專利名稱：支座水平剪力測量裝置及測量方法
技術領域：
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 接支座處支座水平剪力的測量裝置，以及利用該裝置進行支座水平剪力測量的方法。
背景技術：
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 新型結構動力試驗方法，測量支座處水平剪力是這種實驗方法常用的一項技術要求。目前，公知的測量支座水平剪力的方法是應變測量法。但該法僅適用于支座處局 部應變便于測得的彈性桿件結構，測量器材包括頂部荷載施加裝置、應變片、導線、數(shù)據(jù)采 集終端。應變片貼在支座處桿件的兩側，用導線連接到數(shù)據(jù)采集終端。第一步，標定得到 應力應變曲線對結構施加水平已知力，通過應變片測出支座處應力。采集若干組數(shù)據(jù)，擬 合得出“水平力-應變”曲線。第二步，進行實際的動力試驗，測出支座處應變，根據(jù)“水平 力_應變”曲線反求水平力，即為該方向上的水平支座剪力。另有一種單向支座剪力測量裝置，利用滑軌解除水平單向約束，通過測金屬棒的 軸力來測得水平單向的剪力，但是這種裝置的局限性在于僅能測單向剪力，測量結果是一 個標量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的應變測量方法適用條件苛刻、標定過程繁瑣，以及單向支座剪力 測量裝置僅能測量單向剪力的不足，本專利提供一種支座水平剪力測量裝置，該裝置不僅 適用于任何結構，無需標定，而且能測量水平面上的支座剪力矢量。本發(fā)明采用的技術方案為雙球形滾珠安裝在頂板和框形底板之間，一端嵌于頂 板的球形凹槽內(nèi)，另一端嵌于框形底板的球形凹槽內(nèi)；所述雙球形滾珠與所述兩個球形凹 槽的間隙填滿固態(tài)潤滑油，雙球形滾珠能使頂板在水平任意方向上小幅度自由平動，即去 掉水平面上的約束；金屬棒水平懸臂安裝，金屬棒的一端固定于框形底板的邊框上，另一端 磨平，和頂板側面接觸；加速度計置于頂板的側面；金屬棒的中部貼有應變片，應變信號通 過導線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；頂板在水平任意方向上自由平動，壓迫金屬棒使之變形，通過測 量金屬棒的應變，計算出金屬棒的軸力并得到支座水平剪力。所述框形底板邊框的每條邊上均安裝兩根金屬棒，分布在兩個正交的X方向和Y 方向上。所述金屬棒使用的材料包括鋁合金、普通碳素鋼、合金鋼。所述雙球形滾珠的數(shù)量為4個或4個以上。所述雙球形滾珠的兩個球體半徑相同，兩個球體的球心連線在兩球體相交部分的 長度為球體半徑的1/3-1/2。一種使用所述的支座水平剪力測量裝置進行支座水平剪力測量的方法，包括以下 步驟
(1)將所述支座水平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，框形底板固定于原支座上；(2)通過應變片測出金屬棒的形變量ε χ、ε y，通過加速度計測出頂板的加速度ax 和ay，測量金屬棒的橫截面積A和頂板的質量m ；(3)通過公式Fx = EA ε x+max和Fy = EA ε y+may,即得水平剪力的矢量，其中E為金 屬棒的彈性模量。所述金屬棒使用的材料包括鋁合金、普通碳素鋼、合金鋼。本發(fā)明專利的有益效果是只需將該裝置安裝在模型和基礎之間，就可以測出支 座處的水平剪力矢量，適用于任何結構，無需標定，使用方便，測量結果準確，成本低廉，市 場競爭力強。


圖1為所述支座水平剪力測量裝置的結構示意圖。圖2為雙球形滾珠在平面上的投影圖。圖中標號1-頂板；2-框形底板；3-雙球形滾珠；4-金屬棒；5-應變片；6-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支座水平剪力的測 量裝置，以及利用該裝置進行支座水平剪力測量的方法，下面結合附圖和具體實施方式
對 本發(fā)明做進一步說明。如圖1所示，4個雙球形滾珠3安裝在頂板1和框形底板2之間，雙球形滾珠3的 一端嵌于頂板1的球形凹槽內(nèi)，另一端嵌于框形底板2的球形凹槽內(nèi)；球形凹槽半徑比雙球 形滾珠3的一個球體半徑略大，兩者間隙填滿固態(tài)潤滑油；雙球形滾珠3不僅能使頂板1在 水平任意方向上小幅度自由平動，而且能夠防止頂板1在振動的過程中掀起。底板邊框2的每條邊上均安裝兩根鋁合金金屬棒4，分布在兩個正交的方向上，定 義其中一個方向為χ方向，另一個為Y方向；金屬棒4水平懸臂安裝，僅一端固定在底板邊 框2上，另一端磨平，和頂板1的側面良好接觸以傳遞壓力；金屬棒4的中部貼有應變片5， 應變信號通過導線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，加速度計6置于頂板1的側面。