一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置及方法，测量装置包括：单向应变计组，用于测量监测点处悬臂构件上下表面的应变变化；数据采集组件，用于采集各监测点的测量数据；数据处理组件，用于根据单向应变计组测量的应变变化，通过应变‑扰度法对测量数据进行处理，获得悬臂构件变形曲线。本发明专利技术可应用于建筑结构中任意形式下的悬臂结构以及隧道工程中预支锚杆及管棚等悬臂构件。本发明专利技术有效的规避了传统全站仪定点测量法及激光测距法中受视线制约的固有缺陷，并具有较高的精度，能实现结构变形的动态监控。

A Strain-based Disturbance Measuring Device and Method for Cantilever Components

The invention discloses a strain-based cantilever component disturbance measuring device and method. The measuring device includes: a unidirectional strain gauge group for measuring the strain changes on the upper and lower surfaces of cantilever components at monitoring points; a data acquisition component for collecting the measured data of each monitoring point; and a data processing component for measuring the strain changes according to the unidirectional strain gauge group and passing through the strain disturbance. The measured data are processed to obtain the deformation curve of cantilever components. The invention can be applied to any form of cantilever structure in building structure and cantilever components such as pre-supported anchors and pipe shed in tunnel engineering. The invention effectively avoids the inherent defects of the traditional total station fixed-point measurement method and the laser ranging method, which are restricted by the line of sight, and has high accuracy, and can realize the dynamic monitoring of structural deformation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置及方法
本专利技术涉及悬臂梁、锚杆与管棚等悬臂构件扰度测量领域，特别是一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置及方法。
技术介绍
在工程设计、施工以及服役过程中，对构件变形进行测量有助于准确的把握构件关键部位的受力变形状态，从而对构件变形发展趋势做出预判，确保施工过程的安全与服役阶段的可靠。因此进行准确的结构测量，是一项极为重要的工作。现阶段，测量构件变形的主要方法是采用全站仪定点测量。如中国专利技术公开号CN106500651A公开了一种结构几何变形的安全监控方法，该方法基于全站仪测量结果，经过一定的理论换算可得出不同工况下的结构变形，从而对结构变形做出预判，确保其控制在相应的安全范围内。然而，在实际施工过程中乃至到结构正常服役阶段，由于防护网、临时支撑构件、模板、堆砌物等障碍物的视线阻挡，采用全站仪法测量变形受到了极大程度的制约，难以实现对构件变形的准确测量。采用激光测距进行建筑结构的监控也是现阶段较为常用的一种监测手段，如中国专利技术公开号CN104949627A公开了一种基于激光的结构变形测量系统，该系统通过在结构表面设置若干激光头及感光棒，能够实现对结构表面变形的测量。然，激光测距法仍然无法突破障碍物遮挡的制约，且仅能够测量结构表面变形的直线距离，无法拟合出构件整体的变形状态。因此如何规避上述监测方法中固有的缺陷，创建一种适用性更广、操作简单精度良好的结构变形测量方法，已成为工程施工过程及服役状态监测中亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置及方法，解决现阶段构件变形测量无法突破障碍物遮挡制约的问题，使测量过程更为简便，同时不受工作环境的影响与制约。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置，其特征在于，包括：单向应变计组，用于测量监测点处悬臂构件上下表面的应变变化；数据采集组件，用于采集各监测点的测量数据；数据处理组件，用于根据单向应变计组测量的应变变化，通过应变-扰度法对数据采集组件所获取的测量数据进行处理，获得悬臂构件变形曲线。所述单向应变计组包括：应变计；支座，用于支撑固定应变计；信号线，用于将所述应变计与所述数据处理组件电连接。所述单向应变计组还包括保护层，包覆所述应变计、支座、信号线形成的组件。所述应变计个数为两个以上；且两个以上所述应变计均匀分布于所述保护层内，相邻两个应变计的间距为0.5m。相应地，本专利技术还提供了一种基于应变的悬臂构件扰度测量方法，包括以下步骤：1)在构件变形之前，根据悬臂构件实际尺寸，截取足够长度单向应变计组，于测点的上下表面对应布置单向应变计组，使单向应变计组对齐并密贴固结于待测悬臂构件表面，记录下应变计的初始状态；2)构件变形后，读取测点上下表面应变计的数值，并计算悬臂构件各分段的平均曲率及各测点转角；3)根据各分段的平均曲率及测点转角，采用应变-扰度换算法得到各分段的扰度增量，通过累加各分段的扰度增量得到各测点的扰度值；4)基于各测点的扰度量，拟合出构件的变形曲线。上述步骤1)中，所述单向应变计组端头与悬臂构件固支端、自由端之间的距离均小于0.5m，且悬臂构件变形后固支端处的转角、曲率及扰度为0。步骤2)中，构件各分段的平均曲率计算公式如下：其中，i＝0,1,2,…,n，εup,i和εdown,i分别为测点i处上下表面应变计所测得的应变量值，ρi-1和ρi分别为第i分段两端测点的曲率；hi为上下表面应变计的垂直距离，n为测点的数量。步骤2)中，各测点转角的计算公式如下：其中，θi-1、θi分别为第i分段两端截面的转角；li为分段的长度；悬臂构件固支端的转角为θ0＝0°。步骤3)中，测点i处扰度增量计算式如下：第m个测点处扰度值计算式如下：与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术有效的规避了传统全站仪定点测量法及激光测距法中受视线制约的固有缺陷，有较高的精度，且不受荷载分布模式的影响，能实现对结构变形动态监控。本专利技术不仅可应用于建筑结构中的悬臂梁结构，在隧道工程施工中，诸如锚杆，超前管棚等构件埋置于土体中，传统手段无法实现其变形监测，均可采用本专利技术解决上述技术难题。附图说明图1为测试梁整体结构变形示意图；图2为测试点处局部放大示意图；图3为应变曲率关系示意图。具体实施方式如图1-图2所示，本专利技术一实施例主要包括单向应变计组，用于测量监测点处悬臂构件上下表面的应变变化；数据采集组件，用于收集各监测点的测量数据；数据处理组件，通过应变-扰度法对所获取的测量数据进行处理，获得悬臂构件变形曲线。进一步的，单向应变计组由支座11、应变计12、信号线13以及保护膜14组成，应变计内嵌于支座内，支座固定于保护膜内壁。测量时根据检测构件的实际尺寸，截取足够长度的单向应变计组，将其密贴固结于待测悬臂构件表面，即可对构件变形进行监控。数据采集组件由数据线21及数据采集箱22组成，测量时通过数据线连接单向应变计组及数据箱，及时对测量数据进行收集。数据处理组件由计算机31及数据线32组成，测量时计算机通过数据线及时读取数据箱中的测量数据，并基于应变-扰度法对数据进行及时处理。针对于上述装置，本专利技术设计了一种基于应变的悬臂构件扰度测量方法，主要包括以下步骤：(1)在构件变形之前，根据悬臂构件实际尺寸，截取足够长度单向应变计组，于测点的上下表面对应布置，使其对齐并密贴固结于待测悬臂构件表面，记录下应变计的初始状态。(2)构件变形后，读取上下表面应变计的数值，并计算各分段的平均曲率及各测点转角。(3)根据各分段的平均曲率及测点转角，采用应变-扰度换算法得到各分段的扰度增量，通过累加可得到各测点的扰度值。(4)基于各测点的扰度值，拟合出构件的变形曲线。进一步的，所述步骤(1)中单向应变计组端头距悬臂构件固支端及自由端需小于0.5m，且以悬臂构件变形后固支端处的转角、曲率及扰度为0。进一步的，所述步骤(2)中测点处的曲率、平均曲率的计算公式如下：式中εup,i和εdown,i分别为其中测点i处上下应变计所测得的应变量值，ρi和ρi-1分别为第i分段两端测点的曲率，为平均曲率。进一步的，所述步骤(2)测点i处转角的递推计算公式如下：式中θi-1和θi分别为其中第i分段两端截面的转角，li为第i分段的长度。其中取悬臂构件固支端的转角为θ0＝0°。进一步的，所述步骤(3)测点i处扰度增量计算式如下：式中θi-1和θi分别为其中第i分段两端截面的转角，li为第i分段的长度。构件第m个测点的扰度值计算式为：步骤(4)中，基于各测点的扰度值，采用差值法进行变形曲线的拟合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置，其特征在于，包括：单向应变计组，用于测量监测点处悬臂构件上下表面的应变变化；数据采集组件，用于采集各监测点的测量数据；数据处理组件，用于根据单向应变计组测量的应变变化，通过应变‑扰度法对数据采集组件所获取的测量数据进行处理，获得悬臂构件变形曲线。

