扭转量测量装置及方法

技术领域

本申请涉及建筑安全性能检测技术领域，具体而言，涉及一种扭转量测量装置及方法。

背景技术

目前，随着经济的发展，高层、超高层框架结构建筑和一些特殊异形建筑大量出现，梁、柱是这些建筑的重要基础构件，对其支撑、承载起到至关重要的作用。但是在地震、风等外力作用下，这些梁、柱除了会出现弯曲外，还会由于建筑结构的偏心或外力矩的作用发生扭转，通过灾后调查能够发现，扭转破坏是建筑受损破坏的重要因素之一。但是在地震、风等外力作用下，梁、柱的扭转量难以获取，不能为采取相关预防措施提供有力参考。

发明内容

本申请实施例提供一种扭转量测量装置及方法，以改善在地震、风等外力作用下，梁、柱的扭转量难以获取的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种扭转量测量装置，用于安装于待测件上，包括第一安装件，被配置为安装于待测件；第二安装件，设有第一齿部，第二安装件被配置为安装于待测件并与第一安装件在待测件的轴向上间隔布置；转动件，可转动地安装于第一安装件，转动件具有用于与第一齿部啮合的第二齿部，待测件转动能够通过第一齿部和第二齿部带动转动件转动；以及转动测量组件，用于获取转动件的转动量。

上述技术方案中，当测量待测件的扭转量时，将第一安装件和第二安装件在待测件的轴向上间隔布置，在待测件上限定出测试段，在地震、风等外力作用下，待测件发生扭转，第一安装件与第二安装件由于待测件的扭转而跟随待测件转动，从而第二安装件上的第一齿部通过第二齿部带动转动件转动，进而转动件相对第一安装件转动，转动测量组件获取转动件的转动量，并通过第一齿部和第二齿部的传动比能够计算出第一齿部的转动量，从而计算出待测件两端的相对扭转量。由于转动件的转动是由于真实环境中的外力如地震、风等引起的，获得扭转量误差较小、参考价值较大。

在第一方面的一些实施例中，转动测量组件还包括第一齿轮、第二齿轮和转动测量件，第一齿轮与第二齿轮啮合，第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径，第一齿轮固定安装于转动件，第二齿轮可转动地安装于第一安装件；转动测量件安装于第一安装件，转动测量件用于获取第二齿轮的转动量。

上述技术方案中，将转动测量件安装在直径较小的第二齿轮上，则转动件的转动量则会通过第二齿轮放大，则转动测量件获取的是第二齿轮的转动量，有助于转动测量件读取，且使作业人员能够读取变化量明显的转动量。再通过第一齿轮和第二齿轮的传动比计算出第一齿轮的转动量，从而获得转动件的转动量，并通过第一齿部和第二齿部的传动比能够计算出第一齿部的转动量，从而计算出待测件两端的相对扭转量。

在第一方面的一些实施例中，第一安装件被配置为可拆卸地安装于待测件。

上述技术方案中，第一安装件与待测件的连接方式是可拆卸的，便于更换第一安装件，也使得第一安装件能够被回收用作下次扭转量测量，节约成本。

在第一方面的一些实施例中，第一安装件包括第一安装部和第二安装部；第一安装部和第二安装部分别用于与待测件的相邻的两个侧面连接。

上述技术方案中，第一安装部和第二安装部的设置使得第一安装件能够更加稳定的安装于待测件，抗外力能力更强。

在第一方面的一些实施例中，第一安装部和第二安装部垂直，第一安装件还包括第一圆弧过渡部，第一安装部和第二安装部通过第一圆弧过渡部连接。

上述技术方案中，第一安装部和第二安装部垂直能够更好的适应方形柱的外形，使得第一安装部和第二安装部的侧面更加贴合。第一圆弧过渡部的设置使得第一安装部和第二安装部在拐角处不易产生应力集中，不易折损。

在本申请第一方面的一些实施例中，第一安装部连接于与之对应的侧面在宽度方向上的中心位置，第二安装部连接于与之对应的侧面在宽度方向上的中心位置。

上述技术方案中，第一安装部和第二安装部均安装于对应的侧面的宽度方向的中心位置，在待测件发生扭转的过程中，第一安装部和第二安装部相对位置不会变化，第一安装件不会被拉扯变形。

