CN108519274A - 一种风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法，它涉及一种动态应力应变试验技术领域。动态应力应变试验方法：它包含如下步骤：通过ANSYS WORKBENCH软件分析光伏轻钢春秋棚结构强度，确定应力、应变典型区域；在选定区域粘贴应变片（应变花）和布置位移计；布置加载工装，按照《钢结构设计规范》中的设计荷载和风荷载要求，确定荷载施加方式、位置、大小和方向；连接应力应变测试仪。采用上述技术方案后，本发明有益效果为：可快速、准确的实测出《钢结构设计规范》下的关键构件是否满足屈服强度和抗拉强度，以及整体变形情况；同等工作条件下本发明能够有效节约分析时间，提升分析效率，同时具备对大棚的连接，局部等细节校核细致和量化的能力。
Description
技术领域
本发明涉及动态应力应变试验技术领域，具体涉及一种风荷载的光伏轻钢春秋棚动态应力应变试验方法和操作流程。
背景技术
光伏轻钢春秋棚是根据市场需求新研发的一种光伏农业大棚，具有标准化大规模生产、模块化组装等优势，但是此类大棚结构相对传统大棚复杂，对其进行动态应力应变试验也相对复杂。光伏轻钢春秋棚的设计必须符合《钢结构设计规范》，依据中国建筑科学与发布的PKPM钢结构技术条件，要求大棚必须满足在风荷载下的使用条件，即校核该设计棚型在该工况下的结构强度，现阶段的工程技术人员通常利用PKPM软件进行校核，然后设计定型，分析过程中对大棚的杆件连接、轻钢立柱与基础的连接等局部细节校核无法细致和量化，因此新棚型在大面积推广前必须进行相关的动态应力应变试验。利用本发明方法对该型号大棚进行风荷载试验测试分析，通过构建典型试件可以对大棚结构的杆件连接、轻钢立柱与基础的连接等局部细节进行应力应变测试分析。本方法的应用解决了光伏轻钢春秋棚大规模应用前实际承载能力测试数据的获取问题，有效解决和缩短了该产品大规模推广所面临的时间、难度和效率问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种风荷载的光伏轻钢春秋棚动态应力应变试验方法和操作流程，解决对该棚型风荷载下的应力应变测试和操作流程规范，解决光伏轻钢春秋棚大规模应用前实际承载能力测试数据的获取问题，有效解决和缩短了该产品大规模推广所面临的时间、难度和效率问题，采用本发明的试验方法和操作流程，同等工作条件下能够有效节约试验时间约25%，提高试验效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：动态应力应变试验方法：它包含如下步骤：
步骤1、通过ANSYS WORKBENCH软件分析光伏轻钢春秋棚结构强度，确定应力、应变典型区域；
步骤2、在选定区域粘贴应变片（应变花）和布置位移计；
步骤3、布置加载工装，按照《钢结构设计规范》中的设计荷载和风荷载要求，确定荷载施加方式、位置、大小和方向；
步骤4、连接动态应力应变测试仪，仪器模块内依据测试件材料属性；
步骤5、设置外部补偿片，消除温度误差，设置标定试验件，要求动态标定试验件的承载模式、应变片粘贴方式与试验件研究部位一致；
步骤6、进行标定试验，对比标定试验和ANSYS WORKBENCH软件分析的应变值，当两个试验应变值相同时，则动态应力应变试验的结构件传载与标定试验的加载相同，可以进行试验件动态应力应变试验；
操作流程：
步骤01、试验件、标定件准备；
步骤02、试验件、标定件有限元分析；
步骤03、测试仪器连接、布置滤波器和频谱分析仪；
步骤04、布置试验件、加载工装；
步骤05、测试仪自检、调平衡；
步骤06、预加载试验，在预加载试验时进行数据收集整理；
步骤07、分析预加载试验数据，符合进入步骤08，不符合进入步骤05；
步骤08、正式试验，在正式试验时对频谱分析数据记录；
步骤09、卸载，在卸载时记录试件末状态；
步骤010、实验数据分析，合格进入步骤011动态应力应变试验分析报告，不合格进入步骤03；
步骤011、动态应力应变试验分析报告。
所述动态应力应变试验方法：步骤4的材料属性：
定义如下：
材料Q345，弹性模量2.06e+11Pa，泊松比0.28，材料屈服强度345MPa；
45#，弹性模量2.09e+11Pa，泊松比0.269，材料屈服强度355MPa；
Q235A,弹性模量2.12e+11Pa，泊松比0.288，材料屈服强度235MPa。
所述动态应力应变试验荷载：
屈服强度按下式计算：
，
式中：
——屈服强度（Mpa）；
——屈服时的荷载（N）；
——实件原横截面面积（㎜2）；
抗拉强度按下式计算：
，
式中：
——屈服强度（Mpa ）；
——最大荷载（N）；
——实件原横截面面积（㎜2）。
所述荷载计算：
垂直荷载，水平荷载。
所述操作流程：在步骤04之前进行标定件的动态标定试验，再对数据分析对比，符合进行步骤04，不符合再进行标定件的动态标定试验，并记录试件初状态。
所述试验件及工装描述：试验件中的加载点，垂直荷载分别施加在光伏支架钢结构斜梁和大棚拱架，水平荷载分别施加在光伏支架钢结构主立柱和大棚拱架；斜梁1、主钢柱2、拱架3、定向轮5、加载绳索4、激振器6。
