[發明專利]基于超聲回波的高強螺栓連接節點板壓緊度檢測方法

有效

• 申請號: 201710481381.3
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107167273B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 陳小佳;郭新;崔太雷;蔡宇清;李南南
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01L5/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

本發明公開了一種基于超聲回波的高強螺栓連接節點板壓緊度檢測方法，其包括如下步驟：通過超聲無損探傷儀在沒有擰緊螺母的拼接板上進行一次超聲檢測，計算得到沒有擰緊螺母時的超聲回波損耗率r'；擰緊螺母使拼接板之間產生壓力，通過超聲無損探傷儀在擰緊螺母的拼接板上進行一次超聲檢測，計算得到擰緊螺母時的超聲回波損耗率r；根據r'和r求得拼接板間真實接觸面積；根據拼接板間真實接觸面積計算拼接板間壓緊度；本發明能直接、快速、準確測量高強螺栓連接節點板的壓緊度，得出準確的節點板狀態。

技術領域

本發明屬于高強螺栓節點板狀態的評估和檢測領域，具體涉及一種基于超聲回波的高強螺栓連接節點板壓緊度檢測方法。

背景技術

隨著國家對鋼結構的大力推廣，鋼結構已經在各行各業得到了廣泛的應用。高強螺栓節點板是鋼結構十分常見的連接結構，其作用是通過壓緊的連接板之間的摩阻力來傳遞節點力。

國內外對于高強螺栓節點板施工和運行質量的評估方法有扭矩扳手法、伸長值法和基于聲彈性原理的超聲波應力測量法，這些方法各有優缺點，且均采用檢測高強螺栓軸力的方法間接推測節點板技術狀態，但是節點板狀態主要由節點板間壓緊度決定，因此上述方法得出的節點板狀態不準確。

超聲波在鋼材中的傳輸損失很小，在異質界面上會發生反射、折射等現象，不能通過氣體固體界面，所以超聲波傳播到金屬與缺陷的界面處時，會部分反射。鋼結構工程高強螺栓摩擦型連接節點板一般采用表面涂摩擦漆的方式保證節點板表面粗糙度在規范規定范圍內。為保證足夠的摩擦力，鋼結構工程高強螺栓摩擦型連接節點板一般采用噴丸、噴砂、表面涂無機富鋅防滑涂料或自然生銹的方式保證節點板表面粗糙度在要求范圍內。因此，當節點板受壓緊力貼合在一起時，微觀結構凸起部分會和另一塊節點板緊貼，凹下部分并沒有與另一塊節點板接觸，這就使得節點板間一部分面積為固體-固體接觸，另一部分面積未發生接觸，間隙以空氣填充。超聲波無法通過節點板間的固體-空氣界面，從而被反射回來，并會在節點板內形成多次反射。超聲波在固體和固體連接處發生透射，在固體與空氣邊界處發生部分透射和部分反射，超聲波在層板表面產生反射和透射，按照規定的表面粗糙程度和表面摩擦漆處理，高強螺栓緊固力越大，節點板間實際接觸面積越大，透射波越多，反射回波能量越弱。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于超聲回波的高強螺栓連接節點板壓緊度檢測方法，該方法能直接、快速、準確測量高強螺栓連接節點板的壓緊度，得出準確的節點板狀態。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于超聲回波的高強螺栓連接節點板壓緊度檢測方法，利用超聲波在不同壓緊程度節點板處反射和透射波的差異，定量檢測節點板之間的壓緊力，包括如下步驟：

通過超聲無損探傷儀在沒有擰緊螺母的拼接板上進行一次超聲檢測，此時，拼接板間無壓力，真實接觸面積為0，檢測超聲在節點板內兩次回波聲強度，計算得到在未擰緊螺母狀態下兩次回波聲強度之比(超聲回波損耗率)r′；

擰緊螺母使拼接板之間產生壓力，通過超聲無損探傷儀在擰緊螺母的拼接板上進行一次超聲檢測，計算得到擰緊螺母時的超聲回波損耗率r；

根據公式求拼接板間真實接觸面積A_r；

使用分形理論描述節點板表面粗糙峰形貌，定量分析節點板壓緊度與板間真實接觸面積的關系，利用公式

計算拼接板間壓緊度P；其中：G和D是分形參數，H為材料的硬度，σ_y為材料的屈服強度，K＝H/σ_y，材料特性系數φ＝σ_y/E',為彈塑性臨界接觸面積，和為無量綱參數。

按上述方案，超聲無損探傷儀的超聲探頭為雙晶超聲探頭，該雙晶超聲探頭放置位置為節點板表面上，且與周圍高強螺栓中心線距離相等處，以確保測得的數據準確可靠。