本發(fā)明涉及主材角鋼次彎矩測量方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輸電鐵塔主材角鋼次彎矩的測量方法。

背景技術(shù)：

輸電鐵塔多是采用熱軋等邊角鋼構(gòu)件，通過螺栓連接而成的空間桁架結(jié)構(gòu)。然而由于等邊角鋼是單軸對稱構(gòu)件，且包鋼軸線與角鋼軸線相互偏離(如圖2所示)，從連接肢傳遞過來的力對截面的兩個主慣性軸都有偏心，因而角鋼構(gòu)件將受到軸向載荷以及由于連接偏心產(chǎn)生的次彎矩的共同作用。為研究次彎矩對輸電鐵塔主材角鋼的受力影響，必須計(jì)算出偏心受載時(shí)主材角鋼的次彎矩大小。目前，尚未發(fā)現(xiàn)有測量輸電鐵塔主材角鋼次彎矩大小的相關(guān)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單、測量效率高的輸電鐵塔主材角鋼次彎矩的測量方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種輸電鐵塔主材角鋼次彎矩的測量方法，其特征在于包括如下步驟：

在輸電鐵塔主材角鋼的兩肢粘貼4個應(yīng)變片，其中應(yīng)變片a和應(yīng)變片b粘貼在角鋼主慣性軸與角鋼兩肢相交處，距離角鋼頂點(diǎn)o'的距離均為m，應(yīng)變片c和應(yīng)變片d相對于角鋼主慣性軸z軸對稱布置，其距離角鋼頂點(diǎn)o'的距離均為n；

采用半橋接線法將應(yīng)變片a和應(yīng)變片b接入應(yīng)變儀，測量次彎矩mz產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變并根據(jù)應(yīng)變及應(yīng)力表達(dá)式計(jì)算次彎矩mz，其中mz是指所述主材角鋼主慣性軸z軸的次彎矩；

采用半橋接線法分兩次將應(yīng)變片a和應(yīng)變片b、應(yīng)變片c和應(yīng)變片d接入應(yīng)變儀，測量次彎矩my產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變并根據(jù)應(yīng)變及應(yīng)力表達(dá)式計(jì)算次彎矩my，其中my是指所述主材角鋼主慣性軸y軸的次彎矩。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述應(yīng)變片a、應(yīng)變片b、應(yīng)變片c和應(yīng)變片d的粘貼方向均沿角鋼軸線方向。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：采用半橋接線法讀取應(yīng)變儀讀數(shù)包括如下步驟：

將應(yīng)變片a和應(yīng)變片b作為相鄰端接入應(yīng)變儀，讀取應(yīng)變儀讀數(shù)ε1；

將應(yīng)變片a和應(yīng)變片b作為相對端接入應(yīng)變儀，讀取應(yīng)變儀讀數(shù)ε2；

將應(yīng)變片c和應(yīng)變片d作為相對端接入應(yīng)變儀，讀取應(yīng)變儀讀數(shù)ε3。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述次彎矩mz的計(jì)算方法包括如下步驟：

分別求出測點(diǎn)a和b的應(yīng)變表達(dá)式εa和εb；

對測點(diǎn)a和b的應(yīng)變表達(dá)式聯(lián)立求解，得出次彎矩mz產(chǎn)生的應(yīng)變

結(jié)合應(yīng)變儀讀數(shù)ε1以及彎矩計(jì)算公式，計(jì)算次彎矩mz。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述次彎矩mz的計(jì)算方法包括如下步驟：

因主慣性軸y軸通過應(yīng)變片a、b粘貼位置，次彎矩my將不會對應(yīng)變片粘貼位置處應(yīng)力產(chǎn)生影響，內(nèi)力中只有軸力p和次彎矩mz影響該處應(yīng)力的大小，應(yīng)變均由拉伸和彎曲兩種應(yīng)變成分組成，即：

其中εp、分別表示由拉伸、彎曲所產(chǎn)生的拉應(yīng)變、彎曲應(yīng)變的絕對值；

對公式(1)和(2)聯(lián)立求解，得出次彎矩mz產(chǎn)生的應(yīng)變為；

將應(yīng)變片b接入到應(yīng)變儀ab段，將應(yīng)變片a接入到應(yīng)變儀bc段，則應(yīng)變儀的讀數(shù)為：

ε1＝εb-εa(4)

則

角鋼構(gòu)件在偏心的外載荷的作用下，其橫截面上存在的內(nèi)力分量有：軸力p，次彎矩my和次彎矩mz；根據(jù)疊加原理可知，偏心受力構(gòu)件橫截面上各點(diǎn)都為單向應(yīng)力狀態(tài)，其測點(diǎn)處正應(yīng)力的理論計(jì)算公式為拉伸應(yīng)力和彎矩正應(yīng)力的代數(shù)和，即：

