CN108981572B - 一种矩形钢板几何初始缺陷测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矩形钢板几何初始缺陷测量方法，基于3个顶点构成的基准面确定各条线上矩形钢板的几何初始缺陷，相比于传统的基于4个顶点构成的基准面的测量方法精度较高。通过对矩形钢板外表面多条线的测量，可以绘制出整个矩形钢板外表面的几何初始缺陷三维图，而传统初始缺陷测量方法只测得矩形钢板外表面中心的几何初始缺陷。本发明所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法操作简单，对场地无特殊要求，构件平躺搁置固定于场地上后，将导轨直接固定于构件表面即可。

Description

一种矩形钢板几何初始缺陷测量方法
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，更具体地说，涉及一种矩形钢板几何初始缺陷测量方法。
背景技术
在钢结构工程技术领域中，钢板的几何初始缺陷是非常重要的一项验收指标，直接影响结构与构件的承载力和变形能力，因此在相关的试验研究中必须要有几何初始缺陷数值的精确测量数据。
现有技术的方法包括拉线法、平台放置法，但这两种方法可操作性较差，并不适合于钢板几何初始缺陷的现场测量，且均只测得钢板外表面中心到四个顶点所构成平面的垂直距离作为钢板的几何初始缺陷值，而大部分情况下该值不是钢板几何初始缺陷幅值。
虽然目前较先进的三维成像扫描技术可以用于构件几何初始缺陷的测量，但设备复杂，费用昂贵，不适用于施工现场的测量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精确易行、成本低廉，满足工程实践和钢结构构件稳定性能试验的需求的矩形钢板几何初始缺陷测量方法。
本发明的技术方案如下：
一种矩形钢板几何初始缺陷测量方法，步骤如下：
1)确定矩形钢板的四个顶点与中心点的几何初始缺陷数值；
2)确定矩形钢板的两条长边的几何初始缺陷数值；
3)确定沿矩形钢板宽度方向各条线上的几何初始缺陷；
4)通过步骤1)至步骤3)获得的几何初始缺陷形态曲线，绘制矩形钢板外表面的实际几何初始缺陷三维图。
作为优选，步骤1)中，以矩形钢板的三个顶点A、B和C为基准点构成基准面ABC，测量对角线AC上A点、C点和矩形钢板的中心点G点垂直于矩形钢板的相对位移aA、aC和aG；通过如下公式修正G点的几何初始缺陷数值：
bG＝aG-(aA+aC)/2；
其中，bG为修正后G点的实际几何初始缺陷数值。
作为优选，步骤1)中，测量对角线BD上B点、D点和G点垂直于矩形钢板的相对位移aB、aD和aG'；通过如下公式修正D点的几何初始缺陷数值：
bD＝aD-2(aG'-bG)；
其中，bD为修正后D点的实际几何初始缺陷数值。
作为优选，步骤2)中，测量AD边上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出AD边的相对位移曲线；利用如下公式进行端点修正：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)+bD(j-1)/(n-1)；
其中，1≤j≤n，a1、aj、an为第1点、第j点和第n点垂直于矩形钢板的相对位移值，bj为修正后第j点的实际几何初始缺陷数值，n为该边上采集的数据点数量，A点为基准点，其几何初始缺陷数值为0。
作为优选，步骤2)中，测量BC边上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出BC边的相对位移曲线；利用如下公式进行端点修正：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)；
其中，B点、C点为基准点，其几何初始缺陷数值为0。
作为优选，步骤3)中，测量沿矩形钢板宽度方向各条线上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出各条线的相对位移曲线，利用如下公式进行端点修正：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)+bE(n-j)/(n-1)+bF(j-1)/(n-1)；
其中，bE、bF为沿矩形钢板宽度方向的某条线位于AD边、BC边上的实际几何初始缺陷数值。
作为优选，选择沿矩形钢板宽度方向各条线的预设间距，进而确定沿矩形钢板宽度方向的线的数量及位置。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，基于3个顶点构成的基准面确定各条线上矩形钢板的几何初始缺陷，相比于传统的基于4个顶点构成的基准面的测量方法精度较高。通过对矩形钢板外表面多条线的测量，可以绘制出整个矩形钢板外表面的几何初始缺陷三维图，而传统初始缺陷测量方法只测得矩形钢板外表面中心的几何初始缺陷。
本发明所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法操作简单，对场地无特殊要求，构件平躺搁置固定于场地上后，将导轨直接固定于构件表面即可。
附图说明
图1是本发明所述的方法使用的测量装置的结构示意图；
图2是矩形钢板量测面示意图；
图3是矩形钢板上对角线AC的典型相对位移曲线示意图；
图4是矩形钢板上AD边的典型相对位移曲线示意图；
图5是修正后AD边的实际几何初始缺陷形态曲线；
图6是矩形钢板上BC边的典型相对位移曲线示意图；
图7是修正后BC边的实际几何初始缺陷形态曲线；
图8是矩形钢板上中线EF的典型相对位移曲线示意图；
图9是修正后中线EF处的实际几何初始缺陷形态曲线；
图10是矩形钢板外表面实际几何初始缺陷三维图。
图中：100是步进电机导轨，200是滑块，300是磁性表座，400是位移传感器，500是数据采集系统。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
如图1所示，本发明所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法所使用的测量装置，包括步进电机导轨100、滑块200、磁性表座300、数字位移传感器400和数字采集系统500，滑块200在步进电机导轨100上滑动，位移传感器400通过磁性表座300与滑块200连接，滑块200驱动位移传感器400进行直线运动，数据采集系统500与位移传感器400连接，用于采用数据，并基于本发明提供的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，绘制矩形钢板外表面的实际几何初始缺陷三维图。进行测量时，矩形钢板平躺搁置固定于场地上后，将步进电机导轨100直接固定于矩形钢板表面即可，则要求步进电机导轨100的底面平坦，与矩形钢板表面形成紧密贴合。