在本申请第一方面的一些实施例中，第二安装件被配置为可拆卸地安装于待测件。

上述技术方案中，第二安装件与待测件的连接方式是可拆卸的，便于更换第二安装件，也使得第二安装件能够被回收用作下次扭转量测量，节约成本。

在本申请第一方面的一些实施例中，第二安装件包括第三安装部和第四安装部；第三安装部用于与第一安装部安装于同一个侧面，第四安装部用于与第二安装部安装于同一个侧面。

上述技术方案中，第三安装部用于与第一安装部安装于同一个侧面，第四安装部用于与第二安装部安装于同一个侧面，使得第一齿部和第二齿部能够稳定的啮合。

在本申请第一方面的一些实施例中，第三安装部和第四安装部垂直布置，第二安装件还包括第二圆弧过渡部，第三安装部和第四安装部通过第二圆弧过渡部。

上述技术方案中，第三安装部和第四安装部垂直能够更好的适应方形柱的外形，使得第三安装部和第四安装部的侧面更加贴合。第二圆弧过渡部的设置使得第三安装部和第四安装部在拐角处不易产生应力集中，不易折损。

在本申请第一方面的一些实施例中，第一安装件和第二安装件的外周面均为圆弧面，当第一安装件和第二安装件安装于待测件时，第一安装件和第二安装件的外周面的中心线与待测件的中心线重合。

上述技术方案中，第一安装件和第二安装件的外周面的中心线和待测件的中心线重合，使得第一安装件稳定的安装于待测件。

第二方面，本申请实施例提供一种扭转量测量方法，基于第一方面实施例提供的扭转量测量装置实施，包括：将扭转量测量装置安装于待测件；获取转动件的转动量；将获取转动件的转动量传输至终端。

上述技术方案中，当测量待测件的扭转量时，将第一安装件和第二安装件在待测件的轴向上间隔布置，在地震、风等外力作用下，待测件发生扭转，第一安装件与第二安装件由于待测件的扭转而跟随待测件转动，从而第二安装件上的第一齿部通过第二齿部带动转动件转动，进而转动件相对第一安装件转动，转动测量组件获取转动件的转动量，并通过第一齿部和第二齿部的传动比能够计算出第一齿部的转动量，从而计算出待测件两端的相对扭转量。由于转动件的转动是由于真实环境中的外力如地震、风等引起的，获得扭转量误差较小、参考价值较大。

在本申请第二方面的一些实施例中，转动测量组件包括第一齿轮、第二齿轮和转动测量件，第一齿轮与第二齿轮啮合，第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径，第一齿轮固定安装于转动件，第二齿轮可转动地安装于待测件，转动测量件安装于第一安装件，转动测量件用于获取第二齿轮的转动量，包括：通过获取第二齿轮的转动量，从而计算出转动件的转动量。

上述技术方案中，第二齿轮的直径小于第一齿轮，第二齿轮能够将转动件的转动量放大，有助于转动测量件读取，且使作业人员能够读取变化量明显的转动量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的扭转量测量装置安装于待测件上的示意图；

图2为扭转后的待测件的示意图；

图3为图1中III处的放大图；

图4为本申请实施例提供的扭转量测量装置的第一安装件的示意图；

图5为本申请实施例提供的扭转量测量装置的第二安装件的示意图；

图6为本申请实施例提供的扭转量测量装置的转动件的示意图。

图标：100-扭转量测量装置；10-第一安装件；11-第一安装部；12-第一圆弧过渡部；13-第二安装部；14-第一安装孔；15-第二安装孔；16-第三安装孔；20-第二安装件；21-第一齿部；22-第三安装部；23-第二圆弧过渡部；24-第四安装部；30-转动件；31-第二齿部；40-转动测量件；50-第一齿轮；60-第二齿轮；200-待测件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

目前为了分析建筑的扭转分量或者构件的扭转量，对平动量的监测和计算得到扭转分量，通过三分量加速度传感器和三分量加速度传感器分别测量得到三个分量的加速度值，然后再通过等分查分算法计算得到建筑的扭转量，进而推导得到建筑梁、柱等构件的扭转量。但是该方法是通过测量平动分量，经过计算间接得到扭转分量，存在计算误差大、扭转中心不好确定、构件扭转量与实际可能严重不符等诸多问题。

另一种方法是，通过计算机模拟外加荷载情况下分析建筑结构及其构件的扭转情况，得到数值模拟数据作为研究依据。由于建筑的梁、柱等所处的实际环境很难准确地模拟，比如地震、风等造成的外力，模拟加载难度较大，模拟的外加载荷与实际情况很难对应，该方法只能作为研究手段，在灾后无法对实际建筑破坏情况做出准确判断。

基于此，本申请实施例提供一种扭转量测量装置100，能够利用建筑的梁、柱等所处的环境中的地震、风等外力作为载荷测量建筑的梁、柱的扭转量。

本申请实施例提供一种扭转量测量装置100，将其安装在待测件200上，能够获取待测件200较为准确的、参考价值较大的扭转量。扭转量测量装置100包括第一安装件10、第二安装件20、转动件30和转动测量组件。第一安装件10被配置为安装于待测件200；第二安装件20设有第一齿部21，第二安装件20被配置为安装于待测件200并与第一安装件10在待测件200的轴向上间隔布置；转动件30可转动地安装于第一安装件10，转动件30具有用于与第一齿部21啮合的第二齿部31，待测件200转动能够通过第一齿部21和第二齿部31带动转动件30转动；转动测量组件用于获取转动件30的转动量。

