本发明涉及球铰加载横截面各向同性轴心受压构件侧向挠度的一种测量装置及测量方法。
背景技术：
所受外力的作用点与构件截面形心重合时，构件横截面应力分布均匀，这种构件称为轴心受压构件。轴心受压构件广泛应用于承重结构，例如：各类型的平面或空间格构体系以及竖向受压的支撑柱。目前，学者们已经对轴心受压构件的受力性能开展了大量的学术研究。在研究长细比影响轴心受压构件稳定承载力的试验方法中，学者普遍采用两端刀铰约束，实行线荷载加载的试验方法，该方法的特点是仅释放轴心受压构件横截面上垂直线荷载方向的侧向弯曲转动。进行横截面各向同性（纵轴上各横截面的尺寸、形状及材质均满足：以过截面形心的任意轴线为中心轴，均满足轴对称和中心对称的特性）轴心受压构件稳定承载力研究时，由于横截面各向同性构件实际制作时存在制作误差及受压加载的仪器设备存在一定的初始偏心，使得构件本身存在初始缺陷。若采用以往刀铰加载的试验方法，需要求构件由侧向缺陷所引起削减后的稳定承载力，仍大于构件在横截面上垂直线荷载方向产生侧向弯曲的临界荷载，否则截面各向同性轴心受压构件易发生面外失稳，从而，造成研究长细比影响截面各向同性轴心受压构件稳定承载力的试验失败。
技术实现要素：
为此，提出采用两端万向球铰的加载方式，即释放轴心受压构件任意侧向的弯曲转动，克服当构件初始缺陷与释放侧向弯曲变形方向不一致，且由初始缺陷所引起削减后的稳定承载力小于构件在横截面上垂直线荷载方向产生侧向弯曲的临界荷载，而导致面外失稳的情况。但是，由于受压构件两端边界采用球铰约束，且横截面各向同性，使得构件在各横截面方向上存在一致的有效长度，即而在轴心荷载作用下构件在各横截面方向上的临界极限荷载一致。同时，由于构件初始缺陷难以提前测量，为此使得构件失稳后侧向弯曲的方向不可预知，造成构件侧向挠度变形测量困难。
为了克服横截面各向同性轴心受压构件采用两端万向球较加载时，由于侧向弯曲方向未知，造成构件侧向挠度变形测量的困难，提出一种球铰横截面各向同性轴心受压构件侧向挠度的测量装置及测量方法，结构简单，测量方便，准确度高。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：球铰加载横截面各向同性轴心受压构件侧向挠度的测量装置包括若干测点装置，测点装置包括刚性底座、刚性支撑、平板及弹性皮筋，刚性底座与轴心受压构件的横截面的曲线形状尺寸吻合，刚性底座两侧设有挂钩或挂板，弹性皮筋沿横截面周长方向缠绕轴心受压构件，并与刚性底座两侧的挂钩或挂板连接；刚性支撑连接刚性底座和平板，刚性支撑一端垂直连接于底座中线，另一端垂直连接平板中线；平板连接挠度测量仪器；其中，横截面各向同性轴心受压构件为横截面的尺寸、形状及材质以过横截面形心的任意轴线为中心轴均满足轴对称和中心对称的特性的构件。
进一步地，在轴心受压构件沿纵向确定的各测点所在的横截面上，确定另一个测点与该横截面上已确定的测点互相垂直，每个横截面上的两个测点分别与横截面形心相连得到的两条直线满足平面正交关系。
进一步地，刚性支撑与测点处的法线同向，平板与测点处的切线平行，挠度测量仪器测量的侧向挠度方向与刚性支撑平行。
进一步地，轴心受压构件为横截面各向同性的柱体。