根據(jù)胡克定律可知，其測點(diǎn)處正應(yīng)力的測量計(jì)算公式為材料的彈性模量e與測點(diǎn)處正應(yīng)變的乘積，即：

σ＝e·ε(7)

根據(jù)公式(5)、(6)和(7)聯(lián)立求解，計(jì)算出次彎矩mz為：

其中

則

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：次彎矩my的求解包括如下步驟：

1)分別求出測點(diǎn)c和d的應(yīng)變表達(dá)式εc和εd；

2)對測點(diǎn)a、b、c和d的應(yīng)變表達(dá)式εa、εb、εc和εd聯(lián)立求解，得出次彎矩my產(chǎn)生的應(yīng)變

3)結(jié)合應(yīng)變儀讀數(shù)ε2和ε3以及彎矩計(jì)算公式，計(jì)算次彎矩my。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：次彎矩my的求解包括如下步驟：

內(nèi)力中有軸力p、次彎矩my和次彎矩mz影響應(yīng)變片c和應(yīng)變片d處應(yīng)力的大小，應(yīng)變均由拉伸和彎曲兩種應(yīng)變成分組成，即：

其中εp表示軸向應(yīng)力產(chǎn)生的軸向應(yīng)變；表示次彎矩my產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變；表示次彎矩mz產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變；

由式(10)和(11)聯(lián)立求解，得出次彎矩my產(chǎn)生的應(yīng)變為：

由式(1)和(2)聯(lián)立可得：

將應(yīng)變片a接入到應(yīng)變儀ab段，將應(yīng)變片b接入到應(yīng)變儀cd段，得應(yīng)變儀的讀數(shù)為：

ε2＝εa+εb(14)

則

將應(yīng)變片c接入到應(yīng)變儀ab段，將應(yīng)變片d接入到應(yīng)變儀cd段，得應(yīng)變儀的讀數(shù)為：

ε3＝εc+εd(16)

由式(12)、(15)和(16)聯(lián)立得：

由公式(5)、(6)和(17)聯(lián)立求解，計(jì)算出次彎矩my為：

其中

則

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述方法基于應(yīng)變片的粘貼位置以及應(yīng)變片接入應(yīng)變儀不同的接入方式，計(jì)算偏心受載時(shí)力對角鋼截面兩個主慣性軸的次彎矩大小，具有測量方法簡單、實(shí)驗(yàn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，可有效應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)中偏心受載角鋼的次彎矩測量，對輸電鐵塔的設(shè)計(jì)與校核有著重要影響。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述方法中應(yīng)變片的布片方式示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中角鋼與包鋼的連接示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述方法中半橋接線法的示意圖；

其中：1、形心2、輸電鐵塔主材角鋼3、角鋼主慣性軸y4、角鋼主慣性軸z5、包鋼6、螺栓孔7、角鋼軸線8、包鋼軸線9、偏心距。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

如圖1和圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種輸電鐵塔主材角鋼次彎矩的測量方法，包括如下步驟：

在輸電鐵塔主材角鋼的兩肢粘貼4個應(yīng)變片，其中應(yīng)變片a和應(yīng)變片b粘貼在角鋼主慣性軸與角鋼兩肢相交處，距離角鋼頂點(diǎn)o'的距離均為m，應(yīng)變片c和應(yīng)變片d相對于角鋼主慣性軸z軸對稱布置，其距離角鋼頂點(diǎn)o'的距離均為n；

采用半橋接線法將應(yīng)變片a和應(yīng)變片b接入應(yīng)變儀，測量次彎矩mz產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變并根據(jù)應(yīng)變及應(yīng)力表達(dá)式計(jì)算次彎矩mz，其中mz是指所述主材角鋼主慣性軸z軸的次彎矩；

采用半橋接線法分兩次將應(yīng)變片a和應(yīng)變片b、應(yīng)變片c和應(yīng)變片d接入應(yīng)變儀，測量次彎矩my產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變并根據(jù)應(yīng)變及應(yīng)力表達(dá)式計(jì)算次彎矩my，其中my是指所述主材角鋼主慣性軸y軸的次彎矩。