如图1所示，扭转量测量装置100安装于待测件200上，第一安装件10和第二安装件20均固定安装在待测件200，使其在待测件200的轴向上间隔布置，在待测件200上限定出测试段。在地震、风等外力作用下，待测件200发生扭转，第一安装件10与第二安装件20由于待测件200的扭转而跟随待测件200转动，从而第二安装件20上的第一齿部21通过第二齿部31带动转动件30转动，进而转动件30相对第一安装件10转动，如图2所示，待测件200发生扭转是待测件200轴向的两端相对扭转。转动测量组件获取转动件30的转动量，并通过第一齿部21和第二齿部31的传动比能够计算出第一齿部21的转动量，从而计算出待测件200两端的相对扭转量。由于转动件30的转动是由于真实环境中的外力如地震、风等引起的，获得扭转量误差较小、参考价值较大。

其中，待测件200可以是建筑的梁、柱等本身，也可以是专门用作测量实验的构件，以代替施实际建筑的梁、柱。

由于建筑的梁、柱等在正常的实际环境中扭转量比较小，转动件30的转动量也较小，使得扭转测量件难以读取，作业人员数据分析也较困难。因此，如图3所示，在本实施例中，转动测量组件包括转动测量件40、第一齿轮50和第二齿轮60，第一齿轮50与第二齿轮60啮合，第一齿轮50的直径大于第二齿轮60的直径，第一齿轮50固定安装于转动件30，第二齿轮60可转动地安装于第一安装件10；转动测量件40安装于第一安装件10，转动测量件40用于获取第二齿轮60的转动量。第一齿轮50的直径大于第二齿轮60的直径，则转动件30的转动量通过第二齿轮60其转动量会被放大，将转动测量件40安装在直径较小的第二齿轮60上，则转动测量件40获取的是第二齿轮60的转动量，有助于转动测量件40读取数据，且使作业人员能够读取变化量明显的转动量。再通过第一齿轮50和第二齿轮60的传动比计算出第一齿轮50的转动量，从而获得转动件30的转动量，并通过第一齿部21和第二齿部31的传动比能够计算出第一齿部21的转动量，从而计算出待测件200两端的相对扭转量。

当然，在其他实施例中，转动测量组件也可以不包括第一齿轮50和第二齿轮60，转动测量组件仅仅包括转动测量件40，转动测量件40安装于第一安装件10，转动测量件40用于直接获取转动件30的转动量。

建筑的梁、柱的结构形式多样，比如圆柱形、方形柱等。在本实施例中，以方形柱为例进行介绍，即待测件200为方形柱。

在本实施例中，如图1、图4所示，第一安装件10包括第一安装部11、第一圆弧过渡部12和第二安装部13；第一安装部11和第二安装部13分别用于与待测件200的相邻的两个侧面连接。第一安装部11和第二安装部13通过第一圆弧过渡部12连接。第一安装部11和第二安装部13的设置使得第一安装件10能够更加稳定的安装于待测件200，抗外力能力更强。第一圆弧过渡部12的设置使得第一安装部11和第二安装部13在拐角处不易产生应力集中，不易折损。

第一安装件10上还设有用于安装转动件30的第一安装孔14、用于安装第二齿轮60的第二安装孔15和用于定位转动测量件40的多个第三安装孔16。本实施例中，第三安装孔16为三个并布置于第二安装孔15的外周，第一齿轮50转动能够带动第二齿轮60相对转动测量件40转动，转动测量件40固定于第一安装件10上。在一些实施例中，第一齿轮50的轴向一端面与第一安装件10的表面接触，则第一齿轮50还能对转动件30起到限位左右，以限制转动件30向靠近第二安装件20的方向移动。当然，在一些实施例中，第一齿轮50也可以与第一安装件10不接触，转动件30与第一安装件10通过轴承等连接，以实现转动件30转动连接于第一安装件10。

在一些实施例中，第一安装件10上可以不设置第二安装孔15，第二齿轮60的转动轴可直接可转动地连接于转动测量件40，通过转动测量件40和第三安装孔16配合实现第二齿轮60相对第一安装件10定位，第一齿轮50转动能够带动第二齿轮60相对转动测量件40转动。

如图1、图5所示，第二安装件20包括第三安装部22、第二圆弧过渡部23和第四安装部24；第三安装部22用于与第一安装部11安装于同一个侧面，第四安装部24用于与第二安装部13安装于同一个侧面。第三安装部22用于与第一安装部11安装于同一个侧面，第四安装部24用于与第二安装部13安装于同一个侧面，使得第一齿部21和第二齿部31能够稳定的啮合。

