專利名稱：一種單向支座剪力測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剪力測(cè)量裝置，具體的說(shuō)是涉及一種能測(cè)量動(dòng)力過(guò)程中固端支座或鉸接支座處單向支座剪力的測(cè)量裝置，以及利用該裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，實(shí)時(shí)耦聯(lián)動(dòng)力試驗(yàn)方法得到了快速發(fā)展。實(shí)時(shí)耦聯(lián)動(dòng)力試驗(yàn)方法是一種 新型結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)方法，測(cè)量支座處水平剪力是這種實(shí)驗(yàn)方法常用的一項(xiàng)技術(shù)要求。目前， 公知的測(cè)量支座剪力的方法是應(yīng)變測(cè)量法。該方法僅適用于支座處局部應(yīng)變便于測(cè)得的彈 性桿件結(jié)構(gòu)，測(cè)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(dòng)力荷載作用下發(fā)生 變形，金屬應(yīng)變片測(cè)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(shí)際的試驗(yàn)中測(cè)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(cè)量方法適用條件有限、標(biāo)定過(guò)程太過(guò)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(cè)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量金屬棒的 應(yīng)變，計(jì)算出金屬棒的軸力求得支座剪力；加速度計(jì)置于與安裝金屬棒的頂板側(cè)面相對(duì)的 側(cè)面；金屬棒的中部貼有應(yīng)變片，應(yīng)變信號(hào)通過(guò)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(cè)量裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)量的方 法，包括以下步驟(1)將所述單向支座剪力測(cè)量裝置安裝在待測(cè)模型和原支座之間，待測(cè)模型固定 于頂板上，底板固定于原支座上；(2)通過(guò)應(yīng)變片測(cè)出金屬棒的形變量ε工，通過(guò)加速度計(jì)測(cè)出頂板的加速度a，測(cè)量 金屬棒的橫截面積A和頂板的質(zhì)量m ；(3)通過(guò)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(yùn)動(dòng)；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(gè)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(shí)所述圓形孔洞的半徑等于所述金屬棒的半徑；金屬棒穿過(guò)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(yùn)動(dòng)，通 過(guò)測(cè)量金屬棒的應(yīng)變，計(jì)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(cè)量裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)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(guò)應(yīng)變片測(cè)出金屬棒的形變量ε 2，通過(guò)加速度計(jì)測(cè)出頂板的加速度a，測(cè)量 金屬棒的橫截面積A、長(zhǎng)度1、直徑d和頂板的質(zhì)量m ；(3)通過(guò)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(yùn)動(dòng)；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(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量金屬棒的應(yīng)變，計(jì)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(cè)量裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)量的方 法與第二種技術(shù)方案的單向支座剪力測(cè)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(cè)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(guò)程，只需將該裝置安裝在模型和原支座之間，就可以測(cè)出支座處的水平剪力；測(cè)量結(jié)果 經(jīng)實(shí)際振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，最大誤差為4%，平均誤差為3%，符合實(shí)驗(yàn)精度要求；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 成本低廉，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(hào)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(jì)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提 供了一種能測(cè)量動(dòng)力過(guò)程中固端支座或鉸接支座處單向支座剪力的測(cè) 量裝置，以及利用該裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)量的方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)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(yùn)動(dòng)，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(jì)8置于與安裝金屬棒6的頂 板側(cè)面相對(duì)的側(cè)面；金屬棒6的中部貼有應(yīng)變片7，應(yīng)變信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。將所述單向支座剪力測(cè)量裝置安裝在待測(cè)模型和原支座之間，待測(cè)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(gè)方向的約束，將原支座變?yōu)榛?移支座，將測(cè)支座剪力轉(zhuǎn)化成測(cè)金屬棒6的軸力。通過(guò)應(yīng)變片7測(cè)出金屬棒6的形變量ε 1； 通過(guò)加速度計(jì)測(cè)出頂板1的加速度a，測(cè)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(yùn)動(dòng)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(guò)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(shí)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(yùn)動(dòng)；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(gè)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(shí)施例中所述圓心角取270° ； 同時(shí)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(guò)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(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量金屬棒6的應(yīng)變，計(jì)算出金屬棒6的剪力求得支座剪力。按照實(shí)施例1的方式將測(cè)量裝置與模型進(jìn)行安裝，并測(cè)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(zhǎng)度1、直徑d和頂板1的質(zhì)量m。通過(guò)公式
Fm =^— + ma + Jumg，即可得至IJ單向支座剪力卩剪2。實(shí)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(yùn)動(dòng)；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(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量金屬棒6的應(yīng)變，計(jì)算出金屬棒 6的剪力求得支座剪力。按照實(shí)施例1的方式將測(cè)量裝置與模型進(jìn)行安裝，單向支座剪力的測(cè)量及計(jì)算方 法與實(shí)施例2相同。
權(quán)利要求
一種單向支座剪力測(cè)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量金屬棒(6)的應(yīng)變，計(jì)算出金屬棒(6)的軸力求得支座剪力；加速度計(jì)(8)置于與安裝金屬棒(6)的頂板側(cè)面相對(duì)的側(cè)面；金屬棒(6)的中部貼有應(yīng)變片(7)，應(yīng)變信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2. —種單向支座剪力測(cè)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(yùn)動(dòng)；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(gè)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(shí)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(guò)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(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量金屬棒(6)的應(yīng)變，計(jì)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(cè)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(yùn)動(dòng)；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(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量金屬棒(6)的應(yīng)變，計(jì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)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(cè)量裝置安裝在待測(cè)模型和原支座之間，待測(cè)模型固定于頂板 (1)上，底板(2)固定于原支座上；通過(guò)應(yīng)變片(7)測(cè)出金屬棒(6)的形變量ε工，通過(guò)加速度計(jì)測(cè)出頂板(1)的加速度a， 測(cè)量金屬棒(6)的橫截面積A和頂板⑴的質(zhì)量m;通過(guò)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(cè)量裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)量的方法，其特征在于，包括以下步驟 安裝金屬棒(6)；通過(guò)應(yīng)變片(7)測(cè)出金屬棒(6)的形變量ε 2，通過(guò)加速度計(jì)測(cè)出頂板(1)的加速度a， 測(cè)量金屬棒(6)的橫截面積A、長(zhǎng)度1、直徑d和頂板⑴的質(zhì)量m;通過(guò)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(cè)量裝置，具體的說(shuō)是涉及一種能測(cè)量動(dòng)力過(guò)程中固端支座或鉸接支座處單向支座剪力的測(cè)量裝置，以及利用該裝置進(jìn)行單向支座剪力測(cè)量的方法。將所述單向支座剪力測(cè)量裝置安裝在待測(cè)模型和原支座之間，待測(cè)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(dòng)，相當(dāng)于去掉模型在水平單個(gè)方向的約束，將原支座變?yōu)榛浦ё?，將測(cè)支座剪力轉(zhuǎn)化成測(cè)金屬棒的軸力。本發(fā)明可以省去現(xiàn)有測(cè)量方法中標(biāo)定求得應(yīng)力應(yīng)變曲線的繁瑣過(guò)程，只需將該裝置安裝在模型和基礎(chǔ)之間，就可以測(cè)出支座處的單向水平剪力。使用方便，且成本低廉，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01L1/04GK101819075SQ20101016056
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:清華大學(xué)