[发明专利]一种应变式结构内部截面转角传感器及其标定方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体的说是一种应变式结构内部截面转角传感器及其标定方法。

背景技术

 地震是对人类威胁最大的自然灾害之一，尤其是近年来地壳进入了活跃期，国内外发生多次大地震，如2008年汶川8.0级地震，2010年青海玉树7.1级地震、海地太子港7.3级地震、智利8.8级地震，2011年日本9.0级地震等造成了大量的人员伤亡及财产损失，其中各类建筑物、构筑物的破坏和倒塌，是造成人员伤亡及直接经济损失的最主要原因。因此，我们必须采取有效的措施来提高我们房屋结构的安全性，这就要求我们有效的把握结构房屋的抗震能力，结构试验和健康监测是目前把握结构抗震性能的有效手段。然而，上述两种手段均需要获得大量的结构反应参数以更精确的把握结构性能。目前，土木结构位移、速度、加速度以及应变等参数的采集有大量的传感器可以选用，而对于结构截面转角的测量仪器还很少，且大部分需要安装在所测试截面上，限制了结构内部截面转角的测试。孙伟等（基于DICM的钢管混凝土框架梁柱连接的转角测量与分析研究，第25卷第8期 Vol.25 No.8，工程力学）采用数字图像、激光等技术设计非接触式的截面转角传感器，记录相关参数后转化成相应截面转角，这种方式所用仪器价格很高，且处理手段复杂，很难实时实现与计算机的数字数据传输。此外，在汽车制造业和机器人领域有大量的角度测量传感器（如“一种水平角度传感器”，申请号20122064735.1），但是这些传感器设计复杂、制作成本高，很难直接应用的土木工程领域内。

发明内容

本发明所要解决的是克服了上述现有技术价格昂贵、操作安装复杂、不能应用于土木工程领域结构内部截面转角测试的不足，提供一种结构合理，拆卸方便，安装可靠、稳定，成本低的应变式结构内部截面转角传感器及其标定方法。

本发明解决上述技术问题的技术解决方案是：一种应变式结构内部截面转角传感器，其特征在于：其包括扁梁、固定端连接块、自由端连接体；所述扁梁一端为平面固定端，另一端为圆柱形自由端，扁梁中间主体上粘贴有若干单轴应变片；所述扁梁固定端通过螺栓与固定端连接块连接固定，扁梁自由端通过滚轴与自由端连接体活动连接；所述固定端连接块、自由端连接体分别与结构内部所测试截面两侧的预埋件固定连接；通过记录所测试截面处扁梁上单轴应变片的应变输出值，根据标定的校核系数k，即可得到所测试截面上的转角。

本发明所述扁梁为等强度梁，其截面宽度随截面距扁梁自由端的距离呈线性变化。

本发明所述扁梁中间主体上的单轴应变片粘贴在靠近扁梁固定端的位置，沿着扁梁长度方向上下对应各粘贴两片，四片单轴应变片采用惠斯登全桥接法连接。

本发明所述固定端连接块上设有一侧开口的U形槽，U形槽上下侧板面上分别设有螺栓连接孔，上侧板面为可弹性变形的薄钢片。这样通过连接螺栓连接扁梁固定端时，可保证通过U形槽有效压紧扁梁固定端，从而实现与扁梁固定端的固结连接。

本发明所述自由端连接体包括有竖向滑块、水平滑块、十字连接件和凸环连接件，所述竖向滑块和水平滑块上设有滑槽；所述滚轴安装在凸环连接件上的两个凸环中，滚轴中间设有一通孔，扁梁圆柱形自由端穿过该通孔；所述凸环连接件通过螺栓和螺母配合可移动安装在水平滑块的滑槽中；所述水平滑块一端与十字连接件上的横梁通过螺栓连接固定，所述十字连接件通过螺栓和螺母配合可移动安装在竖向滑块的滑槽中。这样可实现扁梁圆柱形自由端在自由端连接体上的调节移动，从而可以始终保证扁梁纵向中心线与所测试截面保持一致。

本发明上述应变式结构内部截面转角传感器的标定方法，其特征在于：首先通过螺栓将扁梁和固定端连接块固定连接；随后，将固定端连接块固定在试验台座上；之后，将加载装置安装在扁梁自由端，同时记录加载点距固定端的距离l；而后通过加载装置使扁梁产生变形，同时测得扁梁应变片的应变输出值                                                、加载点的加载位移，根据几何关系，将测得的加载位移转化为截面的转角值，取转角值和应变输出值进行线性拟合，得到校核系数。本发明根据每次测得的应变输出值，以及标定的校核系数，即可得到所测试截面的转角。

本发明结构合理，拆卸方便，安装可靠、稳定，成本低，是一种理想的应变式结构内部截面转角传感器及其标定方法。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图。

图2为本发明中固定端连接块的结构示意图。

图3为本发明中扁梁的结构示意图。