CN102607386A - 箱形截面钢构件局部几何初始缺陷测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于结构工程钢结构技术领域，特别涉及一种箱形截面钢构件局部几何初始缺陷测量方法。分别测量被测箱形截面钢构件的四块钢板外表面上两条相对的棱边的中点相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₁和c₂，测量钢板外表面上的中心相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₃，再分别计算四块钢板外表面上的局部几何初始缺陷值Δ₁、Δ₂、Δ₃和Δ₄，对照箱形截面钢构件技术标准，判定被测箱形截面钢构件的质量。本发明采用钢尺和塞尺常用测量工具，进行箱形截面钢构件钢板局部几何初始缺陷测量，对场地和构件辅助固定装置无特殊要求，适用于箱形截面钢构件局部几何初始缺陷的测量和钢构件的稳定性能试验研究。

Description

箱形截面钢构件局部几何初始缺陷测量方法

技术领域

本发明属于结构工程钢结构技术领域，特别涉及一种箱形截面钢构件局部几何初始缺陷测量方法。

背景技术

结构工程的施工质量验收规范对出厂钢板的局部平面度做了具体的要求，但对钢板焊接成的结构构件(如柱、梁)的钢板平面度并无具体的要求，因此对于箱形截面构件钢板的几何初始缺陷的取值，没有可参考的规范取值。然而在钢结构研究领域，稳定问题的研究是最重要的课题之一，而局部几何初始缺陷恰恰是影响构件局部稳定性能最重要的因素，因此在相关的试验研究中必须要有局部几何缺陷数值的精确的测量数据。在现有的研究中，一般认为箱形截面构件钢板的几何初始缺陷数值为各钢板外表面的中心到四个顶点所构成的平面的垂直距离。但目前已有的适合构件整体几何初始缺陷测量的方法(拉线法等)由于可操作性不大，并不适合于结构构件局部几何初始缺陷的现场测量，较先进的三维成像扫描技术设备复杂、费用昂贵，更不适用于施工现场的量测。因此，如何更加准确有效、同时方便快捷、价钱低廉地测量箱形截面构件的局部几何初始缺陷是科学研究及工程实践中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决背景技术所述的如何更加准确有效、同时方便快捷、价钱低廉地测量箱形截面构件的局部几何初始缺陷问题，提供一种箱形截面钢构件局部几何初始缺陷测量方法，测量步骤为：

步骤一：测量被测箱形截面钢构件的第一块钢板外表面上两条相对的棱边的中点相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₁和c₂，测量钢板外表面上的中心相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₃；

1)设被测钢板外表面中，宽度为W，高度为H，4个顶点分别为A、B、C和D，两条相对的棱边分别为棱边AB和棱边CD，棱边AB的中点为E，棱边CD的中点为F，被测钢板外表面上的中心为G；

2)从顶点B向顶点A方向作与棱边AB相切的参考直线BL，测量顶点A与直线BL的垂直距离a₁和中点E与直线BL的垂直距离b₁；

3)按公式1)计算棱边AB的中点E相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₁，

c₁＝a₁/2-b₁    1)

若c₁为正值，表明棱边AB的中点E为凸起，若为c₁为负值，表明棱边AB的中点E为凹陷；

4)从顶点D向顶点C方向作与棱边CD相切的参考直线DM，测量顶点C与直线DM的垂直距离a₂和中点F与直线DM的垂直距离b₂；

5)按公式2)计算棱边CD的中点F相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₂，

c₂＝a₂/2-b₂    2)

若c₂为正值，表明棱边CD的中点F为凸起，若为c₂为负值，表明棱边CD的中点F为凹陷；

6)从中点E向中点F方向作与钢板外表面中线EF相切的参考直线EN，测量中点F与直线EN的垂直距离a₃和钢板外表面上的中心G与直线EN的垂直距离b₃；

7)按公式3)计算钢板外表面上的中心G相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₃

c₃＝a₃/2-b₃    3)

若c₃为正值，表明钢板外表面上的中心G为凸起，若为c₃为负值，表明钢板外表面上的中心G为凹陷；

步骤二：将在步骤一中测量得到的数据c₁、c₂、c₃，按公式4)计算，得到构件的第一块钢板外表面的局部几何初始缺陷值Δ₁，

${\mathrm{\Δ}}_1=\frac{c_1+c_2}{2}+c_3---4)$

若局部几何初始缺陷值Δ₁为正值，第一块钢板的局部几何初始缺陷为凸起的缺陷，若局部几何初始缺陷值Δ₁为负值，第一块钢板的局部几何初始缺陷为凹陷的缺陷；

步骤三：重复步骤一和步骤二，分别对被测箱形截面钢构件的第二块、第三块和第四块钢板外表面上的局部几何初始缺陷的测量和计算，得到第二块、第三块和第四块钢板外表面上的局部几何初始缺陷值Δ₂、Δ₃和Δ₄；

