专利名称：一种检测建筑杆件损伤程度的方法
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+At时刻建筑杆件的应变增量 d ε ij ；(3)获取建筑杆件在t时刻的杆件损伤值Dt，根据所述杆件损伤值Dt获取t+ Δ t 时刻建筑杆件的弹性模量ED、剪切模量Gd和屈服应力Rd ；(4)根据所述建筑杆件的应变增量d ε u和所述建筑杆件的弹性模量Ed获取建筑杆件弹性应力增量Δ σ u和t+ Δ t时刻建筑杆件应力预测值σ ；(5)根据所述建筑杆件应力预测值 +Δ、u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u即为t+At时刻建筑杆件应力；如果否，则处于塑性状态，获取所述t+ Δ t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t α 求和得到t+ Δ t时刻建筑杆件背应力α u ；
(7)根据所述t+ Δ t时刻建筑杆件应力获取t+ Δ t时刻建筑杆件等效塑性应变，通过所述t+ Δ t时刻建筑杆件等效塑性应变获取t+ Δ t时刻建筑杆件损伤值；(8)判断所述t+At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+At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+At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+At，重新执行步骤(I)0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+At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Dt，根据所述杆件损伤值Dt获取t+At 时刻建筑杆件的弹性模量ED、剪切模量Gd和屈服应力Rd具体为
权利要求
1.一种检测建筑杆件损伤程度的方法，其特征在于，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+At时刻建筑杆件的应变增量dε u ；(3)获取建筑杆件在t时刻的杆件损伤值Dt，根据所述杆件损伤值Dt获取t+△ t时刻建筑杆件的弹性模量ED、剪切模量Gd和屈服应力Rd ；(4)根据所述建筑杆件的应变增量dε u和所述建筑杆件的弹性模量Ed获取建筑杆件弹性应力增量Δ σ u和t+ Δ t时刻建筑杆件应力预测值σ ；(5)根据所述建筑杆件应力预测值σ,j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u即为t+At时刻建筑杆件应力；如果否，则处于塑性状态，获取所述t+ Δ t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t α 求和得到t+ Δ t时刻建筑杆件背应力α u ；(7)根据所述t+Δ t时刻建筑杆件应力获取t+ Δ t时刻建筑杆件等效塑性应变，通过所述t+ △ t时刻建筑杆件等效塑性应变获取t+ Δ t时刻建筑杆件损伤值；(8)判断所述t+Δ t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+ Δ t 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+At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+At，重新执行步骤(I)0
2.根据权利要求1所述的一种检测建筑杆件损伤程度的方法，其特征在于，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+At时刻的所述建筑杆件两端点的位移向量。
3.根据权利要求1所述的一种检测建筑杆件损伤程度的方法，其特征在于，所述获取建筑杆件在t时刻的杆件损伤值Dt，根据所述杆件损伤值Dt获取t+ △ t时刻建筑杆件的弹性模量ED、剪切模量Gd和屈服应力Rd具体为
4.根据权利要求1所述的一种检测建筑杆件损伤程度的方法，其特征在于，所述处于塑性状态，获取所述t+ Δ t时刻建筑杆件应力具体为1)获取t+At时刻建筑杆件轴向应力增量和由扭转引起的剪切应力增量；
5.根据权利要求1所述的一种检测建筑杆件损伤程度的方法，其特征在于，所述根据所述t+ Δ t时刻建筑杆件应力获取t+ Δ t时刻建筑杆件等效塑性应变，通过所述t+ Δ t时刻建筑杆件等效塑性应变获取t+At时刻建筑杆件损伤值具体为1)计算不同方向塑性应变增量；
6.根据权利要求5所述的一种检测建筑杆件损伤程度的方法，其特征在于，所述判断当前时刻建筑杆件的加卸载状态，并计算循环过程中最大等效塑性应变ε m，通过所述最大等效塑性应变ε m获取所述t+ Δ t时刻杆件损伤值具体为若当前时刻建筑杆件的加卸载状态为弹性卸载或中性变载，则无新的损伤，若当前时刻建筑杆件的加卸载状态为塑性加载，则计算所述t+ Δ t时刻杆件损伤值
全文摘要
本发明公开了一种检测建筑杆件损伤程度的方法，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；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；获取建筑杆件在t时刻的杆件损伤值，获取t+Δt时刻建筑杆件的弹性模量、剪切模量和屈服应力；获取t+Δt时刻建筑杆件应力预测值；判断建筑杆件是否处于弹性状态，如果是，则建筑杆件应力预测值即为t+Δt时刻建筑杆件应力；如果否，则处于塑性状态，获取t+Δt时刻建筑杆件应力；根据t+Δt时刻建筑杆件应变获取t+Δt时刻建筑杆件损伤值；判断是否在损伤值范围内，如果是，对建筑杆件进行更换。降低了误差率和事故发生率，避免了不必要的事故伤害，从而实现精确分析建筑杆件的受力性能及损伤评估，满足需要。
文档编号G01N33/00GK102565283SQ20111042908
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者丁阳, 葛金刚 申请人:天津大学