具體的：

采用半橋接線法讀取應(yīng)變儀讀數(shù)包括如下步驟：

將應(yīng)變片a和b作為相鄰端接入應(yīng)變儀，讀取應(yīng)變儀讀數(shù)ε1；

將應(yīng)變片a和b作為相對端接入應(yīng)變儀，讀取應(yīng)變儀讀數(shù)ε2；

將應(yīng)變片c和d作為相對端接入應(yīng)變儀，讀取應(yīng)變儀讀數(shù)ε3；

角鋼構(gòu)件在偏心的外載荷的作用下，其橫截面上存在的內(nèi)力分量有：軸力p，次彎矩my和次彎矩mz。

根據(jù)疊加原理可知，偏心受力構(gòu)件橫截面上各點(diǎn)都為單向應(yīng)力狀態(tài)，其測點(diǎn)處正應(yīng)力的理論計(jì)算公式為拉伸應(yīng)力和彎矩正應(yīng)力的代數(shù)和，即：

根據(jù)胡克定律可知，其測點(diǎn)處正應(yīng)力的測量計(jì)算公式為材料的彈性模量e與測點(diǎn)處正應(yīng)變的乘積，即：

σ＝e·ε(2)

作為一種新的輸電鐵塔主材角鋼次彎矩的測量方法，半橋接線法原理主要包括如下步驟：

下面結(jié)合圖3對半橋接線法原理進(jìn)行說明：

在進(jìn)行測量時(shí)，有時(shí)只在電橋的ab段和bc段接應(yīng)變片，而在ad和cd段連接應(yīng)變儀內(nèi)部的兩個阻值相等的固定電阻。在此情況下，由于

r1＝r2＝rr3＝r4δr3＝δr4＝0(3)

所以，由式(3)可知，電橋的輸出電壓為

則應(yīng)變儀的讀數(shù)為

同理，若在電橋的ab段和cd段接應(yīng)變片，而在ad和bc段連接應(yīng)變儀內(nèi)部的兩個阻值相等的固定電阻，此時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)為：

作為一種新的輸電鐵塔主材角鋼次彎矩的測量方法，次彎矩mz的求解主要包括如下步驟：

在圖1中a、b處粘貼應(yīng)變片，且主慣性軸y軸通過應(yīng)變片粘貼位置，因此次彎矩my將不會對應(yīng)變片粘貼位置處應(yīng)力產(chǎn)生影響，內(nèi)力中只有軸力p和次彎矩mz影響該處應(yīng)力的大小，應(yīng)變均由拉伸和彎曲兩種應(yīng)變成分組成，即：

其中εp、分別表示由拉伸、彎曲所產(chǎn)生的拉應(yīng)變、彎曲應(yīng)變的絕對值。

對公式(7)和(8)聯(lián)立求解，得出次彎矩mz產(chǎn)生的應(yīng)變為；

如圖3，將應(yīng)變片b接入到ab段，將應(yīng)變片a接入到bc段，則應(yīng)變儀的讀數(shù)為：

ε1＝εb-εa(10)

則

根據(jù)公式(1)、(2)和(11)聯(lián)立求解，計(jì)算出次彎矩mz為：

其中

則

次彎矩my的求解流程主要包括如下步驟：

在圖1中c、d處粘貼應(yīng)變片，內(nèi)力中則有軸力p、次彎矩my和次彎矩mz影響該處應(yīng)力的大小，應(yīng)變均由拉伸和彎曲兩種應(yīng)變成分組成，即：

其中εp代表軸向應(yīng)力產(chǎn)生的軸向應(yīng)變；代表次彎矩my產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變；代表次彎矩mz產(chǎn)生的彎曲應(yīng)變；

由式(14)和(15)聯(lián)立求解，得出次彎矩my產(chǎn)生的應(yīng)變為：

由式(7)和(8)聯(lián)立可得：

將應(yīng)變片a接入到ab段，將應(yīng)變片b接入到cd段，由式(6)得應(yīng)變儀的讀數(shù)為：

ε2＝εa+εb(18)

則

將應(yīng)變片c接入到ab段，將應(yīng)變片d接入到cd段，由式(6)得應(yīng)變儀的讀數(shù)為：

ε3＝εc+εd(20)

由式(16)、(19)和(20)聯(lián)立得：

由公式(1)、(2)和(21)聯(lián)立求解，計(jì)算出次彎矩my為：

其中

則

至此，通過4個應(yīng)變片將偏心受載時(shí)輸電鐵塔主材角鋼所受的次彎矩計(jì)算完畢。

所述方法基于應(yīng)變片的粘貼位置以及應(yīng)變片接入應(yīng)變儀不同的接入方式，計(jì)算偏心受載時(shí)力對角鋼截面兩個主慣性軸的次彎矩大小，具有測量方法簡單、實(shí)驗(yàn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，可有效應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)中偏心受載角鋼的次彎矩測量，對輸電鐵塔的設(shè)計(jì)與校核有著重要影響。