定螺栓进行固定，这里不作限制。例如图1所示，测量模块13设于第一连接板111和第二连接板112之间，且测量模块13的两端分别与第一连接板111和第二连接板112固定连接，具体地，如图4所示，测量模块13设于第一连接板111和第二连接板112的与长度方向垂直的水平中心线L1上，由此，测量模块13可以测量作用在第二连接板112上的向左、向右的剪力。同时，通过将测量模块13设于第一连接板111和第二连接板112的与长度方向垂直的水平中心线L1上，使得测量模块13所测剪力的大小与剪力方向左或向右无关，而仅与作用在第二连接板112上的剪力的大小有关。

可选地，测量模块3包括：测量柱131、两个传力组件132和两个传力件133。

具体地，测量柱131的一端设于第一连接板111朝向第二连接板112的侧面上，测量柱131的另一端朝向第二连接板112延伸，且测量柱131关于水平中心线L1对称，两个传力组件132沿第一连接板111的长度方向间隔开设于第二连接板112朝向第一连接板111的侧面上，且两个传力组件132关于测量柱131对称，传力件133的两端分别与测量柱131和传力组件132抵接，以使传递至传力组件132上的剪力可以经过传力件传132递至测量柱131上。例如图2所示，当剪力通过第二连接板112传递至传力组件132上后，传力组件132可以将该剪力经过传力件133传递至测量柱131上，从而使得测量柱131可以测量该剪力。

其中，如图4所示，测量柱131关于水平中心线L1对称，两个传力组件132分别设于测量柱131的左右两侧，而两个传力件133分别与测量柱131和传力组件132抵接，从而使得测量模块13可以测量向左的剪力，也可以测量向右的剪力，而且最终的实际测量值不会因为剪力的方向不同而产生影响。

根据本发明实施例的剪力测量装置100，通过竖向支撑模块12可以较稳定地支撑第二连接板112，承受较大的竖向荷载，同时也可以较好地消耗部分剪力，以防止传递至测量模块13的剪力太大而损坏测量模块13。

本发明的剪力测量装置100可以测量单向剪力和双向剪力，需要说明的是，单向剪力可以理解为沿前后方向或者左右方向的剪力，而双向剪力可以理解为沿前后和左右方向的剪力，由此，本发明的剪力测量装置100有一个可以测量单向剪力的实施例，以及另一个可以测量双向剪力的实施例。

下面参考图1-图9描述根据本发明实施例的剪力测量装置100可测量单向剪力的实施例。

测量模块13包括两个，两个测量模块13分别设于第一连接板111和/或第二连接板112在第一方向上的水平中心线上，以使剪力测量装置100可测量单向剪力，从而形成单向测量构型，其中第一方向为水平中心线L1的方向。

也就是说，当剪力测量装置100中包括两个测量模块13时，剪力测量装置100可以测量单向剪力，从而使得剪力测量装置100可以形成为单向测量构型。

在本发明的一些单向测量实施例中，测量模块13的数量为两个，两个测量模块13均位于水平中心线L1上，且关于第一连接板111的几何竖直中心线L2对称，如图3所示，两个测量模块13分别邻近第一连接板111的前侧面和后侧面。

在本发明的一个实施例中，如图2、图5和图9所示，传力组件132包括：挡块1321、传力螺栓1322和两个螺母1323，挡块1321的一端设于第二连接板112上，在挡块1321的另一端上形成连接孔，传力螺栓1322穿过所述连接孔后，两个螺母1323套设于传力螺栓1322上，且分别位于挡块1321的两侧，在传力螺栓1322靠近测量柱131的一端形成螺帽，传力件133与螺帽抵接。

由此，待测量的剪力可以通过第二连接板112传递至挡块1321上，然后经过挡块1321传递至传力螺栓1322上，待测量的剪力传递至传力螺栓1322上后，可以传递至螺帽上，然后再经过螺帽传递至与其相抵接的传力件133上。

此外，通过将两个螺母1323套设于传力螺栓1322上，可以使得传力螺栓1322可以紧固地与挡块1321连接在一起，防止传力螺栓1322晃动而影响对待测量的剪力的测量。

在测量柱131朝向传力件133的侧面上形成弧形凹槽，传力件133的一端抵接在凹槽内，由此，传力件133的两端分别与凹槽和传力组件132可活动地抵接，以使待测量的剪力从传力组件132经过传力件133传递至测量柱131上，从而使测量柱131测量传递至其上的剪力。

