D01:10.13374j.issn1001t63x.2010.12.021 第32卷第12期 北京科技大学学报 Vol 32 No 12 2010年12月 Journal of Un iversity of Science and Techno lgy Beijing De02010 钢棒拉应力电学谱纹测试实验研究 陈耕野黄国辉王兴单炳骥 东北大学资源与土木工程学院，沈阳110004 摘要建立钢棒拉应力电磁测试系统，进行了拉伸状态的钢棒表面感应电动势测试·通过变频测试方法提取出钢棒应力电 学谱纹，并借助最小二乘法得出依据应力感应电动势谱纹进行应力识别的表达式，分析了应力感应电动势测试机理.结果表 明：对于100~600Hz范围内的某一频率值，在拉伸荷载增加过程中，钢棒感应电动势随拉应力σ增加，表现出先增大后减 小或一直增大的特征·对于某一固定应力值，感应电动势随着频率增加总体呈下降趋势.随着应力水平的提高，钢棒应力感 应电动势谱线逐渐上升. 关键词钢棒：拉应力：电动势；谱纹：测试 分类号TU317+.6 Experim ental research on stress-electrical spectrum lines of steel bars CHEN Geng ye HUANG Guohui WANG Xing SHAN Bing-ji Collge of Resoures and Civil Engneering Northeastem University Shenyang 110004.Chna ABSTRACT An induced electromagnetic measuring system of steel bar stress was set up and the electromotive force of the steel bar surface was measured under the condition of tension to find a new way of stress testing The stress"electrical spectnm lines were ob- tained by changing measurement frequency the data were processed and the stress distinguishing was fomulated by the method of least squares The measuring mechan ism of stress"electmmotive force was analyzed Accoming to the experinental results while the tensile stress rising the change of induced electmmotive force shows two kinds of variation characteristics increasing at the first and then de- creasing at the high stress level or increasing continuously at a fixed frequency value betwveen 100Hz and 600Ha The induced elec- trmotive force reduces generally with increasing frequency at a fixed stress value The stress"electromotive force spectnm lines of steel bars rise with the incrment of stress levels KEY WORDS bars tensile stress electrmotive force spectnm lines measurement 近些年来，大型钢结构体系在民用建筑、公共建 国内外学者在利用磁记忆现象、应力使铁 筑、工业厂房和桥梁中得到越来越广泛的应用.钢 磁材料导磁性发生改变[8)、应力对磁声发射的影 结构的大力发展对钢结构安全性的检测与评价提出 响、巴克豪森效应7)、磁滞效应或逆磁滞效 了更高的要求，如何对在役钢结构的应力进行监测， 应以及应力电动势-关系等方面进行了实验 是钢结构安全检测技术领域一个具有重要意义的难 研究，取得了一些有益的成果，但是，在目前研究中 点问题，评价一个钢结构建筑体系的安全性，需要 关于应力感应电动势电学谱纹方面的文献报道尚属 将结构应力设计值与实测值进行对比，衡量在役结 少见，本文着重研究钢棒拉应力对感应电动势产生 构的工作状况.然而，在役钢结构恒载所产生的变 的影响效应，探索钢结构构件拉应力与感应电动势 形已经完成，采用应变类测试技术不能检测到它的 变化之间的联系，分析应力感应电动势测试机理，以 实际工作应力， 及利用应力感应电动势谱纹进行应力识别的方法 收稿日期：2010-02-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。50778035) 作者简介：陈耕野(l955男，教授，博士，Emaik chengengye@mail neu edu cn第 32卷 第 12期 2010年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．12 Ｄｅｃ．2010 钢棒拉应力电学谱纹测试实验研究 陈耕野 黄国辉 王 兴 单炳骥 东北大学资源与土木工程学院‚沈阳 110004 摘 要 建立钢棒拉应力电磁测试系统‚进行了拉伸状态的钢棒表面感应电动势测试．通过变频测试方法提取出钢棒应力电 学谱纹‚并借助最小二乘法得出依据应力--感应电动势谱纹进行应力识别的表达式‚分析了应力感应电动势测试机理．结果表 明：对于 100～600Ｈｚ范围内的某一频率值‚在拉伸荷载增加过程中‚钢棒感应电动势 ξ随拉应力 σ增加‚表现出先增大后减 小或一直增大的特征．对于某一固定应力值‚感应电动势随着频率增加总体呈下降趋势．随着应力水平的提高‚钢棒应力感 应电动势谱线逐渐上升． 