[发明专利]基于变形分解的平面钢构件稳定性监测方法

说明书

技术领域

本发明属于钢构件的稳定性监测技术领域，尤其涉及基于变形分解的平面钢构件稳定性监测方法。

背景技术

钢结构由于其强度高、质量轻、力学性能好、工厂化制造、安装简捷、施工周期短、抗震性能好、环境污染少等优点，在工程中得到了广泛应用。但同时，由于自身易失稳，且无明显征兆的缺点，使得钢构件稳定性有效的监测方法成为亟待解决的工程实际问题。

目前，针对钢构件的检测方法有：根据结构振动与稳定性的相关性，以振动频率作为监控参数进行稳定性监测；利用钢构件的红外线热像及红外辐射温度特征，实现对结构或构件的失稳监测；在结构关键部位布置双钢管失稳监控部件，当构件承受的轴向荷载达到一定值时，内钢管发生失稳，与外钢管内壁接触后横向变形受到抑制，并发出失稳警报；利用应变和位移传感器，根据结构失稳时的钢构件应变和位移规律进行稳定性监测。

就目前的监测方法而言，振动频率监测法和红外线监测法均有操作复杂，成本较高的缺点；双钢管失稳检测法则由于内钢管失稳后，方能进行稳定性判定，故具有一定的滞后性；而普通的应变和位移监测法，由于难以直接获取反映结构失稳本质的竖向弯曲变形信息，而难以成为钢构件稳定性监测的有效方法。钢构件发生失稳是由于其竖向弯曲变形过大造成的，基于正交理论的变形分解法可以在实现刚柔分离的同时，分解出钢构件的竖向弯曲变形以及竖向变形在柔性变形中所占比例，并对钢构件的稳定性进行有效监测，因此，基于变形分解的平面钢构件稳定性检测在建筑行业中钢结构应用中具有重要的意义。目前，基于变形分解的平面钢构件稳定性监测方法尚未发现。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于变形分解的平面钢构件稳定性监测方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于变形分解的平面钢构件稳定性监测方法，包括以下步骤:

(1)取待监测平面钢构件，沿高度方向，由侧面底部向上依次以钢构件宽度b为单位，进行b×b正方形网格划分，直至距钢构件顶部距离小于杆件宽度b为止，得到N个正方形网格，然后在各网格顶点处均布置一个位移传感器；

(2)待平面钢构件投入使用后，通过位移传感器检测，可得到第j(j＝1、2…N)个正方形网格的4个顶点的位移向量：

Δ_j＝(u_j1 v_j1 u_j2 v_j2 u_j3 v_j3 u_j4 v_j4)(1)

其中：u_ji(i＝1,2,3,4)为第j个正方形网格四个顶点水平方向的位移值；

v_ji(i＝1,2,3,4)为第j个正方形网格四个顶点竖直方向的位移值；

(3)根据变形分解法，对第j(j＝1、2…N)个正方形网格所围区域的变形进行基本位移和变形的分解，得到：

d_j＝Δ_jB^T(2)

其中矩阵B为四节点正方形单元基矩阵：

四节点正方形单元基矩阵B行向量所表示的基向量依次为：水平方向刚体位移基向量、竖向刚体位移基向量和刚体转动位移基向量，以及水平方向拉压变形基向量、竖向拉压变形基向量、水平方向弯曲变形基向量、竖向弯曲变形基向量和剪切变形基向量；

d_j为正方形网格j所围区域的变形在单元基矩阵上的投影向量：

d_j＝(d_j1 d_j2 d_j3 d_j4 d_j5 d_j6 d_j7 d_j8)(4)

其中d_ji(i＝1,2...8)为第j个正方形网格所围区域的变形在第i种基本位移或变形上的投影系数；

(4)舍去前三项刚体位移，以实现刚柔分离；并由：

可得竖向弯曲变形在各种基本变形中所占比例；

进而，平面钢构件竖向弯曲变形所占比例为