传力件133设于凹槽和传力组件132之间后，传力件133的轴线与第一连接板111和/或第二连接板112平行，也就是说，传力件133抵接在凹槽和传力组件132之间后，传力件133与凹槽接触的水平高度、传力件133与传力组件132接触的水平高度，两个水平高度相同，从而使得剪力传递至传力组件132上后可以沿水平方向经过传力件133传递至测量柱131上，而不会而在测量柱上引起竖向分力干扰测量。

例如图5-图9所示，传力件133的两端分别与凹槽和传力组件132抵接后，传力件133与第一连接板111平行，当有垂直方向的力作用在传力组件132上后，传力组件132向下活动，传力组件132向下活动时会带动传力件133的一端向下活动，而传力件133的一端向下活动，使得传力件133的另一端与凹槽形成一定的夹角，但不会脱离凹槽，从而使传力件133可以将向下的位移消耗而不引起测量柱竖向变形，从而使得轴力不会影响测量柱上额外的应变，进而可以提高剪力测量装置100的测量的精度。由于传力件133具有一定的厚度，故剪力可以经过传力件133传递至测量柱131上。

进一步地，传力件133形成为传力片1331，具体如图5所示，传力片1331的两端分别与螺帽和测量柱131抵接，且传力片1331可以相对于螺帽和测量柱131活动，使得第二连接板112上承载的重力不会对剪力产生影响。

在本发明的一些实施例中，测量柱131包括：安装部1311和悬臂端1312，安装部1311与悬臂端1312一体成型，安装部1311与第一连接板111连接，悬臂端1312的一端与安装部1311相连，悬臂端1312的另一端朝向第二连接板112延伸，传力件133与悬臂端1312的另一端抵接，其中，安装部1311的水平投影面积大于悬臂端1312的水平投影面积，以使测量柱131稳定测量传递其上的剪力。

例如图1和图2所示，测量柱131的外形大体呈倒T形，通过安装部1311的一端与第一连接板111固定连接，安装部1311的另一端与悬臂端1312相连，当待测量的剪力传递至悬臂端1312后，测量柱131不会发生倾斜。通过将安装部1311水平方向的横截面积设为大于悬臂端1312的水平方向的横截面积，一方面，可以使得安装部1311可以较牢固地与第一连接板111相连，防止较大的剪力作用在悬臂端1312后，安装部1311与第一连接板111脱离。另一方面，悬臂端1312的横截面积较小，使得较小的剪力传递至悬臂端1312后，悬臂端1312产生较大的变形，以方便测量小的剪力。

剪力测量装置100还包括：多个应变片14，如图6所示，将其中两个应变片14张贴于悬臂端1312与传力件133抵接的其中一个侧面，两个应变片14测得的应变值分别为ε₁和ε₃，如图7所示，将其中另两个应变片14张贴于悬臂端1312与传力件133抵接的另一个侧面，，两个应变片14测得的应变值分别为ε₂和ε₄，四个应变片14贴于悬臂端1312邻近安装部1311的一端上，四个应变片4组成电桥结构，以测量悬臂端1312的应变变化量。

由此，通过将四个应变片14贴于悬臂端1312邻近安装部1311的一端上，使得剪力传递至测量柱131上后，悬臂端1312可以发生弯曲变形，悬臂端1312发生弯曲变形后，使得应变片14可以测量悬臂端1312的弯曲变形量，从而可以根据应变片14测出剪力大小。如图8所示的测量原理图，即使测量柱131发生弯曲变形的力矩图，若将应变片14张贴在悬臂端1312靠近第二连接板112处，因为悬臂端1312靠近第二连接板112处的弯矩较小，悬臂端1312应变较小，测量敏感度低。若将应变片14张贴于安装部1311上，由于安装部1311的横截面积较大，使得剪力传递至测量柱131上后，安装部1311弯曲变形较小，从而使得应变片14变形较小，测量敏感度低。

可以理解的是，应变片14张贴在悬臂端1312的具体位置可以根据实际情况进行确定，这里不作具体限制。

四个应变片14发生变形后，所测的剪力F_v与ε₁、ε₃、ε₂和ε₄的关系为：F_v＝K_v(ε₁-ε₂+ε₃-ε₄)，其中比例系数K_v为常数，K_v由剪力测量装置100的几何参数与所用钢材的弹性模量决定，K_v值可通过标定实验确定，这里不限制。