本发明的工作原理：光伏轻钢春秋棚在设计定型和结构的稳定性分析计算后，需要进行单个棚型的试验测试，尤其对于连接杆件等细长杆件，若其连接件承受的应力小于其许用应力，压杆会发生变形而失去承载能力，即出现压杆失稳问题。本动态应力应变试验方法为该棚型的理论设计提供数据上支撑，校核新研产品风荷载下是否符合《钢结构设计规范》条件；动态应力应变试验为确定工程结构在动态载荷作用下的强度、刚度或稳定性而进行的力学实验。在研制、鉴定或改进工程结构时，除须对结构的承力零件如杆、轴、壁板、梁、接头、支座等作加载实验外，有时还要对结构作整体或局部的承力性能实验。结构动态应力应变实验同理论分析和计算一般是互相验证、互为补充的，但有时由于结构的复杂性和受力的特殊性而无法进行准确的理论分析或计算，结构动态应力应变实验就成为确定结构强度、刚度或稳定性的唯一的方法。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：通过本发明采用标定试验件对光伏轻钢春秋棚进行风荷载下的动强度试验，可快速、准确的实测出《钢结构设计规范》下的关键构件是否满足屈服强度和抗拉强度，以及整体变形情况；同等工作条件下本发明能够有效节约分析时间，提升分析效率，同时具备对大棚的连接，局部等细节校核细致和量化的能力；在光伏农业大棚钢结构动态应力应变试验中引入定向轮转化水平荷载为垂直荷载，从而可以采用激振器方式加载，减少了加载种类，简化操作复杂程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明试验件的结构示意图。
附图标记说明：斜梁1、主钢柱2、拱架3、定向轮5、加载绳索4、激振器6。
具体实施方式
参看图1-图2所示，本具体实施方式采用的技术方案是：动态应力应变试验方法：它包含如下步骤：
步骤1、通过ANSYS WORKBENCH软件分析光伏轻钢春秋棚结构强度，确定应力、应变典型区域；
步骤2、在选定区域粘贴应变片（应变花）和布置位移计；
步骤3、布置加载工装，按照《钢结构设计规范》中的设计荷载和风荷载要求，确定荷载施加方式、位置、大小和方向；
步骤4、连接动态应力应变测试仪，仪器模块内依据测试件材料属性；
步骤5、设置外部补偿片，消除温度误差，设置标定试验件，要求动态标定试验件的承载模式、应变片粘贴方式与试验件研究部位一致；
步骤6、进行标定试验，对比标定试验和ANSYS WORKBENCH软件分析的应变值，当两个试验应变值相同时，则动态应力应变试验的结构件传载与标定试验的加载相同，可以进行试验件动态应力应变试验；
操作流程：
步骤01、试验件、标定件准备；
步骤02、试验件、标定件有限元分析；
步骤03、测试仪器连接、布置滤波器和频谱分析仪；
步骤04、布置试验件、加载工装；
步骤05、测试仪自检、调平衡；
步骤06、预加载试验，在预加载试验时进行数据收集整理；
步骤07、分析预加载试验数据，符合进入步骤08，不符合进入步骤05；
步骤08、正式试验，在正式试验时对频谱分析数据记录；
步骤09、卸载，在卸载时记录试件末状态；
步骤010、实验数据分析，合格进入步骤011动态应力应变试验分析报告，不合格进入步骤03；
步骤011、动态应力应变试验分析报告。
所述动态应力应变试验方法：步骤4的材料属性：
定义如下：
材料Q345，弹性模量2.06e+11Pa，泊松比0.28，材料屈服强度345MPa；
45#，弹性模量2.09e+11Pa，泊松比0.269，材料屈服强度355MPa；
Q235A,弹性模量2.12e+11Pa，泊松比0.288，材料屈服强度235MPa。
所述动态应力应变试验荷载：
屈服强度按下式计算：
，
式中：
——屈服强度（Mpa）；
——屈服时的荷载（N）；
——实件原横截面面积（㎜2）；
抗拉强度按下式计算：
，
式中：
——屈服强度（Mpa ）；
——最大荷载（N）；
——实件原横截面面积（㎜2）。
所述荷载计算：
垂直荷载，水平荷载。
所述操作流程：在步骤04之前进行标定件的动态标定试验，再对数据分析对比，符合进行步骤04，不符合再进行标定件的动态标定试验，并记录试件初状态。
所述试验件及工装描述：试验件中的加载点，垂直荷载分别施加在光伏支架钢结构斜梁和大棚拱架，水平荷载分别施加在光伏支架钢结构主立柱和大棚拱架；斜梁1、主钢柱2、拱架3、定向轮5、加载绳索4、激振器6。
本发明的工作原理：光伏轻钢春秋棚在设计定型和结构的稳定性分析计算后，需要进行单个棚型的试验测试，尤其对于连接杆件等细长杆件，若其连接件承受的应力小于其许用应力，压杆会发生变形而失去承载能力，即出现压杆失稳问题。本动态应力应变试验方法为该棚型的理论设计提供数据上支撑，校核新研产品风荷载下是否符合《钢结构设计规范》条件；动态应力应变试验为确定工程结构在动载荷作用下的强度、刚度或稳定性而进行的力学实验。动态应力应变试验为确定工程结构在动态载荷作用下的强度、刚度或稳定性而进行的力学实验。在研制、鉴定或改进工程结构时，除须对结构的承力零件如杆、轴、壁板、梁、接头、支座等作加载实验外，有时还要对结构作整体或局部的承力性能实验。结构动态应力应变实验同理论分析和计算一般是互相验证、互为补充的，但有时由于结构的复杂性和受力的特殊性而无法进行准确的理论分析或计算，结构动态应力应变实验就成为确定结构强度、刚度或稳定性的唯一的方法。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：通过本发明采用标定试验件对光伏轻钢春秋棚进行风荷载下的动强度试验，可快速、准确的实测出《钢结构设计规范》下的关键构件是否满足屈服强度和抗拉强度，以及整体变形情况；同等工作条件下本发明能够有效节约分析时间，提升分析效率，同时具备对大棚的连接，局部等细节校核细致和量化的能力；在光伏农业大棚钢结构动态应力应变试验中引入定向轮转化水平荷载为垂直荷载，从而可以采用激振器方式加载，减少了加载种类，简化操作复杂程度。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法，其特征在于：动态应力应变试验方法：它包含如下步骤：
