專利名稱：一種單向支座剪力測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剪力測量裝置，具體的說是涉及一種能測量動力過程中固端支座或鉸接支座處單向支座剪力的測量裝置，以及利用該裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方法。
背景技術(shù)：
近年來，實時耦聯(lián)動力試驗方法得到了快速發(fā)展。實時耦聯(lián)動力試驗方法是一種 新型結(jié)構(gòu)動力試驗方法，測量支座處水平剪力是這種實驗方法常用的一項技術(shù)要求。目前， 公知的測量支座剪力的方法是應(yīng)變測量法。該方法僅適用于支座處局部應(yīng)變便于測得的彈 性桿件結(jié)構(gòu)，測量器材包括頂部荷載施加裝置、金屬應(yīng)變片、導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集終端。金屬應(yīng) 變片貼在支座處桿件的兩側(cè)，用導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集終端。當(dāng)結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下發(fā)生 變形，金屬應(yīng)變片測出支座處的局部應(yīng)力，傳給數(shù)據(jù)采集終端。采集若干組數(shù)據(jù)，擬合得出 應(yīng)力應(yīng)變曲線。在實際的試驗中測出應(yīng)變，在該曲線上反求出應(yīng)力，繼而算出支座剪力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的應(yīng)變測量方法適用條件有限、標(biāo)定過程太過繁瑣、工作量大的不 足，本發(fā)明專利提供一種單向支座剪力測量裝置。本發(fā)明采用的第一種技術(shù)方案為兩根平行的線性滑軌固定在底板上，滑塊固定 在頂板的背面，且滑塊與線性滑軌配合，使頂板沿線性滑軌做水平運動，以去掉水平方向的 單向約束；承力鋼板豎直固定在底板上，且線性滑軌與承力鋼板垂直；金屬棒水平安裝，金 屬棒的兩端分別與頂板側(cè)面、承力鋼板連接，頂板沿線性滑軌水平運動，通過測量金屬棒的 應(yīng)變，計算出金屬棒的軸力求得支座剪力；加速度計置于與安裝金屬棒的頂板側(cè)面相對的 側(cè)面；金屬棒的中部貼有應(yīng)變片，應(yīng)變信號通過導(dǎo)線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使用第一種技術(shù)方案所述的單向支座剪力測量裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方 法，包括以下步驟(1)將所述單向支座剪力測量裝置安裝在待測模型和原支座之間，待測模型固定 于頂板上，底板固定于原支座上；(2)通過應(yīng)變片測出金屬棒的形變量ε工，通過加速度計測出頂板的加速度a，測量 金屬棒的橫截面積A和頂板的質(zhì)量m ；(3)通過公式Fm =EAe !+ma+μ mg，即可得到單向支座剪力Fm，其中E為金屬 棒的彈性模量，μ為滑塊與線性滑軌之間的摩擦系數(shù)。本發(fā)明的第二種技術(shù)方案為兩根平行的線性滑軌固定在底板上，滑塊固定在頂 板的背面，且滑塊與線性滑軌配合，使頂板沿線性滑軌做水平運動；承力鋼板為倒置的“L” 形，豎直固定在底板上，且線性滑軌與承力鋼板垂直；金屬棒采用豎直安裝方式，頂板靠近 承力鋼板的一側(cè)設(shè)置兩個不完整的圓形孔洞，所述圓形孔洞的圓心角大于180°且小于 330°，同時所述圓形孔洞的半徑等于所述金屬棒的半徑；金屬棒穿過頂板上的孔洞，其上 端與承力鋼板固定連接，下端與底板固定連接；金屬棒的中部一部分位于頂板的不完整圓形孔洞內(nèi)，另一部分凸出，在金屬棒凸出的部分粘貼應(yīng)變片；頂板沿線性滑軌水平運動，通 過測量金屬棒的應(yīng)變，計算出金屬棒的剪力求得支座剪力。所述頂板上不完整圓形孔洞的圓心角為240° -300°。使用第二種技術(shù)方案所述的單向支座剪力測量裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方 法，包括以下步驟(1)按上述技術(shù)方案中的記載安裝金屬棒；
