[发明专利]一种杆件连接节点中的摩擦型高强螺栓脱落识别方法

说明书

本发明公开了一种杆件连接节点中的摩擦型高强螺栓脱落识别方法，步骤10)在杆件连接节点拼接板上布设测点，各测点上设置温度传感器和光纤光栅应变传感器；步骤20)建立各测点位置的轴向应变随温度场的线性变化率；步骤30)建立线性变化率沿杆件横截面方向的分布曲线；步骤40)对步骤30)建立的每条分布曲线进行积分，并得到对应积分值；步骤50)计算相邻积分值的一阶差分绝对值，将其沿杆轴方向的分布曲线作为基本曲线；步骤60)返回步骤20)，得到一阶差分绝对值在第r天沿杆轴方向的实时曲线；步骤70)利用实时曲线与基本曲线之差对螺栓进行脱落识别。本发明的识别方法能够较准确地识别高强螺栓脱落位置。

技术领域

本发明属于桁架结构健康监测和安全性能评估领域，具体来说，涉及到一种杆件连接节点中的摩擦型高强螺栓脱落识别方法。

背景技术

在高速铁路桥梁中，钢桁架桥这类桥梁结构形式因兼有较大跨度、较轻自重和较强刚度等优点而被广泛采用。例如，贵广南广铁路广州枢纽跨东平水道特大桥(2014年通车)、京沪高速铁路南京大胜关长江大桥(2011年通车)和武广客运专线天兴洲长江大桥(2009年通车)。高速铁路钢桁架桥的杆件连接普遍采用摩擦型高强螺栓连接方式。这种连接方式是在摩擦型高强螺栓的预紧力下通过拼接板接触面摩擦力传递剪力，在抗滑移设计时摩擦力不允许超过极限状态，因而具有剪切变形小、抗疲劳能力强且适用于承受动力荷载等优点。

然而，在实际服役环境下，高速铁路钢桁架桥中的连接节点普遍存在高强螺栓断裂问题。例如，南京大胜关长江大桥自2011年开始运营至2016年，其桁架节点已有277套高强螺栓发生断裂。高强螺栓断裂不仅会降低桁架节点的抗滑移承载力，还会导致拼接板和剩余高强螺栓受力情况发生重分布现象，进而威胁到杆件连接节点的剪力安全传递。已有研究表明，当传力比大的高强螺栓断裂数量达到一定程度后，会极易导致剩余高强螺栓所受剪力超过其抗剪承载力而出现剪切滑移破坏。由于桥梁日常养修作业存在检查周期(例如南京大胜关长江大桥每月检查一遍)，而且日常养修作业必须在天窗点进行，导致检修人员无法及时发现并更换断裂螺栓。目前研究尚未明确给出在服役环境下摩擦型高强螺栓脱落识别方法，导致许多高铁桥梁桁架节点仍旧在高强螺栓断裂的情况下继续服役而存在安全隐患。

因此，研究在服役环境下摩擦型高强螺栓脱落识别方法，具有重要学术价值和工程意义。

发明内容

技术问题：为解决摩擦型高强螺栓脱落难以识别问题，本发明提出一种杆件连接节点中的摩擦型高强螺栓脱落识别方法，以识别杆件连接节点中的摩擦型高强螺栓是否脱落，确保架桥的安全工作。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种杆件连接节点中的摩擦型高强螺栓脱落识别方法，该方法包括如下步骤：

步骤10)在杆件连接节点拼接板上布设测点，各测点上设置温度传感器和光纤光栅应变传感器，利用温度传感器监测并采集连接节点拼接板上的温度场，利用光纤光栅应变传感器监测并采集连接节点拼接板上的轴向应变；

步骤20)建立各测点位置的轴向应变随温度场的线性变化率；

步骤30)采用拉格朗日插值方法建立线性变化率沿杆件横截面方向的分布曲线；

步骤40)对步骤30)建立的每条分布曲线进行积分，并得到对应积分值；

步骤50)计算相邻积分值的一阶差分绝对值，将其沿杆轴方向的分布曲线作为基本曲线；

步骤60)返回步骤20)，得到一阶差分绝对值在第r天沿杆轴方向的实时曲线D_x,r；第r天在杆件服役初期内；将第1天的一阶差分绝对值沿坐标x的分布曲线D_x,1，作为一阶差分值沿杆轴方向的基本曲线；

步骤70)利用实时曲线与基本曲线之差对螺栓进行脱落识别。