球铰加载横截面各向同性轴心受压构件侧向挠度的测量方法，包括以下步骤：在轴心受压构件纵向上确定若干侧向挠度的测点，根据各测点所在横截面的曲线形状和尺寸，制作相应的半刚性固定的测点装置；在纵向各测点所在的横截面上，确定另一个测点与该横截面上已确定的测点互相垂直，完成相应测点装置的半刚性固定及挠度测量仪器的架设；测得轴心受压构件各测点处横截面上两个相互垂直的共点侧向挠度，根据矢量运算的正交分解法，计算轴心受压构件纵向上确定的各测点处弯曲变形的侧向挠度的大小和方向；其中，横截面各向同性轴心受压构件为横截面的尺寸、形状及材质以过横截面形心的任意轴线为中心轴均满足轴对称和中心对称的特性的构件。
进一步地，测点装置包括刚性底座、刚性支撑、平板及弹性皮筋，刚性底座与轴心受压构件的横截面的曲线形状尺寸吻合，刚性底座两侧设有挂钩或挂板；刚性支撑连接刚性底座和平板，刚性支撑一端垂直连接于底座中线，另一端垂直连接平板中线，平板连接挠度测量仪器；弹性皮筋沿横截面周长方向缠绕轴心受压构件，并与刚性底座两侧的挂钩或挂板连接，实现测点装置的半刚性固定。
进一步地，测点装置采用与轴心受压构件外表面紧密贴合的刚性底座进行定位，并借助弹性皮筋缠绕轴心受压构件实现半刚性固定。
进一步地，每个横截面上的两个测点分别与横截面的形心相连得到的两条直线满足平面正交关系。
进一步地，相互垂直的两个测点确定后，测点装置定位时，刚性支撑与测点处的法线同向，平板与测点处的切线平行，是保证测得的两个侧向挠度满足平面正交、共点的前提；架设挠度测量仪器时，测量仪器测量的侧向挠度方向与刚性支撑平行，以实现测得的两个侧向挠度相互正交，且二者的垂足与横截面形心重合。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：半刚性固定的测点装置，由于采用与构件外表面紧密贴合的刚性底座进行定位，保证了测点位置的精准性；同时，采用弹性皮筋绕缠绕构件，并与刚性底座两端挂钩连接，实现测点装置半刚性固定，弹性皮筋的富余变形量，使得测点装置能适应受压过程中构件的横向膨胀变形，避免了测点装置损害，防止的测点位置的偏离，保证的测量数据的可靠性；在构件纵向各测点位置的每个横截面上，设置两个互相垂直的侧向挠度测点，克服了球铰加载横截面各向同性轴心受压构件采用两端万向球铰加载，侧向弯曲方向未知，造成构件侧向挠度变形测量困难的问题；结构简单，测量方便。
附图说明
图1是本发明实施例的半刚性测点装置的主视示意图；
图2是本发明实施例的半刚性测点装置的侧视示意图；
图3是本发明实施例的半刚性测点装置的仰视示意图；
图4是本发明实施例的测点装置实现半刚性固定的示意图；
图5是本发明实施例测量时的主视示意图；
图6是本发明实施例测量时的俯视示意图。
图中：1-刚性底座；2-刚性支撑；3-刚性平板；4-挂钩或挂板；5-弹性皮筋；6-横截面各向同性构件；7-截面形心；8-测点一；9-测点二；10-挠度测量仪器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
球铰加载横截面各向同性轴心受压构件侧向挠度的测量装置包括若干测点装置，测点装置包括刚性底座、刚性支撑、平板及弹性皮筋，刚性底座与轴心受压构件的横截面的曲线形状尺寸吻合，刚性底座两侧设有挂钩或挂板，弹性皮筋沿横截面周长方向缠绕轴心受压构件，并与刚性底座两侧的挂钩或挂板连接；刚性支撑连接刚性底座和平板，刚性支撑一端垂直连接于底座中线，另一端垂直连接平板中线；平板连接挠度测量仪器，其中，横截面各向同性轴心受压构件为横截面的尺寸、形状及材质以过横截面形心的任意轴线为中心轴均满足轴对称和中心对称的特性的构件。