(2)通過應(yīng)變片測出金屬棒的形變量ε 2，通過加速度計測出頂板的加速度a，測量 金屬棒的橫截面積A、長度1、直徑d和頂板的質(zhì)量m ；(3)通過公式 2+腿+ Wg，即可得到單向支座剪力Fm2，其中E為金 屬棒的彈性模量，μ為滑塊與線性滑軌之間的摩擦系數(shù)。本發(fā)明的第三種技術(shù)方案為兩根平行的線性滑軌固定在底板上，滑塊固定在頂 板的背面，且滑塊與線性滑軌配合，使頂板沿線性滑軌做水平運動；金屬棒豎直安裝，金屬 棒的上端固定在頂板的下表面，下端固定在底板的上表面，應(yīng)變片貼在金屬棒的底部形變 最大處；頂板沿線性滑軌水平運動，通過測量金屬棒的應(yīng)變，計算出金屬棒的剪力求得支座 剪力。使用第三種技術(shù)方案所述的單向支座剪力測量裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方 法與第二種技術(shù)方案的單向支座剪力測量方法相同以上三種技術(shù)方案中，所述頂板與底板之間還采用滾珠或滑移支座方式代替滑軌 方式，從而去掉頂板在水平方向的單向約束。以上三種技術(shù)方案中，所述金屬棒使用的材料包括鋁合金、鈦合金、銅合金、普通 碳素鋼和合金鋼。本發(fā)明專利的有益效果是該測量裝置適用于任何結(jié)構(gòu)，可以省去施荷、標(biāo)定的繁 瑣過程，只需將該裝置安裝在模型和原支座之間，就可以測出支座處的水平剪力；測量結(jié)果 經(jīng)實際振動臺實驗檢驗，最大誤差為4%，平均誤差為3%，符合實驗精度要求；結(jié)構(gòu)簡單， 成本低廉，市場競爭力強(qiáng)。


圖1為所述第一種技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為所述第二種技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為所述第二種技術(shù)方案的金屬棒與頂板接觸部位的俯視圖；圖4為所述第三種技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1-頂板；2底板；3-滑塊；4-線性滑軌；5-承力鋼板；6-金屬棒；7-應(yīng)變片；8-加 速度計。
具體實施例方式本發(fā)明提 供了一種能測量動力過程中固端支座或鉸接支座處單向支座剪力的測 量裝置，以及利用該裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方法，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施例1如圖1所示，兩根平行的線性滑軌4固定在底板2上，滑塊3固定在頂板1的背面，且滑塊3與線性滑軌4配合，使頂板1沿線性滑軌4做水平運動，以去掉水平方向的單向約 束；承力鋼板5豎直固定在底板2上，且線性滑軌4與承力鋼板5垂直；金屬棒6水平安裝， 金屬棒6的兩端分別與頂板1側(cè)面、承力鋼板5連接，加速度計8置于與安裝金屬棒6的頂 板側(cè)面相對的側(cè)面；金屬棒6的中部貼有應(yīng)變片7，應(yīng)變信號通過導(dǎo)線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。將所述單向支座剪力測量裝置安裝在待測模型和原支座之間，待測模型固定于頂 板1上，底板2固定于原支座上，相當(dāng)于去掉模型在水平單個方向的約束，將原支座變?yōu)榛?移支座，將測支座剪力轉(zhuǎn)化成測金屬棒6的軸力。