[发明专利]累积塑性变形测量装置

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种同时测量结构或构件在往返荷载作用下经历的累积塑性变形值和最大塑性变形值的测量装置。

背景技术

地震给人类带来极其严重的灾难，当强地震来临时，工程结构将承受地震输入的巨大能量而产生强烈的结构反应，由此造成的结构局部破坏或整体倒塌构成了地震致灾的最主要因素。我国是一个多地震的国家，破坏性地震不仅发生在板块边缘的台湾岛、青藏高原和新疆等地区，而且广泛分布于大陆内部。2008年汶川地震和2010年玉树地震都造成巨大的人员伤亡和经济损失。

传统的抗震设计采用的是延性设计方法，即在地震作用下，通过结构部分构件的提前屈服和破坏，但整体不会倒塌，依靠构件的塑性变形来耗散大部分的地震能量。对于延性构件来说(例如屈曲约束支撑)，累积塑性变形值(Cumulative Plastic Deformation，简称CPD)是衡量其使用性能、判断破坏失效、分析疲劳状况、评估使用寿命、合理维护加固等目标的重要参数，最大塑性变形值也是构件重要的延性指标，对这两个参数的测量是判断构件是否可以继续服役、是否需要更换的重要工作。

目前，通常使用电子传感器测量累积塑性变形值和最大塑性变形值，然而电子传感器有一些显著的弊端，如地震来临时可能因断电退出工作、价格高昂；而传统的机械式位移计(如百分表)，只能记录单向读数，当位移单元往返时，指示针也随之往返，且在测量变形时，不能区分构件发生的是弹性变形或是塑性变形，只能测得总变形值。因此，设计一种能够直接测量构件或结构的累积塑性变形值及最大塑性变性值的机械式位移计，将填补现有机械表式位移计的一项功能空白，具有较好的利用价值和前景。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种累积塑性变形测量装置，该测量装置属于一种机械表式位移计，能够直接测量被测物体(结构或构件)受力过程中经历的累积塑性变形值和最大塑性变性值。

技术方案：本发明的累积塑性变形测量装置，包括底盘，以及设于所述底盘上并依次传动连接的位移单元、弹性变形隔离齿轮单元、正负位移分离齿轮组、累积塑性变形指示齿轮单元和最大塑性变形指示齿轮单元，所述位移单元能够通过被测物体的变形产生正、负位移，所述弹性变形隔离齿轮单元能够实现正、负位移中弹性部分的扣除，所述正负位移分离齿轮单元能够将正、负位移转换成同向并传给所述累积塑性变形指示齿轮单元，所述累积塑性变形指示齿轮单元能够显示被测物体累积的塑性变形值；所述弹性变形隔离齿轮单元还连接有最大塑性变形指示齿轮单元，所述最大塑性变形指示齿轮单元能够显示被测物体最大的塑性变形值。

该测量装置突破了传统的使用电子传感器测量累积塑性变形值和最大塑性变形值的方法，采用巧妙的齿轮传动设计将被测物体经历往返载荷作用下的弹性变形扣除，仅保留正、负变形中的塑性部分，且实现了所有塑性变形部分的累积计数，同时也可得到被测物体经历的单次最大塑性变形值。

为了实现位移单元将被测物体的变形进行转换并产生正、负位移，所述位移单元包括滑轨、能够相对滑轨滑动的齿条，齿条的端部可连接在被测物体上。

为了实现位移单元传递的正、负位移中弹性变形部分的扣除，将位移单元与弹性变形隔离齿轮单元相连，所述弹性变形隔离齿轮单元包括主动齿轮和从动齿轮，且所述主动齿轮与齿条啮合，并通过限位机构作用于从动齿轮；所述限位机构包括分别与主动齿轮和从动齿轮套接的主动轴和从动轴，所述主动轴上设有第一拨片，所述从动轴上设有两个限位凸起，且所述第一拨片能够随着主动齿轮转动至抵消了弹性变形产生的正、负位移后，与所述限位凸起抵触并带动从动轴和从动齿轮转动。主动齿轮在齿条的位移下转动，从而带动主动轴和主动轴上的第一拨片转动，当齿条因弹性变形产生的位移量完成，第一拨片正好转动至限位凸起处并与之抵触；当齿条因塑性变形产生的位移变量开始，第一拨片拨动限位凸起从而带动从动轴和从动齿轮转动，通过在从动齿轮的从动轴上设置限位凸起，使带第一拨片的主动轴在抵触凸起前发生空转，实现测量构件变形过程中弹性部分的扣除，从而完成了抵消因弹性变形产生的位移量，继而将分离出的塑性变形传递给正负位移分离齿轮组。

为了实现弹性变形产生的正、负位移均能够被扣除，所述限位凸起设有两个，使带第一拨片的主动轴在两凸起之间发生空转，并能够从顺、逆方向带动从动轴和从动齿轮转动。为了适应不同测试物体，所述两限位凸起可移动，通过改变两凸起之间的夹角，来适应不同测试物体的弹性变形值。将两限位凸起与轴心所成夹角对应于被测物体两倍弹性变形值，当测量不同的物体时，只需更改带限位凸起的位置即可。