頂板1平動時壓迫 金屬棒4使之變形，通過測量X向和Y向金屬棒的形變，可計算金屬棒軸力來得到水平面上 支座剪力矢量。如圖2所示，所述雙球形滾珠3的兩個球體半徑相同，兩個球體的球心連線在兩球 體相交部分的長度為球體半徑的1/3。使用所述裝置進行支座水平剪力測量時，將所述支座水平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，框形底板2固定于原支座上，相當于去掉 模型在水平面上的約束，將原支座變?yōu)榛浦ё?，將測支座剪力轉化成測金屬棒4的軸力。 通過應變片5測出金屬棒4的形變量ε χ、ε y，通過加速度計測出頂板1的加速度ax和ay， 測量金屬棒4的橫截面積A和頂板1質量m。用動力平衡法計算，易得FX = EA ε x+max和 Fy = EA ε y+may ；即得水平剪力的矢量，其中E為金屬棒4的彈性模量。由于球面接觸摩擦力計算復雜，且潤滑油作用下摩擦力影響很小，可以忽略。
權利要求
一種支座水平剪力測量裝置，其特征在于，雙球形滾珠(3)安裝在頂板(1)和框形底板(2)之間，一端嵌于頂板(1)的球形凹槽內(nèi)，另一端嵌于框形底板(2)的球形凹槽內(nèi)；所述雙球形滾珠(3)與所述兩個球形凹槽的間隙填滿固態(tài)潤滑油，雙球形滾珠(3)能使頂板(1)在水平任意方向上小幅度自由平動，即去掉水平面上的約束；金屬棒(4)水平懸臂安裝，金屬棒(4)的一端固定于框形底板(2)的邊框上，另一端磨平，和頂板側面接觸；加速度計(6)置于頂板(1)的側面；金屬棒(4)的中部貼有應變片(5)，應變信號通過導線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；頂板(1)在水平任意方向上自由平動，壓迫金屬棒(4)使之變形，通過測量金屬棒(4)的應變，計算出金屬棒(4)的軸力并得到支座水平剪力。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種支座水平剪力測量裝置，其特征在于，所述框形底板(2) 邊框的每條邊上均安裝兩根金屬棒(4)，分布在兩個正交的X方向和Y方向上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種支座水平剪力測量裝置，其特征在于，所述金屬棒(4)使 用的材料包括鋁合金、普通碳素鋼、合金鋼。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種支座水平剪力測量裝置，其特征在于，所述雙球形滾珠 (3)的數(shù)量為4個或4個以上。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種支座水平剪力測量裝置，其特征在于，所述雙球形滾 珠(3)的兩個球體半徑相同，兩個球體的球心連線在兩球體相交部分的長度為球體半徑的 1/3-1/2。
6.一種使用權利要求1所述的支座水平剪力測量裝置進行支座水平剪力測量的方法， 其特征在于，包括以下步驟將所述支座水平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，框形底板(2)固定于原支座上；通過應變片(5)測出金屬棒⑷的形變量￡ x、e y，通過加速度計(6)測出頂板的加速 度ax和ay，測量金屬棒的橫截面積A和頂板的質量m ；通過公式Fx = EA e x+max和Fy = EA ￡ y+may,即得水平剪力的矢量，其中E為金屬棒⑷ 的彈性模量。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種支座水平剪力測量的方法，其特征在于，所述金屬棒(4) 使用的材料包括鋁合金、普通碳素鋼、合金鋼。
全文摘要
一種支座水平剪力測量裝置及測量方法涉及剪力測量裝置。雙球形滾珠安裝在頂板和框形底板之間，一端嵌于頂板的球形凹槽內(nèi)，另一端嵌于框形底板的球形凹槽內(nèi)，雙球形滾珠能使頂板在水平任意方向上小幅度自由平動；金屬棒水平懸臂安裝，金屬棒的一端固定于框形底板的邊框上，另一端和頂板側面接觸，其中部貼有應變片；加速度計置于頂板的側面；頂板在水平任意方向上自由平動，壓迫金屬棒使之變形，通過測量金屬棒的應變，計算出金屬棒的軸力并得到支座水平剪力。本發(fā)明能克服現(xiàn)有測量方法中標定繁瑣、僅能測單向水平剪力的不足，只需將該裝置安裝在模型和基礎之間，就可以測出支座處水平剪力矢量，適用于任何結構，無需標定，成本低廉。
文檔編號G01L1/04GK101881675SQ20101019530
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權日2010年5月31日
發(fā)明者彭曉蘭, 汪強, 王進廷, 金峰 申請人:清華大學