步骤四：根据从步骤一、步骤二和步骤三所得的Δ₁、Δ₂、Δ₃和Δ₄数据，对照箱形截面钢构件技术标准，判定被测箱形截面钢构件的质量。

所述被测箱形截面钢构件为平躺或竖直固定在地面上。

所述从顶点B向顶点A方向作与棱边AB相切的参考直线BL，从顶点D向顶点C方向作与棱边CD相切的参考直线DM，从中点E向中点F方向作与钢板外表面中线EF相切的参考直线EN，所用测量工具为长度不小于被测钢板外表面的宽度W和高度H的钢尺。

所述测量a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃，所用的测量工具是规格为0.1mm的塞尺。

本发明采用最常用的长度测量工具和间隙测量工具，例如钢尺和塞尺，进行箱形截面钢构件钢板局部几何初始缺陷测量。将钢尺紧贴在构件钢板的外表面上，利用钢尺的棱边定位出一个参考直线，利用间塞尺测量出构件测量点处钢板的外表面到参考直线之间的距离，再将各个测量点的测量数据用计算公式计算得到构件钢板外表面中心到四个顶点所构成的平面的垂直距离，即局部几何初始缺陷数值。被测构件可以平躺、也可以竖直固定在地面上，对场地和构件辅助固定装置无特殊要求。

本发明具有如下优点：

(1)使用设备简单，均是最常用的测量工具，易于筹备；

(2)场地无特殊要求，构件可随意放置，便于操作；

(3)实现对箱形截面构件局部几何初始缺陷的测量，且方法简单实用，可广泛用于箱形截面构件局部稳定试验研究和工厂加工、施工质量的鉴定检测等领域。

本发明的有益效果为，在不需要大型复杂设备和特殊场地条件的基础上，结合最常用的测量工具，快捷地对箱形截面构件的局部几何初始缺陷进行测量，不同于传统的拉线法等测量方法，大大降低了人为产生的误差，提高了测量精度，同时具有非常强的实用性，能够很好地满足研究工作和实际工程的需求。

附图说明

图1a为用钢尺和塞尺测量构件钢板棱边AB的中点E缺陷的主视图；

图1b为用钢尺和塞尺测量构件钢板棱边AB的中点E缺陷的俯视图；

图1c为用钢尺和塞尺测量构件钢板棱边AB的中点E缺陷的原理示意图；

图1d为图1c中J处的放大图；

图1e为图1c中K处的放大图；

图2a为用钢尺和塞尺测量构件钢板棱边CD的中点F缺陷的主视图；

图2b为用钢尺和塞尺测量构件钢板棱边CD的中点F缺陷的俯视图；

图2c为用钢尺和塞尺测量构件钢板棱边CD的中点F缺陷的原理示意图；

图2d为图2c中O处的放大图；

图2e为图2c中P处的放大图；

图3a为用钢尺和塞尺测量构件钢板外表面上的中心G缺陷的主视图；

图3b为用钢尺和塞尺测量构件钢板外表面上的中心G缺陷的左视图；

图3c为用钢尺和塞尺测量构件钢板外表面上的中心G缺陷的原理示意图；

图3d为图3c中Q处的放大图；

图3e为图3c中R处的放大图。

图中，1--构件，2--直尺，3--塞尺，4--钢板外表面四个顶点所构成的平面。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

本实施例为用钢尺和塞尺测量箱形截面钢构件局部几何初始缺陷，共测量4个构件。其中，编号B-1构件的4块钢板的高度H均为302.3mm、宽度W均为241.6mm，编号B-2构件的4块钢板的高度H均为502.6mm、宽度W均为433.9mm，编号B-3构件的4块钢板的高度H均为603.0mm、宽度W均为522.3mm，编号B-4构件的4块钢板的高度H均为802.4mm、宽度W均为682.3mm。使用规格为1m的钢尺和规格为0.1mm的塞尺，测量步骤为：

步骤一：将被测箱形截面钢构件，简称为构件1，竖直固定在地面上，测量构件1的第一块钢板外表面上两条相对的棱边的中点相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面4的垂直距离c₁和c₂，测量钢板外表面上的中心相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面4的垂直距离c₃；

