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,必須計算出偏心受載時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
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
進一步的技術(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。
進一步的技術(shù)方案在于:所述次彎矩mz的計算方法包括如下步驟:
分別求出測點a和b的應(yīng)變表達式εa和εb;
對測點a和b的應(yīng)變表達式聯(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以及彎矩計算公式,計算次彎矩mz。
進一步的技術(shù)方案在于:所述次彎矩mz的計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、
對公式(1)和(2)聯(lián)立求解,得出次彎矩mz產(chǎn)生的應(yīng)變
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)件橫截面上各點都為單向應(yīng)力狀態(tài),其測點處正應(yīng)力的理論計算公式為拉伸應(yīng)力和彎矩正應(yīng)力的代數(shù)和,即:
根據(jù)胡克定律可知,其測點處正應(yīng)力的測量計算公式為材料的彈性模量e與測點處正應(yīng)變的乘積,即:
σ=e·ε(7)
根據(jù)公式(5)、(6)和(7)聯(lián)立求解,計算出次彎矩mz為:
其中
則
進一步的技術(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c和d的應(yīng)變表達式εc和εd;
2)對測點a、b、c和d的應(yīng)變表達式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以及彎矩計算公式,計算次彎矩my。
進一步的技術(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;
由式(10)和(11)聯(lián)立求解,得出次彎矩my產(chǎn)生的應(yīng)變
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,計算偏心受載時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、實驗效率高等優(yōu)點,可有效應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)中偏心受載角鋼的次彎矩測量,對輸電鐵塔的設(shè)計與校核有著重要影響。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
圖1是本發(fā)明實施例所述方法中應(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。
具體實施方式
下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,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施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
在下面的描述中闡述了很多具體細節(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施例的限制。
如圖1和圖3所示,本發(fā)明實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
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
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)件橫截面上各點都為單向應(yīng)力狀態(tài),其測點處正應(yīng)力的理論計算公式為拉伸應(yīng)力和彎矩正應(yīng)力的代數(shù)和,即:
根據(jù)胡克定律可知,其測點處正應(yīng)力的測量計算公式為材料的彈性模量e與測點處正應(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行說明:
在進行測量時,有時只在電橋的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、
對公式(7)和(8)聯(lián)立求解,得出次彎矩mz產(chǎn)生的應(yīng)變
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;
由式(14)和(15)聯(lián)立求解,得出次彎矩my產(chǎn)生的應(yīng)變
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)變片將偏心受載時輸電鐵塔主材角鋼所受的次彎矩計算完畢。
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,計算偏心受載時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、實驗效率高等優(yōu)點,可有效應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)中偏心受載角鋼的次彎矩測量,對輸電鐵塔的設(shè)計與校核有著重要影響。