[发明专利]一种检测建筑杆件损伤程度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，特别涉及一种检测建筑杆件损伤程度的方法。

背景技术

根据损伤力学的研究，在外部荷载作用下，建筑杆件内部会产生微裂纹、微孔洞等损伤。由于损伤的存在，建筑杆件的刚度及强度均会降低，且随着损伤程度的增大，建筑杆件的性能也将逐步降低，因此要想准确获得建筑杆件结构的反应需考虑损伤的影响。目前现有技术中常用的检测方法包括：基于理想弹塑性材料本构模型的检测方法、基于等向强化材料本构模型的检测方法以及基于混合强化材料本构模型的检测方法。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足：

由于三维实体单元与空间梁单元在计算简化过程中存在根本区别，因此现有技术中的基于混合强化材料本构模型的检测方法不适用于如单层网壳结构、桁架结构等大跨度空间钢结构中杆件，无法获得此类结构中杆件应力与应变关系及杆件的损伤值，无法考虑材料损伤演化对其屈服强度和杆件刚度的影响，因而不能对杆件的受力性能及其损伤程度进行精确评估；基于理想弹塑性材料本构模型的检测方法、基于等向强化材料本构模型的检测方法适用于如单层网壳结构、桁架结构等大跨度空间钢结构中杆件，但存在较高的误差率，并且由于不能对建筑杆件损伤程度进行正确的检测，使得不能及时的对损伤杆件进行更换，存在较高的事故发生率。

发明内容

本发明提供了一种检测建筑杆件损伤程度的方法，实现了考虑材料损伤演化对其屈服强度和建筑杆件刚度的影响，对建筑杆件的受力性能及其损伤程度进行了精确的检测，降低了误差率和事故发生率，详见下文描述：

一种检测建筑杆件损伤程度的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)通过建筑杆件的内力和外力之差获取建筑杆件两端点的位移向量；

(2)通过所述建筑杆件两端点的位移向量获取t+Δt时刻建筑杆件的应变增量dε_ij；

(3)获取建筑杆件在t时刻的杆件损伤值D_t，根据所述杆件损伤值D_t获取t+Δt时刻建筑杆件的弹性模量E^D、剪切模量G^D和屈服应力

(4)根据所述建筑杆件的应变增量dε_ij和所述建筑杆件的弹性模量E^D获取建筑杆件弹性应力增量Δσ_ij和t+Δt时刻建筑杆件应力预测值^t+Δtσ_ij；

(5)根据所述建筑杆件应力预测值^t+Δtσ_ij判断所述建筑杆件是否处于弹性状态，如果是，则所述建筑杆件应力预测值^t+Δtσ_ij即为t+Δt时刻建筑杆件应力；如果否，则处于塑性状态，获取所述t+Δt时刻建筑杆件应力；

(6)计算建筑杆件不同方向的背应力增量，并将所述建筑杆件不同方向的背应力增量与t时刻建筑杆件背应力^tα_ij求和得到t+Δt时刻建筑杆件背应力^t+Δtα_ij；

(7)根据所述t+Δt时刻建筑杆件应力获取t+Δt时刻建筑杆件等效塑性应变，通过所述t+Δt时刻建筑杆件等效塑性应变获取t+Δt时刻建筑杆件损伤值；

(8)判断所述t+Δt时刻建筑杆件损伤值是否在损伤值范围内，如果是，对所述t+Δt时刻建筑杆件损伤值对应的所述建筑杆件进行更换，执行步骤(9)，如果否，不进行更换，执行步骤(9)；

(9)通过所述t+Δt时刻建筑杆件应力获取新的建筑杆件的内力，设置时间t为t+Δt，重新执行步骤(1)。

所述通过建筑杆件的内力和外力之差获取建筑杆件两端点的位移向量具体为：

通过所述建筑杆件的内力和外力之差获取t时刻建筑杆件两端点的加速度向量，通过所述加速度向量和中心差分法获取t+Δt时刻的所述建筑杆件两端点的位移向量。

所述获取建筑杆件在t时刻的杆件损伤值D_t，根据所述杆件损伤值D_t获取t+Δt时刻建筑杆件的弹性模量E^D、剪切模量G^D和屈服应力具体为：

E^D＝(1-ξ₁D)E₀