申请/专利权人：中国建筑股份有限公司;中建工程研究院有限公司

申请日：2018-12-06

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109781319B

主分类号：G01L3/00

分类号：G01L3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.06.14#实质审查的生效;2019.05.21#公开

摘要：一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置及其测量方法，其中，弯矩测量装置包括有受弯构件、棱镜和测量仪；所述受弯构件沿其中轴线方向间隔划分有分界点，并且该分界点将受弯构件划分为至少两个弯矩监测区间；所述棱镜在每一个监测区间内沿受弯构件的下表面中轴线等间隔设置；所述测量仪布置在受弯构件下方、靠近受弯构件中间位置处。本发明解决了传统的测量方法测量结果不准确以及无法快速、自动地获得构件弯矩值的技术问题。

主权项：1.一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置，其特征在于：包括有受弯构件、棱镜3和测量仪4；所述受弯构件沿其中轴线方向间隔划分有分界点6，并且该分界点6将受弯构件划分为至少两个弯矩监测区间；所述棱镜3在每一个监测区间内沿受弯构件的下表面中轴线等间隔设置；所述测量仪4布置在受弯构件下方、靠近受弯构件中间位置处；所述受弯构件为主梁1或者次梁2或者单位板带5；所述受弯构件上相邻两个弯矩监测区间之间的分界点6为集中力大于均布荷载的位置处。

