[发明专利]一种基于应变动态量测的大幅转角测量仪及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于土木与机械工程结构变形的实时监测的技术领域，尤其适用于在地震、爆炸等快速往复荷载作用下的角度动态测量，涉及到建筑悬挑结构端部，机械部件间转角量测装置，特别是一种基于应变动态量测的大幅转角测量仪及使用方法。

背景技术

地震、爆炸等破坏性动载作用下，部件间的转角是结构变形监测的重要参数之一，尤其在转角部位进入塑性非线性力学状态后，对于评价结构的整体安全性有着重要意义。目前，国内外角度测量领域主要应用以量角器为基础的机械式或光学角度测量仪。其中机械式角度测量仪多适用于静态或长效载荷作用下的角变位监测，往往需要在结构变形稳定后进行人工读数，不适用于地震、爆炸等短时动载情况。而光学角度测量仪结合电子读数装置，可实时报数，但一般这类仪器的结构精密，尺寸较大，造价昂贵，若在原型结构或模型试验中大量一次性采用则代价较大。现尚未见基于应变测量的角度动态变化监测仪器的报道，而应变量测技术在结构力学分析领域应用十分广泛，尤其适用于地震、爆炸等极端快速动载情况。其涉及的核心问题是如何建立应变片线变位与结构转角之间的数值关系，以及如何有效保证或大或小角度情况下的角度测量仪的量测精度。

发明内容

本发明将提供一种基于应变动态量测的大幅转角测量仪及使用方法，克服了现有机械式与光学角度测量仪结构复杂，尺寸相对较大，价格昂贵，不利于在小尺度结构或模型试验中一次性大量采用等问题；克服了现有角度测量仪主要适用于长时缓变载荷工况，不利于地震、爆炸等短时强动力条件下的结构角度变形的监测问题。

本发明的技术方案是：

由两个贴有应变片的非同心“Ω”型金属应变载片组合作为相互嵌套的弧形应变载片组，即测量的基本单元。该组应变载片通过如下方式固定在由铰链连接的相互垂直的刚性支架(简称“支架”)上：两个应变载片在两端接头位置重合，分别从支架两刚性板上引出，其中一端直接与竖向刚性板固接，另一端连接于水平向刚性板上的定向滑槽中；从应变载片形状上，一个应变载片呈1/4圆弧，两端接头处垂直于支架刚板；另一个应变载片呈3/4圆弧，两端接头处相切于支架刚板。如此可保证两个非同心应变载片外弧面内的环向变形线性无关。

于是，应变载片其中一端沿滑槽的定向位移量u_r和支架两刚性板之间的转角φ将耦合体现在各个应变片量测值(ε_i)上。在载片弹性形变范围内，满足线性叠加关系，公式如下：

ε₁＝α_u1·u_r+α_φ1·φ

ε₂＝α_u2·u_r+α_φ2·φ

进而，通过监测应变(ε_i)变化，联立求解下述二次线性方程组，可获得待测支架刚性板间转角变化值φ。