钢桁架应力感应电动势测试实验研究

论文摘要

近些年来,钢结构作为当前的一大热点,已经被非常广泛地应用到各个领域。钢桁架是钢结构中很重要的结构形式,在实际工程中的应用非常广泛,如钢屋架、钢托架、钢通廊、钢斜桥、管架等。我们在很多实体建筑中都可以看到钢桁架的影子,如大型体育馆、会展中心和大型商场钢屋顶、机场候机厅的大跨度钢桁屋架、大跨度钢桥、重型工业厂房、高层钢结构建筑等设施。钢结构发展机遇前所未有,钢结构的事故也触目凉心,建筑中因为钢桁架内部问题而产生的事故也时有发生。目前,钢桁架结构测试技术主要有：电阻应变片传感器、光纤传感器、振弦传感器、局部应力解除法、MAE磁声法、磁弹法等。这些测试技术多依赖结构变形测量结构应力,但是一旦结构变形完成,想知道此时由于永久荷载产生的构件应力是很困难的。为了弥补钢桁架结构测试技术的不足,我们进行钢结构构件应力电磁效应实验研究,希望对钢桁架内部结构构件应力变化进行适时监测。本论文采用实验方法,建立实验系统,对平面钢桁架在跨中集中力作用下的各个杆件进行应力、应变与感应电动势实验研究,通过对实验数据的分析与处理,建立应力、应变与感应电动势之间的数学模型及一般数学表达式。根据力学原理和电磁学理论,探索钢桁架各个杆件应力与感应电动势的内在理论关系。实验结果表明：当传感线圈的磁芯垂直于杆件受力方向放置时,磁芯和工字钢翼缘形成的磁路与应力方向垂直,压应力作用下,随压应力增大,感应电动势不断减小；拉应力作用下,随拉应力增大,感应电动势不断增大。当传感线圈的磁芯平行于杆件受力方向放置时(比如斜腹杆),磁芯和圆钢形成的磁路与应力方向平行,拉应力作用下,随拉应力增大,感应电动势不断减小；压应力作用下,随压应力增大,感应电动势不断增大。实验中,应力和应变与感应电动势都成线性变化。实验的同时,用Midas/Civil软件建立钢桁架受力分析模型,计算各个杆件测点部位的应力,并将计算结果与实验结果进行对比,分析产生误差的原因,进一步完善实验理论分析。对比结果表明,实验数据和理论计算比较接近。通过完善实验体系,可以减小实验误差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外研究现状与分析
• 1.1.1 钢桁架应力测试研究背景
• 1.1.2 国内外钢桁架应力测试技术特点分析
• 1.1.3 传统钢结构应力测试方法中存在的问题
• 1.2 论文解决的关键问题
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 钢桁架应力电学测试的理论基础
• 2.1 钢材应力感应电动势的理论基础
• 2.1.1 电流磁场理论
• 2.1.2 电磁感应理论
• 2.1.3 铁磁质材料磁化强度
• 2.2 钢材应力感应电动势的测试原理
• 2.2.1 应力作用下的磁矩偏转
• 2.2.2 涡旋电场与感应电动势
• 2.2.3 感应电动势变化原因
• 2.3 钢桁架应力感应电动势测试理论模型
• 第三章 钢桁架应力感应电动势测试系统
• 3.1 钢桁架应力感应电动势测试的方法
• 3.2 实验测试系统的组成
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 电磁传感系统
• 3.2.3 加载系统
• 3.2.4 应变采集系统
• 3.2.5 感应电动势信号采集系统
• 3.3 实验钢桁架组成及加载
• 3.3.1 钢桁架及其组成
• 3.3.2 实验钢桁架的绝缘
• 3.3.3 钢桁架的加载
• 3.4 杆件感应电动势传感线圈制作
• 3.4.1 圆钢感应电动势传感线圈制作
• 3.4.2 工字钢感应电动势传感线圈制作
• 3.5 感应电动势传感与测试电路
• 3.6 数据采集与标定
• 3.6.1 荷重传感器的标定
• 3.6.2 应力电磁效应信号采集与标定
• 3.7 移动检测功能
• 第四章 钢桁架应力感应电动势测试实验
• 4.1 上弦杆应力感应电动势测试实验
• 4.1.1 上弦杆实验系统图示
• 4.1.2 上弦杆实验过程
• 4.1.3 上弦杆感应电动势随应力变化
• 4.2 下弦杆应力感应电动势测试实验
• 4.2.1 下弦杆实验系统图示
• 4.2.2 下弦杆实验过程
• 4.2.3 下弦杆感应电动势随应力变化
• 4.3 斜腹杆应力感应电动势测试实验
• 4.3.1 斜腹杆实验系统图示
• 4.3.2 斜腹杆实验过程
• 4.3.3 斜腹杆感应电动势随应力变化
• 4.4 竖腹杆应力感应电动势测试实验
• 4.4.1 竖腹杆实验系统图示
• 4.4.2 竖腹杆实验过程
• 4.4.3 竖腹杆感应电动势随应力变化
• 4.5 测试数据处理及变化规律
• 4.5.1 测试数据处理
• 4.5.2 应力感应电动势与应变片测试结果对比
• 4.5.3 实验变化规律
• 第五章 应力计算与电动势测试结果对比分析
• 5.1 钢桁架应力的计算方法
• 5.1.1 钢桁架应力计算的常用方法
• 5.1.2 Midas/Civil6.71软件相关功能
• 5.1.3 用Midas/Civil6.71计算钢桁架应力
• 5.2 钢桁架节点刚性对杆件应力的影响
• 5.2.1 铰接和刚接
• 5.2.2 弹簧支座和半刚性
• 5.2.3 实验采用桁架节点分析
• 5.3 建立钢桁架应力计算模型
• 5.3.1 钢桁架基本参数
• 5.3.2 设置操作环境
• 5.3.3 定义材料和截面
• 5.3.4 建立结构模型
• 5.3.5 输入边界条件
• 5.3.6 释放杆件端部约束
• 5.4 钢桁架应力计算及其结果
• 5.4.1 输入荷载
• 5.4.2 运行结构分析
• 5.4.3 查看分析结果方法
• 5.5 应力计算结果与电动势测试对比
• 5.5.1 确定半刚性系数
• 5.5.2 测试应力与计算应力对比
• 5.5.3 误差因素分析
• 第六章 结论
• 6.1 本文研究的结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历