全文数据：一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置及其测量方法技术领域本发明涉及土木工程施工技术领域，特别是一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置及其测量方法。背景技术在建筑结构上，弯矩是结构构件的内力之一，弯矩的大小与结构受力和变形有关，并且关系到结构的安全。因此，针对结构构件弯矩的测量具有重要的意义。目前，能够测量构件弯矩的传感器并不多见；现在的应变传感器经常被用来测量承受荷载构件上下表面的应变，然后根据应变和弯矩之间的关系可间接推算出构件的弯矩。该法在实际工程的应用中受到了一定的限制，比如结构改造过程中对梁弯矩的测量，由于单位板带的影响，无法真正测到梁上表面的应变，造成了测量结果的不准确；另外，该方法还易受到施工现场电磁的干扰，所以非常有必要建立一种新的弯矩变化测量方法，以快速、自动地获得构件的弯矩值。发明内容本发明的目的是提供一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置及其测量方法，要解决传统的测量方法测量结果不准确以及无法快速、自动地获得构件弯矩值的技术问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置，包括有受弯构件、棱镜和测量仪；所述受弯构件沿其中轴线方向间隔划分有分界点，并且该分界点将受弯构件划分为至少两个弯矩监测区间；所述棱镜在每一个监测区间内沿受弯构件的下表面中轴线等间隔设置；所述测量仪布置在受弯构件下方、靠近受弯构件中间位置处。优选的，所述受弯构件为主梁或者次梁或者单位板带。优选的，所述受弯构件上相邻两个弯矩监测区间之间的分界点为集中力大于均布荷载的位置处。优选的，所述棱镜在每个弯矩监测区间布置至少有四个。一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置的测量方法，包括步骤如下。步骤一，对受弯构件进行分段：在集中力大于均布荷载的位置处对受弯构件划分分界点，将受弯构件分成至少两个弯矩监测区间。步骤二，在集中力作用于受弯构件之前，在受弯构件的每一个弯矩监测区间内等间距安装棱镜；其中，棱镜固定安装在受弯构件下表面中轴线上，且每个弯矩监测区间内棱镜的数量至少为四个。步骤三，在受弯构件的下方、对应受弯构件测量区域的位置处架设测量仪，使得所有棱镜都在测量仪的测量范围以内。步骤四，利用测量仪，测量出每个棱镜在弯矩平面内的初始坐标。步骤五，受弯构件在受到荷载作用之后，通过测量仪测量出每个棱镜在弯矩平面内坐标的变化值，即（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3）……（xi，yi）。步骤六，选择拉格朗日插值公式或牛顿插值公式作为受弯构件在每一个弯矩监测区间变形的函数方程；其中，拉格朗日插值公式为：，牛顿插值公式为：。步骤七，再利用曲率的数学定义和材料力学曲率相关公式，进而得到受弯构件在弹性阶段任何一点的弯矩。步骤八，受弯构件所受的荷载发生变化时，重复步骤五至步骤七过程，得到受弯构件弹性阶段弯矩的变化情况。优选的，步骤一中受弯构件包括有主梁或者次梁或者单位板带。优选的，当受弯构件为主梁时，步骤一中分界点的位置为主梁与次梁相交位置处；当受弯构件为单位板带时，分界点的位置在楼板上集中力大于均布荷载的位置处；当受弯构件为主梁时，分界点的位置在次梁和主梁相交处或者主梁区域内集中力大于均布荷载的位置。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。1、本发明的结构受弯构件弹性阶段弯矩的测量方法，可用于新建结构或者改造结构中关键构件弯矩的测量。2、本发明的技术任务是克服传统上对结构构件弯矩测量存在的不足，提供了一种使用方便、操作简单、效率高的弹性阶段弯矩变化测量方法。3、本发明是结构上受弯构件弹性阶段弯矩变化测量方法，测量时可开发自动监测系统完成对弯矩的测量，与传统方法相比具有使用方便、操作简单、测量结果科学、效率高等优点。4、本发明的技术方案是按以下方式实现的，对受弯构件根据受力情况分成若干段，在每一段均安装上若干个棱镜，利用测量机器人（超高精度全站仪）完成对分布在受弯构件上的各棱镜进行变形监测。在受弯构件划分的每一段上，根据该区域内各测点的变形值，通过拉格朗日插值法或牛顿插值法求出构件变形曲线的插值函数，再利用曲率的数学定义推算出构件的曲率变化，进而推算出受弯构件在弹性阶段时该构件内任何一点的弯矩值。附图说明下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。图1是本发明的梁弯矩测量平面示意图。图2是本发明的梁局部区间弯矩测量立面示意图。图3为单位板带弯矩测量平面示意图。图4为单位板带局部区间弯矩测量立面示意图。附图标记：1－主梁、2－次梁、3－棱镜、4－测量仪、5－单位板带、6－分界点。具体实施方式如图1-4所示，这种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置，包括有受弯构件、棱镜3和测量仪4；所述受弯构件沿其中轴线方向间隔划分有分界点6，并且该分界点6将受弯构件划分为至少两个弯矩监测区间；所述棱镜3在每一个监测区间内沿受弯构件的下表面中轴线等间隔设置；所述测量仪4布置在受弯构件下方、靠近受弯构件中间位置处。本实施例中，所述受弯构件为主梁1或者次梁2或者单位板带3。本实施例中，所述测量仪4为测量机器人或者超高精度全站仪。本实施例中，所述受弯构件上相邻两个弯矩监测区间之间的分界点6为集中力大于均布荷载的位置处。本实施例中，所述棱镜3在每个弯矩监测区间布置至少有四个。本实施例中，受弯构件下方最两端的棱镜3与测量仪4之间的连线为等腰三角形。本发明的结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置的测量方法。