刚性底座根据构件截面的曲线形状和尺寸设计，能与构件测点处横截面外表面建立良好的接触，进而保证测点装置定位牢靠；刚性支撑一端垂直焊接于底座中线，另一端垂直焊接平板中线，平板用于与测量仪器建立有效接触。
弹性皮筋应保证长度大于轴心受压构件各测点处横截面周长的1.5倍。
进一步地，在轴心受压构件沿纵向确定的各测点所在的横截面上，确定另一个测点与该横截面上已确定的测点互相垂直，每个横截面上的两个测点分别与横截面形心相连得到的两条直线满足平面正交关系。
进一步地，刚性支撑与测点处的法线同向，平板与测点处的切线平行，挠度测量仪器测量的侧向挠度方向与刚性支撑平行。
进一步地，轴心受压构件为横截面各向同性的柱体。
球铰加载横截面各向同性轴心受压构件侧向挠度的测量方法，包括以下步骤：在轴心受压构件纵向上确定若干侧向挠度的测点，根据各测点所在横截面的曲线形状和尺寸，制作相应的半刚性固定的测点装置；在纵向各测点所在的横截面上，确定另一个测点与该横截面上已确定的测点互相垂直，完成相应测点装置的半刚性固定及挠度测量仪器的架设；测得轴心受压构件各测点处横截面上两个相互垂直的共点侧向挠度，根据矢量运算的正交分解法，计算轴心受压构件纵向上确定的各测点处弯曲变形的侧向挠度的大小和方向；其中，横截面各向同性轴心受压构件为横截面的尺寸、形状及材质以过横截面形心的任意轴线为中心轴均满足轴对称和中心对称的特性的构件。
由矢量运算的正交分解法可知，同一平面内，任意方向和大小的矢量，均可由与其共点的两个正交矢量表示。因此，测得构件各测点处横截面上相互垂直且共点的两个侧向挠度，利用勾股定理可求得构件各测点处横截面合力方向的侧向挠度。
进一步地，测点装置包括刚性底座、刚性支撑、平板及弹性皮筋，刚性底座与轴心受压构件的横截面的曲线形状尺寸吻合，刚性底座两侧设有挂钩或挂板；刚性支撑连接刚性底座和平板，刚性支撑一端垂直连接于底座中线，另一端垂直连接平板中线，平板连接挠度测量仪器；弹性皮筋沿横截面周长方向缠绕轴心受压构件，并与刚性底座两侧的挂钩或挂板连接，实现测点装置的半刚性固定。
进一步地，测点装置采用与轴心受压构件外表面紧密贴合的刚性底座进行定位，并借助弹性皮筋缠绕轴心受压构件实现半刚性固定。
进一步地，每个横截面上的两个测点分别与横截面的形心相连得到的两条直线满足平面正交关系。
进一步地，相互垂直的两个测点确定后，测点装置定位时，刚性支撑与测点处的法线同向，平板与测点处的切线平行，是保证测得的两个侧向挠度满足平面正交、共点的前提；架设挠度测量仪器时，测量仪器测量的侧向挠度方向与刚性支撑平行，以实现测得的两个侧向挠度相互正交，且二者的垂足与横截面形心重合。
进一步的，测点装置采用与构件外表面紧密贴合的刚性底座进行定位，并借助弹性皮筋缠绕构件实现半刚性固定；由于弹性皮筋存在一定富余变形，可适应构件受压过程中产生的横向膨胀变形，避免损害测点装置及保证各测点位置的精准性。
在本实施例中，同一横截面两相互垂直的测点分别为测点一和测点二。
测点装置测得测点一和测点二的挠度值分别为a和b，则构件在该横截面弯曲的挠度大小为（a^2+b^2）^0.5，方向则是测点一的挠度和测点二的挠度矢量求和运算后的挠度的方向。
上列为较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。