[发明专利]树木风致扭矩与剪切弹性模量测试方法

说明书

一种测定风致树扭矩和树干剪切弹性模量方法。偏冠树木在大风作用下会产生扭裂破坏，为防止城市行道树或园林古树因此导致的对游客和行人的伤害，人们需要知道树干的抗扭刚度以及风扭矩与风速之间的关系，以便及时采取防护措施。风致树扭矩的测定，是通过如图所示在立木树干上安装一对与树干轴向成±45°角的交叉叠放的位移传感器，先在大风条件下建立最大切应变与风速之间的关系再在无风条件下通过施加偏心拉力，建立扭矩与最大切应变的关系M_n＝F·e＝g(γ_LT)，联立即可获得“风致树扭矩特性方程”立木剪切弹性模量测试，也是如图安装位移传感器，通过施加偏心拉力F，读取拉力为F1、F2时的剪切应变值γ_LT,1、γ_LT,2，即可计算剪切弹性模量。

技术领域

本发明属于林木安全防护领域，涉及测量风致树扭矩和立木剪切弹性模量实验方法。

背景技术

风灾害常给森林资源和林业生产带来严重破坏，城市行道树和园林古树也会因此发生断裂而对行人和游客的生命安全造成危害。

偏冠树木受狂风作用常发生先扭裂失去整体刚度后再折断。为了评估树木抗风扭断裂破坏，需要量化风压作用在树冠上所形成的扭矩，即构建树扭矩与风速之间的关系。

风压施加在树上所形成的风扭矩会受到树冠形状和大小、树叶特征、林带高度和宽度、透风系数以及风向、风速等等诸多因素影响。之前尚无量化风致树扭矩的技术。

立木的剪切弹性模量G_LT是反映树干抗扭刚度的物理参数，切应变与G_LT相乘即为树木顺纹面上切应力。

树木的剪切弹性模量以往是采用小尺寸试件在实验室里测试。不仅工作量大，且由于在试件制作和实验过程中试件的含水率会减小，采用小试件测得的剪切弹性模量往往与立木的剪切弹性模量有较大的差距。

无论是量化风致树扭矩，还是测试立木弹性模量，都基于树干扭转切应变的测试技术。而在此之前，尚未见有关于如何测量树干扭转切应变的研究报道。

发明内容

本发明提出了一种构建树木风致扭矩与风速之间关系的实验方法

按照图1方式安装位移传感器和风速仪，在大风条件下采集传感器记录的数据，就可以建立树干的最大切应变与风速之间的关系：

在无风条件下，按照图2方式安装位移传感器，并对该树木侧枝上施加一个偏心距为e的水平拉力F，即可建立扭矩与最大切应变的关系：M_n＝F·e＝g(γ_LT)

联立这两个实验所建立的关系式，就可以得到该树木的风致扭矩特性方程，即

本发明提出了一种可在现场测量树木剪切弹性模量G的方法

在无风条件下，按照图2方式安装位移传感器，并对该树木侧枝上施加一个偏心距为e的水平拉力F。

读取拉力分别为F1、F2时所对应的切应变值γ_LT,1、γ_LT,2，连续加载-卸载6次，取后5

次的平均值，即为该树干的剪切弹性模量G_LT：

与已有技术相比，本发明的有益效果如下：

所述风致扭矩特性方程具有特定性和条件唯一性。并且实验方法简单、准确，对于研究风灾害导致的树木扭转破坏有较大的帮助。

所述测量立木剪切弹性模量的方法，可以在现场直接测量立木弹性模量G_LT，操作简单、方便、误差较小。

无论是量化风致树扭矩，还是测试立木剪切弹性模量，都基于测试树干扭转切应变的核心技术。