关键词 钢棒；拉应力；电动势；谱纹；测试 分类号 ＴＵ317 ＋∙6 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｔｒｅｓｓ-ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｐｅｃｔｒｕｍ ｌｉｎｅｓｏｆｓｔｅｅｌｂａｒｓ ＣＨＥＮＧｅｎｇ-ｙｅ‚ＨＵＡＮＧＧｕｏ-ｈｕｉ‚ＷＡＮＧＸｉｎｇ‚ＳＨＡＮＢｉｎｇ-ｊｉ ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ‚Ｓｈｅｎｙａｎｇ110004‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｎｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｓｔｅｅｌｂａｒｓｔｒｅｓｓｗａｓｓｅｔｕｐａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｂａｒ ｓｕｒｆａｃｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｅｎｓｉｏｎｔｏｆｉｎｄａｎｅｗｗａｙｏｆｓｔｒｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓ-ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｐｅｃｔｒｕｍｌｉｎｅｓｗｅｒｅｏｂ- ｔａｉｎｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ‚ｔｈｅｄａｔａｗｅｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｗａｓｆｏｒｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｔｒｅｓｓ-ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ‚ｗｈｉｌｅｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓｒｉｓｉｎｇ‚ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｓｈｏｗｓｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ‚ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｔｔｈｅｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅ- ｃｒｅａｓｉｎｇａｔｔｈｅｈｉｇｈｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌ‚ｏｒｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ‚ａｔａｆｉｘｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｌｕｅｂｅｔｗｅｅｎ100Ｈｚａｎｄ600Ｈｚ．Ｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃ- ｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｒｅｄｕｃｅｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｔａｆｉｘｅｄｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓ-ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｓｐｅｃｔｒｕｍｌｉｎｅｓｏｆｓｔｅｅｌ ｂａｒｓｒｉｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｂａｒｓ；ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅ；ｓｐｅｃｔｒｕｍｌｉｎｅｓ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ 收稿日期：2010--02--05 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （Ｎｏ．50778035） 作者简介：陈耕野 （1955— ）‚男‚教授‚博士‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｅｎｇｙｅ＠ｍａｉｌ．ｎｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 近些年来‚大型钢结构体系在民用建筑、公共建 筑、工业厂房和桥梁中得到越来越广泛的应用．钢 结构的大力发展对钢结构安全性的检测与评价提出 了更高的要求‚如何对在役钢结构的应力进行监测‚ 是钢结构安全检测技术领域一个具有重要意义的难 点问题．评价一个钢结构建筑体系的安全性‚需要 将结构应力设计值与实测值进行对比‚衡量在役结 构的工作状况．然而‚在役钢结构恒载所产生的变 形已经完成‚采用应变类测试技术不能检测到它的 实际工作应力． 国内外学者在利用磁记忆现象 ［1--2］、应力使铁 磁材料导磁性发生改变 ［3--4］、应力对磁声发射的影 响 ［5--6］、巴克豪森效应 ［7--8］、磁滞效应或逆磁滞效 应 ［9］以及应力电动势 ［10--11］关系等方面进行了实验 研究‚取得了一些有益的成果．但是‚在目前研究中 关于应力感应电动势电学谱纹方面的文献报道尚属 少见．本文着重研究钢棒拉应力对感应电动势产生 的影响效应‚探索钢结构构件拉应力与感应电动势 变化之间的联系‚分析应力感应电动势测试机理‚以 及利用应力感应电动势谱纹进行应力识别的方法． DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．12．021