所述的结构受弯构件弹性阶段弯矩的测量方法，是对受弯构件在集中力较大的位置将构件分成若干段（此处集中力较大的位置是指集中力大于均布荷载的位置），在每一段均匀安装上若干个棱镜，利用测量机器人或者超高精度全站仪测量出受弯构件上各棱镜在弯矩平面内的三维坐标的变化情况，选择拉格朗日插值公式或牛顿插值公式作为受弯构件在不同荷载作用下其变形曲线的函数方程，再利用曲率的数学定义和材料力学曲率相关求法，进而推算出在弹性阶段受弯构件上任何一点的弯矩值，测量时可开发自动化监测系统完成对弯矩的测量；本发明实现了对弹性阶段受弯构件弯矩的测量，具有使用方便、操作简单、工作效率高等优点。这种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置的测量方法，包括步骤如下。步骤一，对受弯构件进行分段：在大于均布荷载的集中力布置的位置处对受弯构件划分分界点6，将受弯构件分成至少两个弯矩监测区间。步骤二，在集中力作用于受弯构件之前，在受弯构件的每一个弯矩监测区间内等间距安装棱镜3；其中，棱镜3固定安装在受弯构件下表面中轴线上，且每个弯矩监测区间内棱镜3的数量至少为四个；该中轴线为所要测的弯矩方向的中轴线，有可能是长轴线，也有可能是短轴线。步骤三，在受弯构件的下方、对应受弯构件测量区域的位置处架设测量仪4，使得所有棱镜3都在测量仪4的测量范围以内。步骤四，利用测量仪4，测量出每个棱镜3在弯矩平面内的初始坐标。步骤五，受弯构件在受到荷载作用之后，通过测量仪4测量出每个棱镜3在弯矩平面内坐标的变化值，即（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3）……（xi，yi）。步骤六，选择拉格朗日插值公式或牛顿插值公式作为受弯构件在每一个弯矩监测区间变形的函数方程；其中，拉格朗日插值公式为：，牛顿插值公式为：。步骤七，再利用曲率的数学定义和材料力学曲率相关公式，进而得到受弯构件在弹性阶段任何一点的弯矩。步骤八，受弯构件所受的荷载发生变化时，重复步骤五至步骤七过程，得到受弯构件弹性阶段弯矩的变化情况。本实施例中，步骤一中受弯构件包括有主梁1或者次梁2或者单位板带3。本实施例中，当受弯构件为主梁1时，步骤一中分界点6的位置为主梁1与次梁2相交位置处；当受弯构件为单位板带3时，分界点6的位置在楼板上集中力作用处；当受弯构件为主梁2时，分界点6的位置在次梁和主梁相交处或者主梁区域内集中力大于均布荷载的位置。本实施例中，步骤六选择拉格朗日插值公式或牛顿插值公式的依据是根据数值分析中数据拟合相关方法，选取适合对三点以上数据简单拟合以及遵照实测数据的要求而采用的方法，对受弯构件的小变形进行数据拟合。上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置，其特征在于：包括有受弯构件、棱镜（3）和测量仪（4）；所述受弯构件沿其中轴线方向间隔划分有分界点（6），并且该分界点（6）将受弯构件划分为至少两个弯矩监测区间；所述棱镜（3）在每一个监测区间内沿受弯构件的下表面中轴线等间隔设置；所述测量仪（4）布置在受弯构件下方、靠近受弯构件中间位置处。2.根据权利要求1所述的结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置，其特征在于：所述受弯构件为主梁（1）或者次梁（2）或者单位板带（3）。3.根据权利要求1所述的结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置，其特征在于：所述受弯构件上相邻两个弯矩监测区间之间的分界点（6）为集中力大于均布荷载的位置处。4.根据权利要求3所述的结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置，其特征在于：所述棱镜（3）在每个弯矩监测区间布置至少有四个。5.一种权利要求1-4中任意一项所述的结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置的测量方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤一，对受弯构件进行分段：在集中力大于均布荷载的位置处对受弯构件划分分界点（6），将受弯构件分成至少两个弯矩监测区间；步骤二，在集中力作用于受弯构件之前，在受弯构件的每一个弯矩监测区间内等间距安装棱镜（3）；其中，棱镜（3）固定安装在受弯构件下表面中轴线上，且每个弯矩监测区间内棱镜（3）的数量至少为四个；步骤三，在受弯构件的下方、对应受弯构件测量区域的位置处架设测量仪（4），使得所有棱镜（3）都在测量仪（4）的测量范围以内；步骤四，利用测量仪（4），测量出每个棱镜（3）在弯矩平面内的初始坐标；步骤五，受弯构件在受到荷载作用之后，通过测量仪（4）测量出每个棱镜（3）在弯矩平面内坐标的变化值，即（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3）……（xi，yi）；步骤六，选择拉格朗日插值公式或牛顿插值公式作为受弯构件在每一个弯矩监测区间变形的函数方程；其中，拉格朗日插值公式为：，牛顿插值公式为：；步骤七，再利用曲率的数学定义和材料力学曲率相关公式，进而得到受弯构件在弹性阶段任何一点的弯矩；步骤八，受弯构件所受的荷载发生变化时，重复步骤五至步骤七过程，得到受弯构件弹性阶段弯矩的变化情况。6.根据权利要求5中的结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置的测量方法，其特征在于：步骤一中受弯构件包括有主梁（1）或者次梁（2）或者单位板带（3）。7.根据权利要求6中的结构受弯构件弹性阶段弯矩测量装置的测量方法，其特征在于：当受弯构件为主梁（1）时，步骤一中分界点（6）的位置为主梁（1）与次梁（2）相交位置处；当受弯构件为单位板带（3）时，分界点（6）的位置在楼板上集中力大于均布荷载的位置处；当受弯构件为主梁（2）时，分界点（6）的位置在次梁和主梁相交处或者主梁区域内集中力大于均布荷载的位置。

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