蘇三慶，路秀琪，王 威，董酈寧，馬小平，葉 毅

(1．西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055；2．西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安710054)

隨著我國(guó)交通建設(shè)事業(yè)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的大跨度和超大跨度橋梁相繼建成，在各種橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型中鋼結(jié)構(gòu)橋梁由于其自重輕、加工快等優(yōu)點(diǎn)而被青睞，其中波紋腹板鋼箱梁因其受剪承載力和穩(wěn)定性較高而被應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)中[1]．為了解橋梁結(jié)構(gòu)的安全特性對(duì)其進(jìn)行定期檢查是必要的，而采用無(wú)損檢測(cè)的方法可以獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)部的健康信息，了解結(jié)構(gòu)因累積損傷而造成的改變[2]．鋼結(jié)構(gòu)的主要損傷源為應(yīng)力集中區(qū)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件因應(yīng)力集中和各種微觀缺陷擴(kuò)展而引發(fā)的脆性破壞現(xiàn)象非常嚴(yán)重[3]．如果能在微觀缺陷擴(kuò)展的早期檢測(cè)到應(yīng)力集中區(qū)域，就可以避免橋梁倒塌等重大安全事故的發(fā)生．而傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)手段，如漏磁、磁粉、超聲及渦流等，可以有效的發(fā)現(xiàn)已發(fā)展成形的宏觀或大部分微觀缺陷，對(duì)尚未發(fā)展成形的微觀缺陷和應(yīng)力集中等早期損傷難以實(shí)施有效的評(píng)價(jià)[4-5]．20世紀(jì)90年代后期俄羅斯學(xué)者Doubov提出了一種新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，即金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)[6-7]．該技術(shù)借助于天然的地磁場(chǎng)作用，能夠?qū)﹁F磁性金屬構(gòu)件的應(yīng)力集中、早期損傷和損傷程度等進(jìn)行診斷，可以防止構(gòu)件的突然失效，是迄今為止對(duì)鐵磁構(gòu)件進(jìn)行早期診斷唯一行之有效的無(wú)損檢測(cè)方法[8]．

目前對(duì)金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)的研究主要集中于航空、電力、石油、化工、機(jī)械和建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，但是卻鮮有針對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的研究．并且，目前的試驗(yàn)研究主要針對(duì)于靜載拉伸和拉-拉疲勞試驗(yàn)，而對(duì)彎曲試驗(yàn)的研究較少．本文主要以橋梁用Q345qC鋼為研究對(duì)象，選用典型橋梁鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)型波紋腹板鋼箱梁進(jìn)行四點(diǎn)受彎試驗(yàn)，采集鋼箱梁翼緣及腹板處的磁信號(hào)，得出了受彎全過(guò)程中磁信號(hào)及其梯度的變化規(guī)律，并據(jù)此找出表征應(yīng)力集中的特征參數(shù)，為金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)在橋梁鋼結(jié)構(gòu)方面應(yīng)用提供依據(jù)．

1 金屬磁記憶檢測(cè)原理

金屬鐵磁構(gòu)件受地磁場(chǎng)和工作荷載的共同作用，磁疇結(jié)構(gòu)和分布會(huì)發(fā)生改變，并在缺陷或應(yīng)力集中處出現(xiàn)磁疇的固定節(jié)點(diǎn)，以漏磁場(chǎng)的形式出現(xiàn)在鐵磁材料的表面．在應(yīng)力和變形集中區(qū)域發(fā)生磁疇組織定向和不可逆的重新取向，在工作荷載卸除后仍然保留，這種“記憶”部件表面缺陷和應(yīng)力集中位置的現(xiàn)象即為磁記憶效應(yīng)[9]．

應(yīng)力集中[10]是由于金屬鐵磁構(gòu)件的彎曲和形狀不連續(xù)、材質(zhì)不均勻以及殘余應(yīng)力的作用引起的，在應(yīng)力集中的部位，由于局部的應(yīng)力高達(dá)名義應(yīng)力的幾倍甚至幾十倍，這些部位往往是構(gòu)件在服役過(guò)程中的危險(xiǎn)部位．處于地磁環(huán)境下的金屬鐵磁構(gòu)件在工作荷載的作用下會(huì)在缺陷和應(yīng)力集中區(qū)形成漏磁場(chǎng)Hp的變化，即磁場(chǎng)的法向分量Hp(y)具有零點(diǎn)值和最大梯度值，切向分量Hp(x)具有最大值[11-13]．通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度Hp法向和切向分量的分布規(guī)律，可以找出缺陷和應(yīng)力集中的區(qū)域[14]．漏磁場(chǎng)Hp的分布曲線(xiàn)見(jiàn)圖1．因此，金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)早期損傷產(chǎn)生的位置.