【技术特征摘要】
1.一种基于应变的悬臂构件扰度测量装置，其特征在于，包括：单向应变计组，用于测量监测点处悬臂构件上下表面的应变变化；数据采集组件，用于采集各监测点的测量数据；数据处理组件，用于根据单向应变计组测量的应变变化，通过应变-扰度法对数据采集组件所获取的测量数据进行处理，获得悬臂构件变形曲线。2.根据权利要求1所述的基于应变的悬臂构件扰度测量装置，其特征在于，所述单向应变计组包括：应变计(12)；支座(11)，用于支撑固定应变计(12)；信号线(13)，用于将所述应变计(12)与所述数据处理组件电连接。3.根据权利要求2所述的基于应变的悬臂构件扰度测量装置，其特征在于，所述单向应变计组还包括：保护层(14)，包覆所述应变计(12)、支座(11)、信号线(13)形成的组件。4.根据权利要求3所述的基于应变的悬臂构件扰度测量装置，其特征在于，所述应变计(12)个数为两个以上；且两个以上所述应变计(12)均匀分布于所述保护层(14)内。5.根据权利要求3所述的基于应变的悬臂构件扰度测量装置，其特征在于，相邻两个应变计(12)的间距为0.5m。6.一种基于应变的悬臂构件扰度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在构件变形之前，根据悬臂构件实际尺寸，截取足够长度单向应变计组，于测点的上下表面对应布置单向应变计组，使单向应变计组对齐并密贴固结于待测悬臂构件表面，记录下应变计的初始状态；2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷明锋，林越翔，彭立敏，施成华，朱钊辰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43