步骤1、通过ANSYS WORKBENCH软件分析光伏轻钢春秋棚结构强度，确定应力、应变典型区域；
步骤2、在选定区域粘贴应变片（应变花）和布置位移计；
步骤3、布置加载工装，按照《钢结构设计规范》中的设计荷载和风荷载要求，确定荷载施加方式、位置、大小和方向；
步骤4、连接动态应力应变测试仪，仪器模块内依据测试件材料属性；
步骤5、设置外部补偿片，消除温度误差，设置标定试验件，要求动态标定试验件的承载模式、应变片粘贴方式与试验件研究部位一致；
步骤6、进行标定试验，对比标定试验和ANSYS WORKBENCH软件分析的应变值，当两个试验应变值相同时，则动态应力应变试验的结构件传载与标定试验的加载相同，可以进行试验件动态应力应变试验；
操作流程：
步骤01、试验件、标定件准备；
步骤02、试验件、标定件有限元分析；
步骤03、测试仪器连接、布置滤波器和频谱分析仪；
步骤04、布置试验件、加载工装；
步骤05、测试仪自检、调平衡；
步骤06、预加载试验，在预加载试验时进行数据收集整理；
步骤07、分析预加载试验数据，符合进入步骤08，不符合进入步骤05；
步骤08、正式试验，在正式试验时对频谱分析数据记录；
步骤09、卸载，在卸载时记录试件末状态；
步骤010、实验数据分析，合格进入步骤011动态应力应变试验分析报告，不合格进入步骤03；
步骤011、动态应力应变试验分析报告。
2.根据权利要求1所述的风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法，其特征在于：所述动态应力应变试验方法：步骤4的材料属性：定义如下：
材料Q345，弹性模量2.06e+11Pa，泊松比0.28，材料屈服强度345MPa；
45#，弹性模量2.09e+11Pa，泊松比0.269，材料屈服强度355MPa；
Q235A,弹性模量2.12e+11Pa，泊松比0.288，材料屈服强度235MPa。
3.根据权利要求1所述的风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法，其特征在于：所述动态应力应变试验荷载：
屈服强度按下式计算：
，
式中：
——屈服强度（Mpa）；
——屈服时的荷载（N）；
——实件原横截面面积（㎜2）；
抗拉强度按下式计算：
，
式中：
——屈服强度（Mpa ）；
——最大荷载（N）；
——实件原横截面面积（㎜2）。
4.根据权利要求1所述的风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法，其特征在于：所述荷载计算：
垂直荷载，水平荷载。
5.根据权利要求1所述的风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法，其特征在于：所述操作流程：在步骤04之前进行标定件的动态标定试验，再对数据分析对比，符合进行步骤04，不符合再进行标定件的动态标定试验，并记录试件初状态。
6.根据权利要求1所述的风荷载的光伏春秋棚动态应力应变试验方法，其特征在于：所述试验件及工装描述：试验件中的加载点，垂直荷载分别施加在光伏支架钢结构斜梁和大棚拱架，水平荷载分别施加在光伏支架钢结构主立柱和大棚拱架；斜梁（1）、主钢柱（2）、拱架（3）、定向轮（5）、加载绳索（4）、激振器在（6）。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111337350A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-26 | 天津大学 | 一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置 |
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2018
- 2018-02-28 CN CN201810168477.9A patent/CN108519274A/zh not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| CN111337350A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-26 | 天津大学 | 一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置 |
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