[发明专利]用于测试混凝土内部三维应力状态的装置及其测试方法

权利要求书

1.一种用于测试混凝土内部三维应力状态的装置，该三维测试装置埋置于混凝土中， 并与数据采集系统相连接，其特点是：该装置包括有六个单向应力计(1)、核心基座(2)、数 据导线(3)、基座固定杆(4)，所述单向应力计(1)设置在核心基座(2)表面相互独立的法线 方向上，且六个单向应力计(1)所测试的方向为相互独立的异面直线，六个单向应力计的数 据导线(3)经核心基座(2)内部数据线孔道(6)从数据线汇总孔(7)导出后与数据采集系统 相连接，基座固定杆(4)设置于核心基座(2)底面的法线方向上，形成混凝土三维应力计；通 过所述数据采集系统得到六个单向应力计(1)的读数，依据六个应力测试元件的轴线方向， 计算各应力计的方向余弦，根据六个应力计采集的读数与各应力计方向余弦确定的转换矩 阵之间的代数关系即可求得该点的常规应力状态。

2.根据权利要求1所述用于测试混凝土中三维应力状态的装置的测试方法，该方法包 括以下步骤：

1)将权利要求1所述三维应力计埋置于待测混凝土中；

2)依据六个应力测试元件的轴线方向与x、y、z三个坐标方向的夹角计算各应力计的方 向余弦；并基于所得的方向余弦根据任意方向的正应力表达式确定转换矩阵T；

3)数据测读，通过数据采集系统得到六个应力计的应力值读数，即σ₁、σ₂、σ₃、σ₄、σ₅、σ₆， 表述为σ_k＝{σ₁，σ₂，σ₃，σ₄，σ₅，σ₆}^T；

4)根据转换矩阵T的逆阵T^-1和步骤3)得到的六个应力值σ_k，计算出常规三维应力各分 量的数值，即由{σ_j}＝T^-1{σ_k}计算三维应力状态，式中：σ_j＝{σ_x，σ_y，σ_z，σ_xy，σ_yz，σ_zx}^T；σ_x、σ_y、 σ_z、σ_xy、σ_yz、σ_zx分别表示待测点常规应力状态的正应力分量和剪应力分量；

5)根据多个单向应力计(1)测试获取的混凝土单向应力值，经计算获得所测点的三维 应力状态，计算公式如下

{σ_j}＝T^-1{σ_k}(1)

式(1)中σ_j为所测点的三维应力状态，即

σj=σxσyσzσxyσyzσzx---(2)]]>

式(1)中σ_k为单向应力计的实测值，即

σk=σ1σ2σ3σ4σ5σ6---(3)]]>

式(1)中T^-1为

T-1=1000000100000010000.50.50-10000.50.50-100.500.500-1---(4)]]>

根据式(1)结合式(4)计算出待测点常规应力状态的三个正应力分量和三个剪应力分 量，即为一点的常规应力状态；T为由六个单向应力计法向向量确定的矩阵，T^-1为T的逆阵。