可选地，应变片14的长度方向与悬臂端1312的长度方向平行，以测量悬臂端1312的应变，由此，通过将应变片14的长度方向与悬臂端1312的长度方向平行进行贴片，使得当悬臂端1312朝向左或右发生弯曲变形时，应变片14可以发生一定量的变形，从而使得应变片14可以较准确的测出悬臂端1312的变形量，进而测出剪力F_v。

竖向支撑模块12包括多个第一竖向支撑板121和多个第二竖向支撑板122，多个第一竖向支撑板121和多个第二竖向支撑板122沿第二方向分别间隔开设于第一连接板111上，且第二竖向支撑板112位于两个测量模块13之间。

也就是说，多个第一竖向支撑板121和多个第二竖向支撑板122沿第一连接板111的长度方向均匀地间隔开设置，第二竖向支撑板122的两端分别与第一连接板111和第二连接板112相连接，其中，位于两个测量模块13之间的第二竖向支撑板122与两个测量模块13间隔开设置。第二竖向支撑板122与第一竖向支撑板121的差别只在与板的长度，第二竖向支撑板122长度较短的原因是为了避免与测量模块13碰撞。

在如图4所示具体的示例中，第二竖向支撑板122包括两个，两个设于两个测量模块13之间，两个第二竖向支撑板122关于水平中心线L1对称，且第二竖向支撑板122不与任何一个测量模块13接触，以防止第二竖向支撑板122影响测量模块13测量待测量的剪力。

下面参考图10-图21描述根据本发明实施例的剪力测量装置100可测量双向剪力的实施例。

测量模块13包括四个，其中两个测量模块13分别设于第一连接板111和/或第二连接板112在第一方向上的水平中心线上，其中另两个测量模块13分别设于第一连接板111和/或第二连接板112在第二方向上的水平中心线上，以使剪力测量装置100可测量双向剪力，从而形成双向测量构型，且第一方向和第二方向相互垂直，其中第一方向为水平中心线L1的方向，第二方向为在水平面上与水平中心线L1方向垂直的方向。

其中，在双向测量构型的实施例中，第一连接部111和第二连接板112呈正方形状，而四个测量模块13分别设于所述正方形四边的中心位置处，四个测量模块13的结构相同，使得双向测量构型在第一方向和第二方向上均对称，而且双向测量构型的前后左右视图相同。

竖向支撑模块12包括多个竖向支撑柱123，且竖向支撑柱123在第一连接板111中心均匀地设置，两端分别与第一连接板111和第二连接板112连接；所述双向测量构型的测量模块13的两端分别与第一连接板111和第二连接板112连接，且测量模块13设于第一连接板111和/或第二连接板112的四边的中心线上。

进一步地，四个测量模块13的连线呈矩形，多个竖向支撑柱123可拆卸地设于第一连接板111和第二连接板112之间，且多个竖向支撑柱123均位于矩形连线内部，从而使得剪力测量装置100在测量双向剪力中的某一个方向的剪力时，竖向支撑柱123不会对测量产生非对称的影响，进而使得剪力测量装置100出的剪力大小不会受到剪力方向的影响。

更进一步地，第一连接部111和第二连接板112呈正方形状，四个测量模块13的连线呈正方形，多个竖向支撑柱123均位于所述正方形连线内部。

例如图10-图12所示，第一连接板111位于第二连接板112的下方，多个竖向支撑柱123固定连接在第一连接板111和第二连接板112之间，竖向支撑柱123两端的端板136分别与第一连接板111和第二连接板112使用连接件137进行固定。多个竖向支撑柱123设于第一连接板111和第二连接板112之间后，可以使得第一连接板111和第二连接板112保持平行，从而使得第二连接板112可以较稳定地承载其他结构物体，而第一连接板111可以较方便地设于其他物体或基面上。

其中，多个竖向支撑柱123在第一连接板111均匀地设置，即相邻的两个竖向支撑柱123之间的距离相同，如此不仅可以较稳定地支撑第二连接板112，同时当剪力作用在第二连接板112上后，竖向支撑柱123可以较好地消耗部分剪力，以防止传递至测量模块13的剪力太大而损坏测量模块13。

例如图10所示，测量模块13设于第一连接板111和第二连接板112之间，且测量模块13的两端分别与第一连接板111和第二连接板112固定连接，具体地，如图12所示，测量模块13设于第一连接板111和第二连接板112的四边中心上，由此，测量模块13可以测量作用在第二连接板112上的沿左右与沿前后方向的剪力，实现双向测量。