1)如图1a、图2a和图3a所示，设被测钢板外表面中，宽度为W，高度为H，4个顶点分别为A、B、C和D，两条相对的棱边分别为棱边AB和棱边CD，棱边AB的中点为E，棱边CD的中点为F，被测钢板外表面上的中心为G；

2)首先，如图1a和图1b所示，将笔直的钢尺2垂直地贴紧构件1的钢板外表面棱边AB上。由于钢板的外表面存在初始几何缺陷，可能表现为如图1c所示的凹凸形态，因此将钢尺2垂直地贴紧构件1的钢板时，仅施力在钢尺2的右端，确保钢尺2贴紧构件1的钢板外表面棱边AB的顶点B，而钢尺2的左端仅需施力保持钢尺2的水平状态，不需要将钢尺2贴紧构件1的钢板外表面棱边AB的顶点A。此时保持钢尺2的位置不动，钢尺2的棱边即为图1c所示的从顶点B向顶点A方向作与棱边AB相切的参考直线BL。

然后，如图1d和图1e所示，用塞尺3分别测量出构件1的第一块钢板外表面棱边AB的顶点A和中点E到钢尺2的棱边的垂直距离a₁和b₁，即测量顶点A与直线BL的垂直距离a₁和中点E与直线BL的垂直距离b₁；

3)根据几何关系，按公式1)计算棱边AB的中点E相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面4的垂直距离c₁，

c₁＝a₁/2-b₁    1)

若c₁为正值，表明棱边AB的中点E为凸起，若为c₁为负值，表明棱边AB的中点E为凹陷；

4)如图2a和图2b所示，按照步骤2)的操作方法，测量图2c、图2d和图2e所示的构件1的第一块钢板外表面棱边CD的顶点C和中点F到钢尺2的棱边的垂直距离a₂和b₂，即测量顶点C与直线DM的垂直距离a₂和中点F与直线DM的垂直距离b₂；

5)按公式2)计算棱边CD的中点F相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面4的垂直距离c₂，

c₂＝a₂/2-b₂    2)

若c₂为正值，表明棱边CD的中点F为凸起，若为c₂为负值，表明棱边CD的中点F为凹陷；

6)如图3a和图3b所示，按照步骤2)的操作方法，测量图3c、图2d和图2e所示的构件1的第一块钢板中线EF的F点和钢板外表面上的中心G到钢尺2的棱边的垂直距离a₃和b₃，即测量中点F与直线EN的垂直距离a₃和钢板外表面上的中心G与直线EN的垂直距离b₃；

7)按公式3)计算钢板外表面上的中心G相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面4的垂直距离c₃，

c₃＝a₃/2-b₃    3)

若c₃为正值，表明钢板外表面上的中心G为凸起，若为c₃为负值，表明钢板外表面上的中心G为凹陷；

步骤二：将在步骤一中测量和计算得到的数据c₁、c₂、c₃，按公式4)计算，得到构件1的第一块钢板外表面的局部几何初始缺陷值Δ₁，

${\mathrm{\Δ}}_1=\frac{c_1+c_2}{2}+c_3---4)$

若局部几何初始缺陷值Δ₁为正值，第一块钢板的局部几何初始缺陷为凸起的缺陷，若局部几何初始缺陷值Δ₁为负值，第一块钢板的局部几何初始缺陷为凹陷的缺陷；

步骤三：重复步骤一和步骤二，分别对被测箱形截面钢构件的第二块、第三块和第四块钢板外表面上的局部几何初始缺陷的测量和计算，得到第二块、第三块和第四块钢板外表面上的局部几何初始缺陷值分别为Δ₂、Δ₃和Δ₄；

步骤四：根据从步骤一、步骤二和步骤三所得的Δ₁、Δ₂、Δ₃和Δ₄数据，对照箱形截面钢构件技术标准，判定被测箱形截面钢构件的质量。

表1为本实施例对所述4个构件的检测结果。其中，测量结果符号下标编号第一个数字代表上述c₁、c₂或c₃，第二个数字代表构件的钢板编号，例如c_2-1代表第一块钢板的c₂测量值。表中各块钢板的局部几何初始缺陷值的Δ₁、Δ₂、Δ₃和Δ₄数据均按照公式4)计算。