通過應(yīng)變片7測出金屬棒6的形變量ε 1； 通過加速度計測出頂板1的加速度a，測量金屬棒6的橫截面積A和頂板1質(zhì)量m。由材料 力學(xué)及運動學(xué)公式得到金屬棒的軸力Fttl = EA ε ”頂板的慣性力I = ma，頂板與底板間的 摩擦力f = μ mg，則通過公式Fm = Ffi !+I+f = EA ε ^ma+μ mg,即可得到單向支座剪力F m，其中E為金屬棒6的彈性模量，μ為滑塊3與線性滑軌4之間的摩擦系數(shù)。實施例2如圖2和圖3所示，兩根平行的線性滑軌4固定在底板2上，滑塊3固定在頂板1 的背面，且滑塊3與線性滑軌4配合，使頂板1沿線性滑軌4做水平運動；承力鋼板5為倒置 的“L”形，豎直固定在底板2上，且線性滑軌4與承力鋼板5垂直。金屬棒6采用豎直安裝 方式，頂板1靠近承力鋼板5的一側(cè)設(shè)置兩個不完整的圓形孔洞，所述不完整的圓形孔洞的 圓心角大于180°且小于330°，以240° -300°為佳，在此實施例中所述圓心角取270° ； 同時所述不完整圓形孔洞的半徑等于所述金屬棒6的半徑；金屬棒6穿過頂板1上的孔洞， 其上端與承力鋼板5固定連接，下端與底板2固定連接；金屬棒6的中部一部分位于頂板1 的不完整圓形孔洞內(nèi)，另一部分凸出，在金屬棒6凸出的部分粘貼應(yīng)變片7 ；頂板1沿線性 滑軌4水平運動，通過測量金屬棒6的應(yīng)變，計算出金屬棒6的剪力求得支座剪力。按照實施例1的方式將測量裝置與模型進(jìn)行安裝，并測量金屬棒6的形變量ε 2， 頂板1的加速度a，金屬棒6的橫截面積A、長度1、直徑d和頂板1的質(zhì)量m。通過公式
Fm =^— + ma + Jumg，即可得至IJ單向支座剪力卩剪2。實施例3如圖3所示，兩根平行的線性滑軌4固定在底板2上，滑塊3固定在頂板1的背面， 且滑塊3與線性滑軌4配合，使頂板1沿線性滑軌4做水平運動；金屬棒6豎直安裝，金屬 棒6的上端固定在頂板1的下表面，下端固定在底板2的上表面，應(yīng)變片7貼在金屬棒6的 底部形變最大處；頂板1沿線性滑軌4水平運動，通過測量金屬棒6的應(yīng)變，計算出金屬棒 6的剪力求得支座剪力。按照實施例1的方式將測量裝置與模型進(jìn)行安裝，單向支座剪力的測量及計算方 法與實施例2相同。
權(quán)利要求
一種單向支座剪力測量裝置，其特征在于，兩根平行的線性滑軌(4)固定在底板(2)上，滑塊(3)固定在頂板(1)的背面，且滑塊(3)與線性滑軌(4)配合，使頂板(1)沿線性滑軌(4)做水平運動，以去掉水平方向的單向約束；承力鋼板(5)豎直固定在底板(2)上，且線性滑軌(4)與承力鋼板(5)垂直；金屬棒(6)水平安裝，金屬棒(6)的兩端分別與頂板(1)側(cè)面、承力鋼板(5)連接，頂板(1)沿線性滑軌(4)水平運動，通過測量金屬棒(6)的應(yīng)變，計算出金屬棒(6)的軸力求得支座剪力；加速度計(8)置于與安裝金屬棒(6)的頂板側(cè)面相對的側(cè)面；金屬棒(6)的中部貼有應(yīng)變片(7)，應(yīng)變信號通過導(dǎo)線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2. —種單向支座剪力測量裝置，其特征在于兩根平行的線性滑軌(4)固定在底板(2) 上，滑塊⑶固定在頂板⑴的背面，且滑塊⑶與線性滑軌⑷配合，使頂板⑴沿線性 滑軌⑷做水平運動；承力鋼板(5)為倒置的“L”形，豎直固定在底板⑵上，且線性滑軌 (4)與承力鋼板(5)垂直；金屬棒(6)采用豎直安裝方式，頂板(1)靠近承力鋼板(5)的一 側(cè)設(shè)置兩個不完整的圓形孔洞，所述不完整的圓形孔洞的圓心角大于180°且小于330°， 同時所述不完整的圓形孔洞的半徑等于所述金屬棒(6)的半徑；金屬棒(6)穿過頂板(1) 上的孔洞，其上端與承力鋼板(5)固定連接，下端與底板(2)固定連接；金屬棒(6)的中部 一部分位于頂板(1)的不完整圓形孔洞內(nèi)，另部分凸出，在金屬棒(6)凸出的部分粘貼應(yīng)變 片(7)；頂板(1)沿線性滑軌(4)水平運動，通過測量金屬棒(6)的應(yīng)變，計算出金屬棒(6) 的剪力求得支座剪力。