在测量柱131朝向传力组件132的侧面上设有第一凸起134，在传力组件132朝向测量柱131的侧面上设有第二凸起135，其中第一凸起134与第二凸起135在第一方向或第二方向上相对应，传力件133的两端分别与第一凸起134和第二凸起135配合。

在本发明的一些实施例中，传力件133形成为传力杆1332，且传力杆1332的两端分别形成有内凹的球形关节接头，以使传力杆1332的两端可分别与第一凸起134和第二凸起135配合，也就是说，传力杆1332的两端分别形成内凹的球形关节接头，第一凸起134和第二凸起135分别配合在两个内凹的球形关节接头内，从而使得传力杆1332可以转动，进而使得双向测量构型在测量第一方向的剪力时，设于第二方向的传力杆1332不会对剪力产生干扰。

可以理解的是，第一凸起134和第二凸起135可以形成为外凸的球形关节接头，外凸的球形关节接头可以配合在内凹的球形关节接头，且相对于内凹的球形关节接头可以转动。

可选地，传力组件132包括一个螺母1323，螺母1323配合在传力螺栓1322靠近传力件133的一端，在传力螺栓1322远离测量柱131的一端形成螺帽，第二凸起135设于在传力螺栓1322靠近测量柱131的一端上，传力件133的另一端与第二凸起135抵接。进一步地，传力杆1332的两端分别形成有内凹的球形关节接头，以使传力杆1332两端的球形关节接头可分别与第一凸起134和第二凸起135配合。

例如图14和图17所示，传力杆1332的两端分别与测量柱131上的第一凸起134和第二凸起135抵接后，传力杆1332与第二连接板112平行，当有垂直方向的力作用在传力组件132上后，具体如图15所示，传力组件132向下活动，传力组件132向下活动时会带动传力杆1332的一端向下活动，而传力杆1332的一端向下活动，使得传力杆1332的另一端与第二凸起135形成一定的夹角，但不会脱离，从而使传力杆1332可以将向下的位移消耗而不引起测量柱竖向变形，从而使得轴力不会影响测量柱上额外的应变，进而可以提高剪力测量装置100的测量的精度。

双向测量构型实施例中的测量模块13使用传力杆1332，而不是单向测量构件实施例中的传力片1331，主要原因是传力杆截面为圆形，两端为球形关节，在竖直面与水平面内均可转动，故双向测量构型实施例的第二连接板112受压竖向移动和在垂直某个测量模块13轴线的水平方向运动时，传力组件132的位移均会通过传力杆的转动而消除，不会使测量柱131发生变形，避免干扰测量模块13轴线方向上的剪力测量。相比之下单向测量构型实施例中的传力片1331只能在竖直面内转动，而不能在水平面内自由转动，不能满足双向测量的需求。

剪力测量装置100对前后方向与左右方向的剪力测量是相互独立进行。其中前后方向剪力传递至左侧面与右侧面的测量柱131之后，在左侧面与右侧面的测量柱131上产生的变化以及获得剪力数据的过程和单向测量构型中的情况相同。同理，左右方向的剪力传递至前侧面与后侧面的测量柱131之后，在前侧面与后侧面的测量柱上产生的变化以及获得剪力数据的过程和单向测量构型中的情况相同。

根据本发明实施例的剪力测量装置100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“可选地”、“进一步地”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种剪力测量装置，其特征在于，包括：

连接板，所述连接板包括：第一连接板和第二连接板，所述第二连接板位于所述第一连接板的上方，所述第一连接板与所述第二连接板平行；

竖向支撑模块，所述竖向支撑模块设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，以支撑所述第二连接板；

测量模块，所述测量模块设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，所述测量装置用于测量待测剪力的大小，其中，所述测量模块包括：

测量柱，所述测量柱的一端设于所述第一连接板朝向所述第二连接板的侧面上，所述测量柱的另一端朝向所述第二连接板延伸；

两个传力组件，所述传力组件设于所述第二连接板朝向所述第一连接板的侧面上，且两个所述传力组件关于所述测量柱的轴线对称；

两个传力件，所述传力件的两端分别与所述测量柱和所述传力组件抵接，以使传递至所述传力组件上的剪力可以经过所述传力件传递至所述测量柱上。

2.根据权利要求1所述的剪力测量装置，其特征在于，

所述测量模块包括两个，两个所述测量模块分别设于所述第一连接板和/或所述第二连接板在第一方向上的水平中心线上，以使所述剪力测量装置可测量单向剪力，从而形成单向测量构型，或者

