[发明专利]基于超声回波的高强螺栓连接节点板压紧度检测方法

说明书

本发明公开了一种基于超声回波的高强螺栓连接节点板压紧度检测方法，其包括如下步骤：通过超声无损探伤仪在没有拧紧螺母的拼接板上进行一次超声检测，计算得到没有拧紧螺母时的超声回波损耗率r'；拧紧螺母使拼接板之间产生压力，通过超声无损探伤仪在拧紧螺母的拼接板上进行一次超声检测，计算得到拧紧螺母时的超声回波损耗率r；根据r'和r求得拼接板间真实接触面积；根据拼接板间真实接触面积计算拼接板间压紧度；本发明能直接、快速、准确测量高强螺栓连接节点板的压紧度，得出准确的节点板状态。

技术领域

本发明属于高强螺栓节点板状态的评估和检测领域，具体涉及一种基于超声回波的高强螺栓连接节点板压紧度检测方法。

背景技术

随着国家对钢结构的大力推广，钢结构已经在各行各业得到了广泛的应用。高强螺栓节点板是钢结构十分常见的连接结构，其作用是通过压紧的连接板之间的摩阻力来传递节点力。

国内外对于高强螺栓节点板施工和运行质量的评估方法有扭矩扳手法、伸长值法和基于声弹性原理的超声波应力测量法，这些方法各有优缺点，且均采用检测高强螺栓轴力的方法间接推测节点板技术状态，但是节点板状态主要由节点板间压紧度决定，因此上述方法得出的节点板状态不准确。

超声波在钢材中的传输损失很小，在异质界面上会发生反射、折射等现象，不能通过气体固体界面，所以超声波传播到金属与缺陷的界面处时，会部分反射。钢结构工程高强螺栓摩擦型连接节点板一般采用表面涂摩擦漆的方式保证节点板表面粗糙度在规范规定范围内。为保证足够的摩擦力，钢结构工程高强螺栓摩擦型连接节点板一般采用喷丸、喷砂、表面涂无机富锌防滑涂料或自然生锈的方式保证节点板表面粗糙度在要求范围内。因此，当节点板受压紧力贴合在一起时，微观结构凸起部分会和另一块节点板紧贴，凹下部分并没有与另一块节点板接触，这就使得节点板间一部分面积为固体-固体接触，另一部分面积未发生接触，间隙以空气填充。超声波无法通过节点板间的固体-空气界面，从而被反射回来，并会在节点板内形成多次反射。超声波在固体和固体连接处发生透射，在固体与空气边界处发生部分透射和部分反射，超声波在层板表面产生反射和透射，按照规定的表面粗糙程度和表面摩擦漆处理，高强螺栓紧固力越大，节点板间实际接触面积越大，透射波越多，反射回波能量越弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声回波的高强螺栓连接节点板压紧度检测方法，该方法能直接、快速、准确测量高强螺栓连接节点板的压紧度，得出准确的节点板状态。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于超声回波的高强螺栓连接节点板压紧度检测方法，利用超声波在不同压紧程度节点板处反射和透射波的差异，定量检测节点板之间的压紧力，包括如下步骤：

通过超声无损探伤仪在没有拧紧螺母的拼接板上进行一次超声检测，此时，拼接板间无压力，真实接触面积为0，检测超声在节点板内两次回波声强度，计算得到在未拧紧螺母状态下两次回波声强度之比(超声回波损耗率)r′；

拧紧螺母使拼接板之间产生压力，通过超声无损探伤仪在拧紧螺母的拼接板上进行一次超声检测，计算得到拧紧螺母时的超声回波损耗率r；

根据公式求拼接板间真实接触面积A_r；

使用分形理论描述节点板表面粗糙峰形貌，定量分析节点板压紧度与板间真实接触面积的关系，利用公式

计算拼接板间压紧度P；其中：G和D是分形参数，H为材料的硬度，σ_y为材料的屈服强度，K＝H/σ_y，材料特性系数φ＝σ_y/E',为弹塑性临界接触面积，和为无量纲参数。

按上述方案，超声无损探伤仪的超声探头为双晶超声探头，该双晶超声探头放置位置为节点板表面上，且与周围高强螺栓中心线距离相等处，以确保测得的数据准确可靠。