[0001] 本发明涉及试验装置技术领域，尤其涉及一种测量T形截面钢压杆初始弯扭缺陷的方法。

[0002] 钢压杆的初始几何缺陷是影响其整体稳定承载力大小的重要因素之一。测量钢压杆初始缺陷的目的是为钢压杆整体稳定承载力的理论分析和有限元模拟提供重要参数，因此，初始缺陷数据的全面性和合理性显得尤为重要。

[0003] T形截面钢压杆可能会发生绕对称轴平面的整体弯扭失稳。影响钢压杆弯扭失稳承载力的初始几何缺陷包括：初弯曲、初偏心和初扭转，简称为初始弯扭缺陷。

[0004] 现有的初弯曲测量方法一般有两种，分别为：(1)用光学仪器直接测量杆件中部偏离构件两端几何中心连线的距离；(2)用光学仪器测量沿杆件方向四分点位置处截面中心偏离柱两端截面中心连线的距离，并取最大值作为杆件的几何初弯曲值。

[0005] 现有的初偏心测量方法一般有两种，分别为：(1)用光学仪器直接测量杆件端部加载位置偏离构件端部几何中心的距离；(2)在杆端截面处粘贴应变片，在试验加载的初始阶段，根据应变片读数计算杆件的几何初偏心。

[0006] 现有的初始几何缺陷测量方法多针对的双轴对称截面，比如圆钢管、H形截面和箱形截面，测量其初弯曲和初偏心。因上述构件的整体失稳模式一般为弯曲失稳，不包含扭转变形，因此，初扭转对其整体稳定承载力影响不大，不需要对构件的初扭转进行测量并考虑其对构件稳定承载力的影响。然而，对于T形截面钢压杆而言，其多发生绕对称轴平面的整体弯扭失稳，初扭转是影响T形截面钢压杆整体稳定承载力的重要缺陷之一，不能不加以考虑。

[0007] 现有的初弯曲和初偏心测量是采用了分开测量后再叠加的方法进行处理的。这中处理方式有两个缺点：(1)初弯曲和初偏心对钢压杆的整体稳定承载力的影响性质相同，从理论研究方面讲，一般会将二者统一考虑，分开测量再叠加会产生更大的人为测量误差；(2)现有的初弯曲和初偏心测量，需另外采用光学仪器(激光水准仪)进行，增加了试验步骤。

[0035] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 如图1-5所示的一种测量T形截面钢压杆初始弯扭缺陷的方法，包括应变测量系统、位移测量系统、球铰支座和压杆2，压杆2的两端安装在球铰支座1上，球铰支座1可以与压杆产生相对转动；

[0038] 在压杆1长度的1/2处选取初始缺陷测量截面，应变测量系统和位移测量系统均位于截面A-A上，应变测量系统包括安装在截面A-A上的应变片S S1、S2、S3、S4，应变片3成对安装，应变片3沿压杆的长度方向粘贴，应变片3用于测量截面受拉、压侧的应变值；

[0039] 位移测量系统包括位移计组Ⅰ和位移计组Ⅱ，位移计组Ⅰ和位移计组Ⅱ均包括3个位移计4，位移计组Ⅰ安装在翼缘板上，包括H1、H2、H3，分别用于测量截面剪切中心处、翼缘左、右外伸端的y向位移；所述位移计组Ⅱ安装在腹板上，包括H4、H5、H6，分别测量截面剪切中心处、截面形心、腹板外伸端的z向位移；

[0040] 初弯曲和初偏心的计算公式如下：

[0041]

[0042] 其中：

[0043] δ——为构件指定截面处的构件初弯曲和荷载初偏心之和(mm)；

[0044] D——为构件指定截面处截面绕弱轴发生弯扭变形时截面形心沿z轴方向的侧移大小(mm)，即图中位移计H5的读数(mm)；

[0045] Iy——为构件截面绕弱轴(y轴)的惯性矩(mm4)；

[0046] A——为构件的横截面面积(mm2)；

[0047] h——为构件失稳方向成对配置的拉压应变片的间距(mm)，即图1中应变片S1和S2与应变片S3和S4之间的间距；

[0048] εt、εc——分别表示指定截面处构件失稳方向的翼缘受拉、受压侧应变均值，即应变片S1和S2读数的平均值、应变片S3和S4读数的平均值；

[0049] 初扭转的计算方法如下：

[0050]