所述测量模块包括四个，其中两个所述测量模块分别设于所述第一连接板和/或所述第二连接板在所述第一方向上的水平中心线上，其中另两个所述测量模块分别设于所述第一连接板和/或所述第二连接板在第二方向上的水平中心线上，以使所述剪力测量装置可测量双向剪力，从而形成双向测量构型，且所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

3.根据权利要求2所述的剪力测量装置，其特征在于，

在所述单向测量构型中，在所述测量柱朝向所述传力件的侧面上形成弧形凹槽，所述传力件的一端抵接在所述凹槽内；

在所述双向测量构型中，在所述测量柱朝向所述传力组件的侧面上设有第一凸起，在所述传力组件朝向所述测量柱的侧面上设有第二凸起，其中所述第一凸起与所述第二凸起在所述第一方向或所述第二方向上相对应，所述传力件的两端分别与所述第一凸起和所述第二凸起配合。

4.根据权利要求3所述的剪力测量装置，其特征在于，所述传力组件包括：挡块、传力螺栓和螺母，所述挡块的一端设于所述第二连接板上，在所述挡块的另一端上形成连接孔，所述传力螺栓穿过所述连接孔后，所述螺母套设于所述传力螺栓上，以紧固所述传力螺栓。

5.根据权利要求4所述的剪力测量装置，其特征在于，

在所述单向测量构型中，所述传力组件包括两个螺母，两个所述螺母套设于所述传力螺栓上后，两个所述螺母分别位于所述挡块的两侧，在所述传力螺栓靠近所述测量柱的一端形成螺帽，所述传力件的另一端与所述螺帽抵接；

在所述双向测量构型中，所述传力组件包括一个螺母，所述螺母配合在所述传力螺栓靠近所述传力件的一端，在所述传力螺栓远离所述测量柱的一端形成螺帽，所述第二凸起设于在所述传力螺栓靠近所述测量柱的一端上，所述传力件的另一端与所述第二凸起抵接。

6.根据权利要求3所述的剪力测量装置，其特征在于，

在所述单向测量构型中，所述传力件形成为传力片；

在所述双向测量构型中，所述传力件形成为传力杆，且所述传力杆的两端分别形成有内凹的球形关节接头，以使所述传力杆的两端可分别与所述第一凸起和所述第二凸起配合。

7.根据权利要求2所述的剪力测量装置，其特征在于，

在所述单向测量构型中，所述竖向支撑模块包括多个第一竖向支撑板和多个第二竖向支撑板，多个所述第一竖向支撑板和多个所述第二竖向支撑板沿所述第二方向间隔开设于所述第一连接板上，且所述第二竖向支撑板位于两个所述测量模块之间；

在所述双向测量构型中，四个所述测量模块的连线呈矩形，所述竖向支撑模块包括多个竖向支撑柱，多个所述竖向支撑柱可拆卸地设于所述第一连接板和所述第二连接板之间，且多个所述竖向支撑柱均位于矩形连线内部。

8.根据权利要求1所述的剪力测量装置，其特征在于，所述测量柱包括：

安装部和悬臂端，所述安装部与所述悬臂端一体成型，所述安装部与所述第一连接板连接，所述悬臂端的一端与所述安装部相连，所述悬臂端的另一端朝向所述第二连接板延伸，所述传力件与所述悬臂端的另一端抵接，其中，所述安装部的水平投影面积大于所述悬臂端的水平投影面积，以使所述测量柱稳定测量传递其上的剪力。

9.根据权利要求8所述的剪力测量装置，其特征在于，所述剪力测量装置还包括：

多个应变片，将其中两个所述应变片张贴于所述悬臂端与所述传力件抵接的其中一个侧面上，两个所述应变片测得的应变值分别为ε₁和ε₃，将其中另两个所述应变片张贴于所述悬臂端与所述传力件抵接的另一个侧面上，两个所述应变片测得的应变值分别为ε₂和ε₄，且所述应变片的长度方向与所述悬臂端的长度方向平行，以测量所述悬臂端处的应变，

其中，所述应变片贴于所述悬臂端邻近所述安装部的一端上，四个所述应变片组成电桥结构，以测量所述悬臂端的应变变化量。

10.根据权利要求8所述的剪力测量装置，其特征在于，所述剪力F_v与ε₁、ε₃、ε₂和ε₄的关系为：F_v＝K_v(ε₁-ε₂+ε₃-ε₄)，其中比例系数K_v为常数，K_v由剪力测量装置的几何参数与所用钢材的弹性模量决定，K_v值可通过标定实验确定。

Images