在本实施例中，第一齿部21为设于第二安装件20的边缘的一小段齿部。第二齿部31为沿转动件30轴向布置的齿部。当然，第一齿部21也可以是沿第二安装件20的边缘布满。

在本实施例中，第三安装部22和第四安装部24垂直布置，能够更好的适应方形柱的外形，使得第三安装部22和第四安装部24的侧面更加贴合。

为了使第一安装件10更好的适应方形柱的外形，第一安装部11和第二安装部13垂直。

在其他实施例中，第一安装件10和第二安装件20也可以是其他形式，比如第一安装件10和第二安装件20为均为环状结构，用于安装于待测件200上并与待测件200同轴布置。

如图1、图6所示，转动件30为长轴，转动件30的轴向的两端分别穿过第一安装孔14。转动件30穿过第一安装孔14的一端设有第二齿部31，转动件30穿过第一安装孔14的另一端用于安装第二齿轮60。其中，设有第二齿部31的一端位于第一安装件10靠近第二安装件20的一侧。

安装时，将第一安装部11连接于与之对应的侧面在宽度方向上的中心位置，第二安装部13连接于与之对应的侧面在宽度方向上的中心位置。第一安装部11和第二安装部13均安装于对应的侧面的宽度方向的中心位置，在待测件200发生扭转的过程中，第一安装部11和第二安装部13相对位置不会变化，第一安装件10不会被拉扯变形。

同样地，将第三安装部22连接于与之对应的侧面在宽度方向上的中心位置，第四安装部24连接于与之对应的侧面在宽度方向上的中心位置。第三安装部22和第四安装部24均安装于对应的侧面的宽度方向的中心位置，在待测件200发生扭转的过程中，第三安装部22和第四安装部24相对位置不会变化，第二安装件20不会被拉扯变形。

在本实施例中，第一安装件10和第二安装件20均被配置为可拆卸地安装于待测件200。便于更换第一安装件10和第二安装件20，也使得第一安装件10和第二安装件20能够被回收用作下次扭转量测量，节约成本。第一安装件10和第二安装件20与待测件200之间可以是通过螺栓、螺钉等实现可拆卸连接。

在其他实施例中，第一安装件10和第二安装件20与待测件200可以是以焊接等方式实现连接。

第一安装件10和第二安装件20的外周面均为圆弧面，第一齿部21设于第二安装件20的外圆周。当第一安装件10和第二安装件20安装于待测件200时，第一安装件10和第二安装件20的外周面的中心线与待测件200的中心线重合。

在其他实施例中，待测件200也可以是其他结构形式，比如圆柱，第一安装件10和第二安装件20则可以选择适应圆柱形的待测件200的结构，比如，第一安装件10和第二安装件20为圆弧或者圆环状。

本申请实施例还提供一种扭转量测量方法，基于上述任一实施例提供的扭转量测量装置100实施。该方法包括：

步骤1：将扭转量测量装置100安装于待测件200。

将第一安装件10和第二安装件20在待测件200的轴向上间隔布置，在待测件200上限定出测试段，并使第一齿部21和第二齿部31啮合。

步骤2：获取转动件30的转动量。

步骤3：将获取转动件30的转动量传输至终端。

当测量待测件200的扭转量时，在地震、风等外力作用下，待测件200发生扭转，第一安装件10与第二安装件20由于待测件200的扭转而跟随待测件200转动，从而第二安装件20上的第一齿部21通过第二齿部31带动转动件30转动，进而转动件30相对第一安装件10转动，待测件200扭转是所述待测件200轴向的两端相对扭转，转动测量件40获取转动件30的转动量，并通过第一齿部21和第二齿部31的传动比能够计算出第一齿部21的转动量，从而计算出待测件200两端的相对扭转量。由于转动件30的转动是由于真实环境中的外力如地震、风等引起的，获得扭转量误差较小、参考价值较大。

由于在一些实施例中，转动测量组件包括转动测量件40、第一齿轮50和第二齿轮60，将第一齿轮50安装于转动件30上，第二齿轮60安装于第一安装件10，使第一齿轮50与第二齿轮60啮合，第一齿轮50的直径大于第二齿轮60的直径，第一齿轮50固定安装于转动件30，转动测量件40相对第一安装件10位置固定，转动测量件40用于获取第二齿轮60的转动量。因此，获取转动件30的转动量的步骤还包括：通过获取第二齿轮60的转动量，从而计算出转动件30的转动量。第二齿轮60的直径小于第一齿轮50，第二齿轮60能够将转动件30的转动量放大，有助于转动测量件40读取，且使作业人员能够读取变化量明显的转动量。再通过第一齿轮50和第二齿轮60的传动比计算出第一齿轮50的转动量，从而获得转动件30的转动量，并通过第一齿部21和第二齿部31的传动比能够计算出第一齿部21的转动量，从而计算出待测件200两端的相对扭转量。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。