测量过程和结果表明，构件B-1的第一块钢板为凸起的局部几何初始缺陷，第二块钢板为凹陷的局部几何初始缺陷，第三块钢板为较小凸起的局部几何初始缺陷，第四块钢板为凹陷的局部几何初始缺陷。在4个被测构件中，最大的凸起的局部几何初始缺陷是B-2构件的第一块钢板，最大的凹陷的局部几何初始缺陷是B-4构件的第四块钢板。

表1 4个构件的检测结果(单位：mm)

本发明的测量方法简单实用，得到的钢板的局部几何初始缺陷值Δ真实可靠。局部几何初始缺陷值Δ的正负值能真实反映钢板凹凸的方向，对于整块钢板缺陷值具有代表性，能够满足研究工作和实际工程的实际需求。

本发明适用于箱形截面钢构件局部几何初始缺陷的测量和钢构件的稳定性能试验研究。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种箱形截面钢构件局部几何初始缺陷的测量方法，其特征在于，测量步骤为：

步骤一：测量被测箱形截面钢构件的第一块钢板外表面上两条相对的棱边的中点相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₁和c₂，测量钢板外表面上的中心相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₃；

1)设被测钢板外表面中，宽度为W，高度为H，4个顶点分别为A、B、C和D，两条相对的棱边分别为棱边AB和棱边CD，棱边AB的中点为E，棱边CD的中点为F，被测钢板外表面上的中心为G；

2)从顶点B向顶点A方向作与棱边AB相切的参考直线BL，测量顶点A与直线BL的垂直距离a₁和中点E与直线BL的垂直距离b₁；

3)按公式1)计算棱边AB的中点E相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₁，

c₁＝a₁/2-b₁    1)

若c₁为正值，表明棱边AB的中点E为凸起，若为c₁为负值，表明棱边AB的中点E为凹陷；

4)从顶点D向顶点C方向作与棱边CD相切的参考直线DM，测量顶点C与直线DM的垂直距离a₂和中点F与直线DM的垂直距离b₂；

5)按公式2)计算棱边CD的中点F相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₂，

c₂＝a₂/2-b₂    2)

若c₂为正值，表明棱边CD的中点F为凸起，若为c₂为负值，表明棱边CD的中点F为凹陷；

6)从中点E向中点F方向作与钢板外表面中线EF相切的参考直线EN，测量中点F与直线EN的垂直距离a₃和钢板外表面上的中心G与直线EN的垂直距离b₃；

7)按公式3)计算钢板外表面上的中心G相对于钢板外表面四个顶点所构成的平面的垂直距离c₃，

c₃＝a₃/2-b₃    3)

若c₃为正值，表明钢板外表面上的中心G为凸起，若为c₃为负值，表明钢板外表面上的中心G为凹陷；

步骤二：将在步骤一中测量得到的数据c₁、c₂、c₃，按公式4)计算，得到构件的第一块钢板外表面的局部几何初始缺陷值Δ₁，

${\mathrm{\Δ}}_1=\frac{c_1+c_2}{2}+c_3---4)$

若局部几何初始缺陷值Δ₁为正值，第一块钢板的局部几何初始缺陷为凸起的缺陷，若局部几何初始缺陷值Δ₁为负值，第一块钢板的局部几何初始缺陷为凹陷的缺陷；

步骤三：重复步骤一和步骤二，分别对被测箱形截面钢构件的第二块、第三块和第四块钢板外表面上的局部几何初始缺陷的测量和计算，得到第二块、第三块和第四块钢板外表面上的局部几何初始缺陷值分别为Δ₂、Δ₃和Δ₄；

步骤四：根据从步骤一、步骤二和步骤三所得的Δ₁、Δ₂、Δ₃和Δ₄数据，对照箱形截面钢构件技术标准，判定被测箱形截面钢构件的质量。

2.根据权利要求1所述的箱形截面钢构件局部几何初始缺陷的测量方法，其特征在于，所述被测箱形截面钢构件为平躺或竖直固定在地面上。

3.根据权利要求1所述的箱形截面钢构件局部几何初始缺陷的测量方法，其特征在于，所述从顶点B向顶点A方向作与棱边AB相切的参考直线BL，从顶点D向顶点C方向作与棱边CD相切的参考直线DM，从中点E向中点F方向作与钢板外表面中线EF相切的参考直线EN，所用测量工具为长度不小于被测钢板外表面的宽度W和高度H的钢尺。

4.根据权利要求1所述的箱形截面钢构件局部几何初始缺陷的测量方法，其特征在于，所述测量a₁、b₁、a₂、b₂、a₃和b₃，所用的测量工具是规格为0.1mm的塞尺。

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