[发明专利]钢结构残余应力检测方法

说明书

一种钢结构残余应力应变检测方法，在原有钻孔法的基础上进一步做了改进，进一步优化了钢结构残余应力测量中的具体参数的要求，通过精确的设定钻孔的直径，钻孔的深度、钻孔的分布情况、钻孔的倾斜角度和钻孔与应变片的距离等参数，使得测试的结构更为精确，尤其是对于各个孔的倾斜角度的研究，打破了传统技术中只是钻垂直孔的缺陷，通过钻取倾斜在所述角度范围内的倾斜孔，能够更加精确的获取钻孔周围应力变化的情况，同时还尽可能的加深孔的深度，减小在竖直方向上的深度，减小了对测试构件的破坏。

技术领域

本发明涉及一种对钢结构中残余应力应变检测的方法，具体的说是一种利用钻孔法检测钢结构内部残余应力应变的方法，相对于现有技术中现有的钻孔法具有更精确，简单易行的特点。

背景技术

随着现代建筑结构技术的发展，钢结构在建筑中使用频率越来越高，对钢结构的设计要求也越来越高，出现了各种形式各样的钢结构工程。工程上，构件残余应力和构件使用过程中的外作用力相互作用叠加，因而残余应力对结构的强度、疲劳性能和使用寿命影响很大。残余应力的存在，一方面工件会降低强度，使工件在制造时产生变形和开裂等工艺缺陷；另一方面又会在制造后的自然释放过程中使工件的尺寸发生变化或者使其疲劳强度、应力腐蚀等力学性能降低。因此，残余应力的测量，对于确保工件的安全性和可靠性有着非常重要的意义。因而需要通过一定试验测量来定量评价工程结构中残余应力的大小，方向和分布，评价残余应力对结构使用性能的影响程度，以便更准确评估工程结构在服役过程中的安全性。近几年来，也出现了多种检测的方法。

当物体受到外力超过弹性极限荷载后，即处于弹塑性状态时，若对其卸载，则在卸载过程中，应力应变分量的该变量和应变分量的该变量之间有着弹性关系，将外荷载的该变量作为假想荷载作用到物体上，按弹性理论求出应力和应变，即应力和应变的该变量，从卸载前的应力和应变减去这些改变量就得到卸载后的应力和应变。应力的改变量是按照弹性计算的，而卸载前的应力是按照弹塑性体计算的。所以他们不会完全相等，两者之差就是残余应力。

目前，传统的残余应力的检测方法有机械释放测试法和无损测量法两种，机械释放法是将具有残余应力的钢结构部件从构件中分离或切割出来，使其应力释放，然后测量其应变的变化求出残余应力，该方法会对工件造成一定的损伤和破坏，但该方法的优点是测量精度较高，理论完善，技术成熟，目前仍广泛应用，主要包括钻孔法、环芯法和分割切条法等，其中以浅盲孔法的破坏性最小。无损检测法主要包括X射线法，X射线衍射法、中子衍射法、扫描电子声显微镜法、超声法和磁性法等，其优点是对测试构件无损坏，但成本高，设备昂贵。

钻孔法是目前采用最普遍的方法，也是发展最为成熟的方法，如图1所示，其基本原理是在具有残余应力的构件表面上钻一个小孔，使得孔的邻近区域内由于部分应力释放而产生相应的位移和应变，采用粘贴应变片等方式测量这些位移和应变，最后通过换算便可以得到钻孔深度方向上的平均残余应力。具体为：对钢结构在单向应力下进行钻孔，使其应变片A上的应变完全释放，设完全释放后应变片A上的应变完全释放，设释放后应变片A的输出为ε，则应力σ可表示为σ＝E*ε/K，其中K习惯上成为应变片A的释放系数。

虽然钻孔法在目前已经发展较为成熟，具有精度较高，操作简单易行，成本低的优点，但这些年来，还仅仅停留在传统的操作上，没有较大的技术突破，测量精度没有明显的提高，研究也不够深入，对于钻孔的直径大小，深度尺寸以及钻孔数量和分布，应变片与钻孔的位置关系，都没有规范的规定，测量时，仅仅根据测量人经验进行，无法得到更加精确的要求。

发明内容

本发明为了要解决上述现有技术中存在的不足，提供一种利用钻孔法对钢结构中残余应力应变进行精确测量的方法，其中对钻孔的形式、深度、钻孔的直径、钻孔的数量和钻孔的分布情况以及应变片与钻孔的位置关系都做了精确的规定，显著提高了测量的精度，具有操作性强，测试简单的优点，。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用钻孔法测试钢结构残余应力的方法，包括如下步骤：