本發(fā)明是屬于森林風災害監(jiān)測/預測技術領域，通過測定風壓對樹木形成的風載荷大小以及作用點位置，可以對樹木在不同風速下的安全性作精確評估。

背景技術：

由于風壓施加在樹木上所形成的風力或風彎矩會受到樹冠形狀和大小、樹葉特征、林帶高度和寬度、透風系數、地形地貌以及風向、風速等等諸多因素影響，因此如何量化風壓作用在林區(qū)樹木上所形成的風力或風彎矩，是迄今尚未得到很好解決的難題，并因此影響了樹木在大風下斷裂、倒伏風險性評價的準確性。雖然國外現有的樹木風載荷測定方法中對諸多影響因素做了簡化，但在風彎矩與風速關系式中仍然含有較多的不易確定的參數。由于參數獲取不便或粗略，不僅影響了樹木安全性評估的有效性和便利性，甚至難以實施。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于力學測量的測量樹木風載荷的方法，測量樹干在風壓作用下產生的彎矩、扭矩、風力及其風力的作用點位置。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

某一棵樹的風載荷的獲取是通過如下步驟來獲取的：

步驟一：在一次中等大小的大風中(譬如5～6級)，建立樹干最大應變與風速關系式：εmax＝f(v²)

步驟二：在隨后的無風日，采用拉力試驗建立力矩與最大應變關系：m＝g(εmax)

步驟三：將由上述兩種實驗所得到關系式消去應變參量，即可得到該樹木的風致彎矩特性方程，即m＝g(f(v²))。

與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

該方法簡化和精確了樹木受到的風載荷，克服了國外對風載荷作粗略估算的不足，是精確研究風致樹木斷裂、樹木倒伏的前提。除此之外，該方法還可以確定出作用在樹冠上的作用點高度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的大風實驗的示意圖

圖2為本發(fā)明中大風實驗中的傳感器安裝方式

圖3為本發(fā)明中的拉力實驗的示意圖

圖4為本發(fā)明中的測量風壓作用下產生的彎矩、扭矩、風力及其風力的作用點位置的實驗示意圖

圖5為本發(fā)明中的測量風壓作用下產生的彎矩、扭矩、風力及其風力的作用點位置的實驗中傳感器安裝方式

具體實施方式

下面將結合附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式。

所述大風實驗的實驗過程下：在大風來臨前，在所測樹木的樹干上安裝2個位移傳感器，2個位移傳感器沿軸向安裝在樹干的正交直徑,并在樹旁再安裝一個風速傳感器，高度約與樹冠重心高相同(圖1)。起風后，應用數據采集儀記錄各傳感器的信息數據。然后將采集的數據應用分析軟件進行分析處理，即可得到樹干最大應變與風速關系式εmax＝f(v²)，其中，

所述的拉力實驗過程如下：在隨后的無風日，對同一棵樹進行拉力試驗，即在樹上系一接有力傳感器的繩索并施加水平拉力(水平拉力的方向與盛行風向大致相同)，使樹木主干產生彎曲變形。在所測樹木上沿拉力方向在樹干背面安裝一個變形傳感器(圖3)。當樹干被可知拉力作用時，樹木發(fā)生彎曲變形，通過安裝在樹干上的位移傳感器即可測得最大彎曲應變，并建立彎矩與最大應變的關系式m＝g(εmax)。

最后聯立力矩與最大應變關系式和最大應變與風速關系式，就可以得到風致力矩方程：m＝g(f(v²))。

所述確定風力的大小和作用點位置，可以在大風來臨前，在所測樹木的樹干選擇上、下二個橫截面，每個截面各安裝2個測量軸向變形的位移傳感器，2個傳感器均沿橫截面的一對正交直徑軸向安裝，并在樹旁再安裝一個風速傳感器(圖4)。起風后，應用數據采集儀記錄各傳感器的信息數據。然后將采集的數據應用分析軟件進行處理，并應用由拉力實驗得到的彎矩與最大應變的關系式，即可分別得到樹干上對應不同高度的彎矩m1和m2，通過分析即可得到風壓在樹冠上的所形成的風力風力的作用點高度

建立彎矩與最大應變關系式的部分算法：

由軸向傳感器測得軸向應變ε①、ε②，根據mi＝εieπd³(1-α⁴)/32的關系推力矩my、mx，再由即可得到在拉力為f時樹干外周處的最大軸向應變計算式：即可以得到當拉力為f時的樹干外周處的最大軸向應變，從而建立起力矩與最大應變關系式。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種樹木風載荷的測定方法。該測定方法，包括測定樹干在風壓作用下產生的彎矩、扭矩、風力及其風力的作用點位置。風載荷的獲取是通過在樹干不同位置及方位角安裝變形傳感器，測量出樹干在大風作用下產生的最大線應變、最大剪應變與風速之間的關系：εmax＝f(v2)；然后在無風條件下，再對該樹木進行人工拉力實驗，建立彎矩與最大線應變和剪應變的關系：M＝g(εmax)；最后根據上面的兩個公式就可以建立起彎矩與風速之間的關系式M＝g(εmax)，稱之為風致彎矩特性方程。對于選定的樹木，樹木的風致彎矩特性方程具有特定性和有條件唯一性。在此基礎上，還可以繼續(xù)確定出作用在樹冠上的風載荷大小和作用點位置。該方法解決了樹木風載荷不易確定的難題，可用于監(jiān)測/預測林區(qū)樹木和城市行道樹以及園林古樹名木的抗風害能力。

技術研發(fā)人員：邵卓平
受保護的技術使用者：安徽農業(yè)大學
技術研發(fā)日：2017.04.21
技術公布日：2017.08.25