[發(fā)明專利]基于變形分解的平面鋼構(gòu)件穩(wěn)定性監(jiān)測方法

有效

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• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN104990532B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王東煒;孫攀旭;李勝利;陳娜;王棟;劉玉森;王文君
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司41111
• 代理人: 陳大通

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于變形分解的平面鋼構(gòu)件穩(wěn)定性監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)由于其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、力學(xué)性能好、工廠化制造、安裝簡捷、施工周期短、抗震性能好、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。但同時，由于自身易失穩(wěn)，且無明顯征兆的缺點(diǎn)，使得鋼構(gòu)件穩(wěn)定性有效的監(jiān)測方法成為亟待解決的工程實際問題。

目前，針對鋼構(gòu)件的檢測方法有：根據(jù)結(jié)構(gòu)振動與穩(wěn)定性的相關(guān)性，以振動頻率作為監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測；利用鋼構(gòu)件的紅外線熱像及紅外輻射溫度特征，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的失穩(wěn)監(jiān)測；在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位布置雙鋼管失穩(wěn)監(jiān)控部件，當(dāng)構(gòu)件承受的軸向荷載達(dá)到一定值時，內(nèi)鋼管發(fā)生失穩(wěn)，與外鋼管內(nèi)壁接觸后橫向變形受到抑制，并發(fā)出失穩(wěn)警報；利用應(yīng)變和位移傳感器，根據(jù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時的鋼構(gòu)件應(yīng)變和位移規(guī)律進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測。

就目前的監(jiān)測方法而言，振動頻率監(jiān)測法和紅外線監(jiān)測法均有操作復(fù)雜，成本較高的缺點(diǎn)；雙鋼管失穩(wěn)檢測法則由于內(nèi)鋼管失穩(wěn)后，方能進(jìn)行穩(wěn)定性判定，故具有一定的滯后性；而普通的應(yīng)變和位移監(jiān)測法，由于難以直接獲取反映結(jié)構(gòu)失穩(wěn)本質(zhì)的豎向彎曲變形信息，而難以成為鋼構(gòu)件穩(wěn)定性監(jiān)測的有效方法。鋼構(gòu)件發(fā)生失穩(wěn)是由于其豎向彎曲變形過大造成的，基于正交理論的變形分解法可以在實現(xiàn)剛?cè)岱蛛x的同時，分解出鋼構(gòu)件的豎向彎曲變形以及豎向變形在柔性變形中所占比例，并對鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性進(jìn)行有效監(jiān)測，因此，基于變形分解的平面鋼構(gòu)件穩(wěn)定性檢測在建筑行業(yè)中鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中具有重要的意義。目前，基于變形分解的平面鋼構(gòu)件穩(wěn)定性監(jiān)測方法尚未發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種基于變形分解的平面鋼構(gòu)件穩(wěn)定性監(jiān)測方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于變形分解的平面鋼構(gòu)件穩(wěn)定性監(jiān)測方法，包括以下步驟:

(1)取待監(jiān)測平面鋼構(gòu)件，沿高度方向，由側(cè)面底部向上依次以鋼構(gòu)件寬度b為單位，進(jìn)行b×b正方形網(wǎng)格劃分，直至距鋼構(gòu)件頂部距離小于桿件寬度b為止，得到N個正方形網(wǎng)格，然后在各網(wǎng)格頂點(diǎn)處均布置一個位移傳感器；

(2)待平面鋼構(gòu)件投入使用后，通過位移傳感器檢測，可得到第j(j＝1、2…N)個正方形網(wǎng)格的4個頂點(diǎn)的位移向量：

Δ_j＝(u_j1 v_j1 u_j2 v_j2 u_j3 v_j3 u_j4 v_j4)(1)

其中：u_ji(i＝1,2,3,4)為第j個正方形網(wǎng)格四個頂點(diǎn)水平方向的位移值；

v_ji(i＝1,2,3,4)為第j個正方形網(wǎng)格四個頂點(diǎn)豎直方向的位移值；

(3)根據(jù)變形分解法，對第j(j＝1、2…N)個正方形網(wǎng)格所圍區(qū)域的變形進(jìn)行基本位移和變形的分解，得到：

d_j＝Δ_jB^T(2)

其中矩陣B為四節(jié)點(diǎn)正方形單元基矩陣：

四節(jié)點(diǎn)正方形單元基矩陣B行向量所表示的基向量依次為：水平方向剛體位移基向量、豎向剛體位移基向量和剛體轉(zhuǎn)動位移基向量，以及水平方向拉壓變形基向量、豎向拉壓變形基向量、水平方向彎曲變形基向量、豎向彎曲變形基向量和剪切變形基向量；

d_j為正方形網(wǎng)格j所圍區(qū)域的變形在單元基矩陣上的投影向量：

d_j＝(d_j1 d_j2 d_j3 d_j4 d_j5 d_j6 d_j7 d_j8)(4)

其中d_ji(i＝1,2...8)為第j個正方形網(wǎng)格所圍區(qū)域的變形在第i種基本位移或變形上的投影系數(shù)；

(4)舍去前三項剛體位移，以實現(xiàn)剛?cè)岱蛛x；并由：

可得豎向彎曲變形在各種基本變形中所占比例；

進(jìn)而，平面鋼構(gòu)件豎向彎曲變形所占比例為