3. 一種單向支座剪力測量裝置，其特征在于兩根平行的線性滑軌(4)固定在底板(2) 上，滑塊⑶固定在頂板⑴的背面，且滑塊⑶與線性滑軌⑷配合，使頂板⑴沿線性 滑軌(4)做水平運動；金屬棒(6)豎直安裝，金屬棒(6)的上端固定在頂板(1)的下表面， 下端固定在底板(2)的上表面，應(yīng)變片(7)貼在金屬棒(6)的底部形變最大處；頂板(1)沿 線性滑軌(4)水平運動，通過測量金屬棒(6)的應(yīng)變，計算出金屬棒(6)的剪力求得支座剪 力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種單向支座剪力測量裝置，其特征在于所述頂板 (1)與底板(2)之間還采用滾珠或滑移支座方式代替滑軌方式，從而去掉頂板(1)在水平方 向的單向約束。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單向支座剪力測量裝置，其特征在于所述頂板(1)上 不完整圓形孔洞的圓心角為240° -300°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單向支座剪力測量裝置，其特征在于所述金屬棒(6) 使用的材料包括鋁合金、鈦合金、銅合金、普通碳素鋼和合金鋼。
7. 一種使用權(quán)利要求1所述的單向支座剪力測量裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方法， 其特征在于，包括以下步驟將所述單向支座剪力測量裝置安裝在待測模型和原支座之間，待測模型固定于頂板 (1)上，底板(2)固定于原支座上；通過應(yīng)變片(7)測出金屬棒(6)的形變量ε工，通過加速度計測出頂板(1)的加速度a， 測量金屬棒(6)的橫截面積A和頂板⑴的質(zhì)量m;通過公SFm =EAe i+ma+ymg，即可得到單向支座剪力Fm，其中E為金屬棒(6)的 彈性模量，μ為滑塊(3)與線性滑軌(4)之間的摩擦系數(shù)。
8. 一種使用權(quán)利要求2或3所述的單向支座剪力測量裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方法，其特征在于，包括以下步驟 安裝金屬棒(6)；通過應(yīng)變片(7)測出金屬棒(6)的形變量ε 2，通過加速度計測出頂板(1)的加速度a， 測量金屬棒(6)的橫截面積A、長度1、直徑d和頂板⑴的質(zhì)量m;通過公式<formula>formula see original document page 3</formula>，即可得到單向支座剪力 2，其中E為金屬棒(6)的彈性模量，μ為滑塊(3)與線性滑軌(4)之間的摩擦系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及剪力測量裝置，具體的說是涉及一種能測量動力過程中固端支座或鉸接支座處單向支座剪力的測量裝置，以及利用該裝置進(jìn)行單向支座剪力測量的方法。將所述單向支座剪力測量裝置安裝在待測模型和原支座之間，待測模型固定于頂板上，底板固定于原支座上，頂板可以沿滑軌在水平方向滑動，相當(dāng)于去掉模型在水平單個方向的約束，將原支座變?yōu)榛浦ё?，將測支座剪力轉(zhuǎn)化成測金屬棒的軸力。本發(fā)明可以省去現(xiàn)有測量方法中標(biāo)定求得應(yīng)力應(yīng)變曲線的繁瑣過程，只需將該裝置安裝在模型和基礎(chǔ)之間，就可以測出支座處的單向水平剪力。使用方便，且成本低廉，市場競爭力強(qiáng)。
文檔編號G01L1/04GK101819075SQ20101016056
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者彭曉蘭, 汪強(qiáng), 王進(jìn)廷, 金峰 申請人:清華大學(xué)