確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及市政設施技術領域的受拉鋼片系數測試方法，尤其涉及一種確定跨中 有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法。
【背景技術】
[0002] 鋼支撐是基坑工程中廣泛使用的支護構件，處于工作狀態的鋼支撐受壓軸力是基 坑工程人員尤為關注的監測變量，傳統測量鋼支撐軸力的裝置主要有兩種：表面應變計和 壓力盒。前者安裝在鋼支撐表面，但成本較高，實際在基坑工程中安裝率不足10%，不能全 面了解鋼支撐的工作狀況；后者與鋼支撐串聯安裝，測量精度高，但截面小，容易成為鋼支 撐的薄弱面，不利于鋼支撐的穩定性。
[0003] 本申請人經過檢索，發現已授權的發明專利針對這一情況，公開了一種利用附著 鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法及裝置（申請號CN201010611421.X)，所述測試方法及裝 置，結構簡單，成本低廉，且精度滿足現場要求，操作簡單，為全面了解鋼支撐軸力提供了新 途徑。
[0004] 在該發明專利中，先將裝置中的鋼片施加預拉力，再將該專利裝置沿鋼支撐受壓 方向焊接在鋼支撐表面，根據鋼片和鋼支撐的變形同步性，通過測量鋼片的頻率改變計算 鋼片應變（拉力）變化，從而計算得到鋼支撐的軸力。鋼支撐軸力與鋼片頻率計算關系式 如下：
[0005] F = EAk (f〇2-f2) (1)
[0006] 其中，F-鋼支撐軸力，k一鋼片拉力與頻率間的系數，E-鋼支撐材料彈性模量， fD-鋼片初始安裝頻率（亦即鋼支撐軸力為零時鋼片頻率），f一鋼支撐軸力為F時鋼片頻 率。
[0007] 鋼支撐軸力計算公式（1)中，系數k反映的是鋼片拉力（應變）與鋼片頻率間的 關系，系數k受鋼片尺寸及傳感器質量的影響，是該套裝置的核心參數。
[0008] 在該發明專利中，鋼支撐軸力計算公式（1)中的系數k是通過試驗測得的：首先選 定鋼片（320 X 12X0. 8_)，將頻率測量傳感器安裝在鋼片中部，同時將應變片貼在鋼片表 面以測量鋼片的拉力，測量不同拉力下鋼片的頻率，最后回歸得到鋼片拉力與頻率之間系 數k的值。
[0009] 然而如上述發明專利中采用試驗法測定系數k有諸多不足之處：其一，為了測量 鋼片拉力，須在鋼片上粘貼應變片，應變片及其連接導線均會對鋼片振動形成干擾，使所測 得鋼片頻率不準確；其二，頻率與拉力的關系系數與集中質量密切相關，即使質量相差不足 1克的傳感器，也會導致系數k較大的差異，降低測量精度，因此一旦試驗時所采用傳感器 損害，更換新的傳感器之后，必須對重新通過室內試驗測定系數k，十分不方便；其三，測定 系數k的試驗要求較高，需要在特定的試驗室內才可以進行，且試驗容易受到氣溫、人為操 作等外部因素影響。
[0010] 由上可知，采用試驗法獲得系數k除了不方便，所得系數的準確性也容易受到外 在因素影響，需進一步加以改進。
[0011] 因此，本申請人致力于開發一種確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數 的方法，實現無需試驗即可得到跨中有集中質量受拉鋼片拉力和頻率間系數k。
【發明內容】
[0012] 有鑒于現有技術的上述不足，本發明提出了一種確定跨中有集中質量受拉鋼片拉 力與頻率間系數的方法，實現無需試驗即可得到跨中有集中質量受拉鋼片拉力和頻率間系 數k。
[0013] 為實現上述目的，本發明提供了一種確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間 系數的方法，所述鋼片的跨中位置上設置有一用于采集鋼片頻率的傳感器，所述鋼片的兩 端設置有用于供外部機構施加張緊拉力的連接點。
[0014] 本實施例的所述確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數k包括以下步 驟：
[0015] 第一步，測量鋼片幾何參數和物理參數；所述幾何參數包括：鋼片的長度1、寬度b 及厚度t，其中所述長度1為所述鋼片兩端連接點的中心間距；所述物理參數包括：鋼片材 料的彈性模量E及密度P，鋼片跨中處的質量m。。
[0016] 第二步，根據下列公式計算確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數k :
[0018] 將第一步得到的鋼片幾何參數和物理參數相應代入上述公式，即可得到系數k。
[0019] 較佳的，所述彈性模量可取為E = 1. 97 X 10nN/m2,所述密度可取為P = 7930kg/ m3〇
[0020] 較佳的，所述鋼片跨中處的質量m。取為所述傳感器的質量。
[0021] 較佳的，所述鋼片長度1的測量精度不低于0.1 mm ;所述寬度b及厚度t的測量精 度不低于0.0 lmm ;所述鋼片跨中處的質量m。的測量精度不低于0. lg。
[0022] 本發明的確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法通過測量鋼片 幾何參數和物理參數，可以直接根據給出公式計算出頻率與拉力間系數k。與已有的試驗 法相比，在不同鋼片尺寸或者集中質量條件下，無需針對每種工況進行試驗，僅需根據鋼片 幾何尺寸和集中質量值，可快速利用公式計算出該系數k，具有如下優勢：（1)快捷、低成 本，避免了試驗室復雜的操作以及試驗引起的各種誤差；（2)對于不同尺寸鋼片或者受拉 鋼片，甚至在采用不同質量的傳感器時，均可方便應用，具有較好的應用性。
[0023] 以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以 充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0024] 圖1為具體實施例的鋼片結構平面示意圖。
[0025] 圖2為具體實施例的鋼片結構側面示意圖。
[0026] 圖3為具體實施例跨中有集中質量受拉鋼片的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 本實施例提出了一種確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法，如 圖3所示，本實施例的鋼片1的跨中位置上設置有一用于采集鋼片頻率的傳感器2,所述鋼 片的兩端設置有用于供外部機構施加張緊拉力T的連接點。
