對盲孔法檢測鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，本文旨在通過實(shí)驗(yàn)數(shù)值分析，來驗(yàn)證盲孔法應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件殘余應(yīng)力檢測的可行性。
實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備
儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JH-30殘余應(yīng)力檢測儀、JHZK殘余應(yīng)力專用鉆孔裝置。
試件設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)是在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面上鉆盲孔，檢測鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上某點(diǎn)的表面工作應(yīng)力，通過實(shí)驗(yàn)掌握該方法的適用情況及影響參數(shù)，為工程實(shí)際檢測提供指導(dǎo)和依據(jù)；同時(shí)了解鉆孔后孔周圍應(yīng)變的釋放情況，了解不同受力狀態(tài)和不同表面應(yīng)力分布情況下的鉆孔釋放規(guī)律。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康墓策x取兩個(gè)試件，且均為熱軋HN300*150型鋼。鋼材為Q235級，其屈服強(qiáng)度為215N/mm2。為避免局部失穩(wěn)，在支座及加載點(diǎn)分別采用坡口焊接加勁肋，并采取一定的措施盡可能消除焊接殘余應(yīng)力。同時(shí)為了確定試件在受力情況下的實(shí)際工作狀況，在試件同一截面開孔位置的對側(cè)布置監(jiān)測應(yīng)變片。
試驗(yàn)中殘余應(yīng)力檢測儀自動(dòng)記錄釋放應(yīng)變值，從鉆孔完成后的3min開始觀察釋放應(yīng)變值，然后每隔1min觀察一次，直到前后兩次的應(yīng)變差值在±1με，打印測量的釋放應(yīng)變值。將釋放應(yīng)變值減去鉆孔產(chǎn)生的附加切削應(yīng)變后，即得到鉆孔后工作應(yīng)力引起的釋放應(yīng)變，它們是用來計(jì)算工作應(yīng)力的。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)值分析
關(guān)鍵參數(shù)A、B值的影響因素
綜合現(xiàn)場的試驗(yàn)結(jié)果，可以得出盲孔法實(shí)測釋放應(yīng)變值與施加外荷載的關(guān)系，如圖1所示。
從圖1可以看出，構(gòu)件的釋放應(yīng)變值隨著工作應(yīng)力的增大而增加，基本上呈線性關(guān)系，結(jié)合盲孔法理論計(jì)算公式可以大致看出A、B值隨應(yīng)力水平的變化情況，基本上與應(yīng)力水平無關(guān)。但在高應(yīng)力區(qū)，由于塑性應(yīng)變的影響，造成A、B值不準(zhǔn)確的情況，將在下文進(jìn)行闡述。
為了保證試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)可靠性，本次實(shí)驗(yàn)還進(jìn)行了部分與盲孔法對應(yīng)位置的未開孔情況下的實(shí)測工作應(yīng)力，為后期A、B值的計(jì)算和分析提供第一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。工作荷載與實(shí)測對照應(yīng)力值關(guān)系如圖2所示。
從圖2可以看出，其與圖1所示規(guī)律大致相同，即可以初步得出A、B值基本上與應(yīng)力水平無關(guān)的結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)所得A、B值
如上文所述，以實(shí)測應(yīng)力值為準(zhǔn)，根據(jù)計(jì)算公式得出各試驗(yàn)構(gòu)件的A、B值。
從計(jì)算結(jié)果可以看出A、B值的大致分布情況，當(dāng)所開盲孔深度、孔徑、測量應(yīng)變片布置一致的情況下，所計(jì)算出的A、B值基本上與構(gòu)件的工作應(yīng)力水平無關(guān)，這也印證了上文所述的盲孔法應(yīng)用于實(shí)際工程中，負(fù)荷狀態(tài)下鋼結(jié)構(gòu)件應(yīng)力水平測量方法的可行性。
為使計(jì)算分析準(zhǔn)確合理，綜合試驗(yàn)構(gòu)件樣本，可得本次試驗(yàn)計(jì)算的A、B值。
總結(jié)上述計(jì)算成果，得到未經(jīng)鉆孔切削應(yīng)變修正后的A、B計(jì)算值，其中，A=-0.06948，B=-0.18103。此綜合A、B計(jì)算值為初步值，其中包括了當(dāng)前試驗(yàn)中所有的實(shí)際應(yīng)變影響，如構(gòu)件整體并非完全處于純彎曲狀態(tài)，構(gòu)件試驗(yàn)中鉆頭鉆孔時(shí)切削等的影響，近似與實(shí)際工程中構(gòu)件的應(yīng)力水平一致。
結(jié)論
通過實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了盲孔法應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)件應(yīng)力檢測的可行性，給出了盲孔法應(yīng)力計(jì)算中的關(guān)鍵參數(shù)A、B的回歸值，為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力檢測提供了新的方法。
