[发明专利]基于临界折射纵波的钢构件绝对应力分布的检测方法

说明书

本发明公开了一种基于临界折射纵波的钢构件绝对应力分布的检测方法，通过标定临界折射纵波在钢构件一组声程上的应力‑声时差系数，采用单发双收传感器组检测临界折射纵波在在役钢构件对应声程上的传播声时，求解钢构件的绝对应力，从而得到钢构件绝对应力沿轴向的分布；所述单发双收传感器组包含一个发射传感器和两个接收传感器。采用本发明的技术方案，能够实现对在建和已建钢构件绝对应力沿轴向分布的无损检测；可以实现在役钢构件局部绝对应力的测试，得到在役钢构件绝对应力分布，尤其是可以准确测试构件绝对应力梯度较大区域应力分布。

技术领域

本发明属于钢构件绝对应力无损检测领域，尤其涉及一种基于临界折射纵波的钢构件绝对应力分布的检测方法。

背景技术

为适应经济和社会发展，我国已经建设诸多大跨桥梁、高层建筑和大跨空间等钢结构建筑。这些结构投资大、结构复杂、服役环境恶劣，在其建造与长期服役过程中，将遭受环境侵蚀、疲劳荷载、强/台风、地震、洪水/暴雨等多种灾害作用，其空间应力状态会发生明显变化，这将对钢结构安全造成不利的影响，这些结构一旦破坏失效将带来巨大的直接和间接经济损失以及恶劣的社会影响。因此，研究已建钢结构绝对应力无损检测方法，可直接得到结构安全状态，这将为掌握钢结构长期服役的累积损伤和性能退化提供有效手段，并对确保不同环境下钢结构建筑正常使用有重要意义。

现有应力无损检测方法主要分为机械方法和物理方法两大类。由于机械方法检测过程中会对钢结构造成破坏，因此不适用于已建钢结构绝对应力的检测。应力检测的物理方法主要包括电阻应变计法、光弹性法、X射线法、磁弹性法等，这些方法或因只能检测表面应力、或因仪器操作复杂不适用于现场检测等原因不适用于钢结构构件绝对应力的快速无损检测。因此，寻求一种专门针对钢构件绝对应力状态的高性能无损检测方法，是结构健康监测领域亟须解决的问题。

基于声弹性效应的超声波绝对应力无损检测方法，因其检测过程快速、仪器操作方便、结果可靠性好等优点受到国内外学者的关注和研究。李祚华等人在CN201410181350.2中提出采用Lcr波法无损检测在役钢结构构件内部绝对应力，实现了钢构件绝对应力的无损检测。但是，超声波法检测的应力是超声波传播声程上的平均应力，对于应力梯度较大的构件，采用超声波法检测应力结果并不准确，这制约了采用超声波检测构件绝对应力的研究和应用。因此，提出一种采用超声波法检测构件绝对应力沿轴向分布的检测方法，对于超声波法绝对应力检测的研究和应用推广具有重要意义。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种基于临界折射纵波的钢构件绝对应力分布的检测方法，能够实现对在建和已建钢构件绝对应力沿轴向分布的检测。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种基于临界折射纵波的钢构件绝对应力分布的检测方法，其通过标定临界折射纵波在钢构件一组声程上的应力-声时差系数，采用单发双收传感器组检测临界折射纵波在在役钢构件对应声程上的传播声时，求解钢构件的绝对应力，从而得到钢构件绝对应力沿轴向的分布；所述单发双收传感器组包含一个发射传感器、第一接收传感器和第二接收传感器。采用所述单发双收传感器组是为了精确测量临界折射纵波在构件中的传播声时。与现有技术相比，本发明的技术方案在自主设计的单发双收传感器组上，选用临界折射纵波，可以检测钢构件绝对应力沿轴向方向的分布。

作为本发明的进一步改进，所述发射传感器位于第一接收传感器的一侧，所述第二接收传感器位于第一接收传感器的另一侧，所述第一接收传感器与发射传感器固定连接，所述第一接收传感器、第二接收传感器分别与游标卡尺的两个外侧量爪连接。

其中，所述游标卡尺包括固定外量爪和活动外量爪，所述固定外量爪与所述第一接收传感器固定连接，所述活动外量爪与所述第二接收传感器固定连接。作为本发明的进一步改进，所述钢构件的绝对应力采用以下公式计算得到：(1)

其中，i为非负整数，j＝i+1，i表示钢构件上从一端到另一端从0开始依次标记的测量点编号；