[0028] 本實施例的所述確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數k，包括以下步 驟：
[0029] 第一步，測量鋼片1幾何參數和物理參數；結合圖1和圖2所示，所述幾何參數包 括：鋼片1的長度1、寬度b及厚度t，其中所述長度1為鋼片1兩端連接點的中心間距；所 述物理參數包括：鋼片材料的彈性模量E及密度P，鋼片跨中處的質量m。。
[0030] 第二步，根據下列公式計算確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數k :
[0032] 將第一步得到的鋼片1幾何參數和物理參數相應代入上述公式（2)，即可得到系 數k。
[0033] 具體的，本實施例的所述鋼彈性模量取為E = 1. 97 X IOwNAi2,所述密度取為P = 7930kg/m3〇
[0034] 所述鋼片跨中處的質量m。取為傳感器2的質量。
[0035] 鋼片1長度1的測量精度不低于0. 1_。所述寬度b及厚度t的測量精度不低于 0.0 lmm ;所述鋼片跨中處的質量m。的測量精度不低于0. lg。
[0036] 示例性的，為驗證本實施例的方法之可靠性，以按照中國第201010611421. X號發 明專利的授權公告文本中的鋼片為例進行本實施例的方法確定系統k的值。
[0037] 技術人員通過閱讀中國第201010611421. X號發明專利的授權公告文本，可以獲 知鋼片的參數長度I = 300mm,寬度b = 12mm,厚度t = 0. 8mm，傳感器的質量m。= 30.1 g ; 由授權公告文本中描述的試驗法得出的系數k' = 0.0534X 10 6。中國第201010611421. X號發明專利的公布文本以及授權公告文本所涉及的內容，可以為本實施例所參考使用，為 避免重復，本處不再贅述。
[0038] 結合附圖1-3所示，而本實施例的確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系 數的方法具體步驟如下：
[0039] 第一步，測量鋼片1幾何參數和物理參數。
[0040] 這里鋼片1長度1 = 0. 3m，寬度b = 0. 012m，厚度t = 0. 0008m，傳感器2的質量 HI0= 0. 0301Kg。所述彈性模量取為E = I. 97X 10 nN/m2,所述密度取為P = 7930kg/m3。
[0041] 第二步，將第一步測得的鋼片1的長度I = 0.3m、寬度b = 0.012m、厚度t = 0. 0008m，選用不銹鋼材料的彈性模量E = 1. 97 X IO11NAi2和密度P = 7930kg/m3以及傳感 器的質量m(j= 0.0301Kg代入計算公式（2):
[0042]
[0043] 計算所得系數k如下表1所示，表1同時列出了系數k和系數k'。
[0044] 由表1可知，本文公式計算值與試驗值的誤差在5%范圍內，具有較好的精度，說 明本文公式法所計算得到的系數k是合理的和可靠的。
[0045] 表1試驗法與本方法計算得到系數k值對比表
[0047] 以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無 需創造性勞動就可以根據本發明的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術 人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的 技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法，所述鋼片的跨中位置 上設置有一用于采集鋼片頻率的傳感器，所述鋼片的兩端設置有用于供外部機構施加張緊 拉力的連接點；其特征在于，所述確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數k包括 以下步驟： 第一步，測量鋼片幾何參數和物理參數；所述幾何參數包括：鋼片的長度1、寬度b及厚 度t，其中所述長度1為所述鋼片兩端連接點的中心間距；所述物理參數包括：鋼片材料的 彈性模量E及密度P，鋼片跨中處的質量m。； 第二步，根據下列公式計算確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數k:將第一步得到的鋼片幾何參數和物理參數相應代入上述公式，即可得到系數k。2. 如權利要求1所述的確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法，其特 征在于：所述彈性模量可取為￡ = 1.97乂1〇11以1112，所述密度可取為0= 793()1^/1113。3. 如權利要求1所述的確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法，其特 征在于：所述鋼片跨中處的質量m。取為所述傳感器的質量。4. 如權利要求1至3任一項所述的確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的 方法，其特征在于：所述鋼片長度1的測量精度不低于0.Imm;所述寬度b及厚度t的測量 精度不低于〇.Olmm;所述鋼片跨中處的質量m。的測量精度不低于0.lg。
【專利摘要】本發明公開了一種確定跨中有集中質量受拉鋼片拉力與頻率間系數的方法，通過測量鋼片幾何參數和物理參數，可以直接根據給出公式計算出頻率與拉力間系數k。與已有的試驗法相比，在不同鋼片尺寸或者集中質量條件下，無需針對每種工況進行試驗，僅需根據鋼片幾何尺寸和集中質量值，可快速利用公式計算出該系數k，具有如下優勢：(1)快捷、低成本，避免了試驗室復雜的操作以及試驗引起的各種誤差；(2)對于不同尺寸鋼片或者受拉鋼片，甚至在采用不同質量的傳感器時，均可方便應用，具有較好的應用性。
【IPC分類】G01L5/00
【公開號】CN105043624
【申請號】CN201510344410
【發明人】文鋒
【申請人】上海電力設計院有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月19日