[0051] 其中：

[0052] β——为构件指定截面处的初扭转角度大小(rad)；

[0053] ri——为构件指定截面处板件外伸端的位移计测点绕截面剪切中心转动时所产生的位移大小(mm)，可根据图1中的位移计的读数计算获得，如H1-H2、r2＝H3-H1、r3＝H6-H4；

[0054] di——为构件指定截面处初扭转测点至截面剪切中心的距离(mm)，如图1中所示，d1＝b2、d2＝b3和d3＝b6；

[0055] P——为施加的轴向压力大小(kN)；

[0056] PE——为钢压杆相应的欧拉临界力大小(kN)，PE＝π2EIy/l2；

[0057] T形截面钢压杆初始几何缺陷值为初弯曲和初偏心之和δ及初扭转β。

[0058] 实施例1

[0059] 以长度为2474mm的T212×200×12×12钢压杆为例，利用有限元软件ANSYS建立具有初始几何缺陷(初弯曲和初偏心、初扭转)的模型，并进行模拟加载试验，获得不同压力大小时图1中各测点的应变片读数和位移计读数，并带入初弯曲和初偏心的计算公式、初扭转的计算公式，对构件的初始几何缺陷大小进行计算，将计算结果与前述建模阶段初设的几何缺陷值大小进行对比，验证前述计算公式的正确性，从而说明本试验装置测量方法的可行性。

[0060] 1.具体步骤如下：

[0061] (1)选用SHELL181单元，按照几何尺寸l＝2474mm和T212×200×12×12建立理想钢压杆有限元模型(无初始缺陷)，钢材屈服强度fy＝460MPa，弹性模量E＝206000MPa，剪切模量G＝79000MPa，泊松比v＝0.3，如图2所示。

[0062] (2)施加杆两端的铰接约束条件和轴心压力，即X＝0处的横截面所有节点的UY＝0、UZ＝0，该截面的形心处节点的UX＝0；X＝l处的横截面所有节点的UY＝0、UZ＝0，且该截面的形心处节点上施加压力FX＝-1，如图3所示。

[0063] (3)进行静力分析求解后，再进行特征值屈曲分析求解，获得一阶屈曲临界力大小和相应的屈曲模态，如图4所示。

[0064] (4)根据钢压杆的一阶屈曲模态，取节点最大位移为l/1000的弯扭变形形式作为构件的初始缺陷形式，用UPGEOM命令引入初始几何缺陷，如图5所示。

[0065] (5)重新施加杆端约束和轴心压力，进行非线性分析，获得不同压力大小时钢压杆各测点应变片读数和位移计读数，对应有限元模型中相应节点的应变值和位移值，具体情况如表1所示。

[0066] 表1：T形截面钢压杆初始几何缺陷测量试验的有限元数值模拟结果汇总[0067]

[0068] 注：计算过程中，其他参数取值如下：Iy＝8000000mm4，A＝4872mm2，h＝200mm，b2＝b3＝100mm，b6＝206mm，PE＝1579kN。

[0069] 2.计算结果分析：

[0070] 有限元模型中输入的初始弯扭缺陷值分别为：杆长1/2截面处，初弯曲和初偏心之和为1.0881mm，初扭转为0.0090rad.

[0071] 由表1中数据可知，初弯曲和初偏心之和δ的平均值为1.0880mm，与有限元模型中的初设值1.0881mm相比，误差为1.38％；初扭转β的平均值为0.0088rad，与有限元模型中的初设值0.0090rad相比，误差为2.22％.

[0072] 因此可知，本发明中提出的计算公式正确，本试验装置测量方法可行

[0073] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。