本发明提供的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，按照以下步骤进行测量：
(1)如图2所示，以一块长度L为600mm，宽度B为300mm的矩形钢板为例。设被测矩形钢板外表面4个顶点分别为A、B、C和D，对角线分别为AC和BD，两条对角线的交点(即被测矩形钢板外表面的中心)为G。
(2)确定中心点G的几何初始缺陷数值。以A、B和C为基准点构成基准面ABC，测量对角线AC上A点、C点和G点垂直于矩形钢板的相对位移aA、aC和aG。由于在矩形钢板外表面任意一条线上，各点的实际几何初始缺陷是其实测值相对于线上两端点的外凸或内凹值，如图3所示，因此aG仍需按如下公式进行端点修正：
bG＝aG-(aA+aC)/2；
其中，bG为修正后G点的实际几何初始缺陷数值。
(3)确定第4个顶点D的几何初始缺陷数值。测量对角线BD上B点、D点和G点垂直于矩形钢板的相对位移aB、aD和aG'。利用aG'与bG的关系得出D点在基准面ABC下的外凸或内凹值，按如下公式计算：
bD＝aD-2(aG'-bG)；
其中，bD为修正后D点的实际几何初始缺陷数值。
(4)确定AD边的几何初始缺陷。测量AD边上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出该边的相对位移曲线如图4所示。曲线按如下公式进行端点修正，其中，端点D的实际几何初始缺陷数值bD通过所述步骤(3)获得，端点A为基准点，其几何初始缺陷数值为0：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)+bD(j-1)/(n-1)；
其中，1≤j≤n，a1、aj、an为第1点、第j点和第n点垂直于矩形钢板的相对位移值，bj为修正后第j点的实际几何初始缺陷数值，n为该边上采集的数据点数量，修正后的AD边实际几何初始缺陷形态曲线如图5所示。
(5)确定BC边的几何初始缺陷。测量BC边上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出该边的相对位移曲线如图6所示。曲线按如下公式进行端点修正，其中，端点B、C为基准点，其几何初始缺陷数值均为0：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)；
修正后的BC边实际几何初始缺陷形态曲线如图7所示。
(6)确定沿矩形钢板宽度方向各条线上矩形钢板的几何初始缺陷，以经过中心点G的中线EF为例。测量中线EF上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出中线EF的相对位移曲线如图8所示。曲线按如下公式进行端点修正，其中，端点E、F的实际几何初始缺陷数值bE、bF通过所述步骤(4)和所述步骤(5)获得：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)+bE(n-j)/(n-1)+bF(j-1)/(n-1)；
修正后中线EF处的实际几何初始缺陷形态曲线如图9所示。
(7)选择沿宽度方向各条线的预设的合理间距，进而确定沿宽度方向线的数量及位置，重复步骤(6)，测量所确定各条线上矩形钢板的几何初始缺陷。
通过所述的步骤1)至步骤7)，即可获得的几何初始缺陷形态曲线绘制矩形钢板外表面的实际几何初始缺陷三维图，如图10所示。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种矩形钢板几何初始缺陷测量方法，其特征在于，步骤如下：
1)确定矩形钢板的四个顶点与中心点的几何初始缺陷数值；
2)确定矩形钢板的两条长边的几何初始缺陷数值；
3)确定沿矩形钢板宽度方向各条线上的几何初始缺陷；
4)通过步骤1)至步骤3)获得的几何初始缺陷形态曲线，绘制矩形钢板外表面的实际几何初始缺陷三维图；
步骤1)中，以矩形钢板的三个顶点A、B和C为基准点构成基准面ABC，测量对角线AC上A点、C点和矩形钢板的中心点G点垂直于矩形钢板的相对位移aA、aC和aG；通过如下公式修正G点的几何初始缺陷数值：
bG＝aG-(aA+aC)/2；
其中，bG为修正后G点的实际几何初始缺陷数值。
2.根据权利要求1所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，其特征在于，步骤1)中，测量对角线BD上B点、D点和G点垂直于矩形钢板的相对位移aB、aD和aG'；通过如下公式修正D点的几何初始缺陷数值：
bD＝aD-2(aG'-bG)；
其中，bD为修正后D点的实际几何初始缺陷数值。
3.根据权利要求2所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，其特征在于，步骤2)中，测量AD边上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出AD边的相对位移曲线；利用如下公式进行端点修正：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)+bD(j-1)/(n-1)；
其中，1≤j≤n，a1、aj、an为第1点、第j点和第n点垂直于矩形钢板的相对位移值，bj为修正后第j点的实际几何初始缺陷数值，n为该边上采集的数据点数量，A点为基准点，其几何初始缺陷数值为0。
4.根据权利要求3所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，其特征在于，步骤2)中，测量BC边上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出BC边的相对位移曲线；利用如下公式进行端点修正：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)；
其中，B点、C点为基准点，其几何初始缺陷数值为0。
5.根据权利要求4所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，其特征在于，步骤3)中，测量沿矩形钢板宽度方向各条线上各测点垂直于矩形钢板的相对位移，并绘制出各条线的相对位移曲线，利用如下公式进行端点修正：
bj＝aj-((j-1)an+(n-j)a1)/(n-1)+bE(n-j)/(n-1)+bF(j-1)/(n-1)；
其中，bE、bF为沿矩形钢板宽度方向的某条线位于AD边、BC边上的实际几何初始缺陷数值。
6.根据权利要求5所述的矩形钢板几何初始缺陷测量方法，其特征在于，选择沿矩形钢板宽度方向各条线的预设间距，进而确定沿矩形钢板宽度方向的线的数量及位置。
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