圖1 漏磁場(chǎng)分布曲線(xiàn)Fig.1 Leakage magnetic field distribution curve

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用橋梁用Q345qC鋼，其化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表1和表2．試驗(yàn)中鋼箱梁是由Q345qC鋼焊接而成，翼緣厚度為8 mm，腹板厚度為6 mm，腹板是依據(jù)《組合折腹板橋梁設(shè)計(jì)模式指南》、《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64-2015)，采用1000型波紋板的1/4縮尺尺寸波折而成，鋼箱梁的波紋腹板在焊接時(shí)傾斜成為斜腹板．為保證鋼箱梁的局部穩(wěn)定，在鋼箱梁的翼緣加設(shè)橫向和縱向的加勁肋，鋼箱梁橫截面如圖2所示．

表1 Q345qC鋼試件化學(xué)成分

表2 Q345qC鋼試件力學(xué)性能

鋼箱梁的總長(zhǎng)度為2 100 mm，加載時(shí)在梁的左右兩側(cè)各外伸150 mm，凈長(zhǎng)度為1 800 mm的簡(jiǎn)支梁．加載點(diǎn)設(shè)置在梁的三分點(diǎn)處，此時(shí)鋼箱梁為兩端是彎剪段而中間是純彎段的四點(diǎn)受彎狀態(tài)．在兩個(gè)加載點(diǎn)處設(shè)置豎向荷載分配構(gòu)件．

磁信號(hào)檢測(cè)線(xiàn)布置在鋼箱梁的一側(cè)，為避免應(yīng)變片對(duì)磁信號(hào)的干擾，應(yīng)變片對(duì)稱(chēng)貼到另一側(cè)．磁信號(hào)檢測(cè)線(xiàn)沿長(zhǎng)度方向布置，上翼緣設(shè)置1條檢測(cè)線(xiàn)為s1-s1，在腹板處設(shè)置5條檢測(cè)線(xiàn)，從上向下依次命名為f1-f1，f2-f2，f3-f3，f4-f4，f5-f5，在下翼緣的下側(cè)設(shè)置4條檢測(cè)線(xiàn)，從邊緣向內(nèi)側(cè)依次命名為x1-x1，x2-x2，x3-x3，x4-x4．磁信號(hào)檢測(cè)線(xiàn)的布置如圖3所示，橫向檢測(cè)點(diǎn)之間的距離為50 mm，兩線(xiàn)的交點(diǎn)處即為檢測(cè)點(diǎn)位置．

圖2 鋼箱梁橫截面(單位:mm)Fig.2 Steel box girder cross section (unit: mm)

圖3 磁信號(hào)檢測(cè)線(xiàn)布置(單位:mm)Fig.3 Magnetic signal detection line layout (unit: mm)

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及方法

本試驗(yàn)是在YAJ20000電液伺服壓剪機(jī)上進(jìn)行，其最大試驗(yàn)力為2 000 kN．磁信號(hào)檢測(cè)儀器選用愛(ài)德森EMS-2003智能磁記憶/渦流檢測(cè)儀，將其設(shè)置為數(shù)字顯示模式，采用雙通道筆式探頭，背景磁場(chǎng)抑制選為“—CH1”，以抑制地磁場(chǎng)強(qiáng)度獲取真實(shí)的磁記憶信號(hào)．

試驗(yàn)在加載之前要將豎向荷載分配構(gòu)件加到鋼箱梁上，在加載點(diǎn)處進(jìn)行對(duì)中、調(diào)整，確保集中力加到三分點(diǎn)處，并且要對(duì)試驗(yàn)儀器進(jìn)行調(diào)試，確保正常工作．試驗(yàn)之前進(jìn)行材性試驗(yàn)，根據(jù)材性試驗(yàn)得出應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，并參考文獻(xiàn)[12]，計(jì)算出鋼箱梁的屈服時(shí)集中荷載為798 kN，極限的承載力為1 150 kN，達(dá)到極限承載力時(shí)停止加載，設(shè)置加載等級(jí)為0 kN、200 kN、400 kN、600 kN、800 kN、1 000 kN、1 100 kN、1 150 kN．在未加載時(shí)采集初始磁信號(hào)值，每加載一級(jí)后檢測(cè)一次磁信號(hào)值，檢測(cè)時(shí)采用在線(xiàn)檢測(cè)的方式．

2.3 誤差減小措施

在試驗(yàn)過(guò)程中外界因素的影響會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差，為減少偶然誤差的影響，在檢測(cè)每個(gè)點(diǎn)時(shí)讀出三組數(shù)據(jù)，摒棄其中明顯錯(cuò)誤的磁信號(hào)值，對(duì)剩余的值取平均值．并且在每次檢測(cè)之前都要對(duì)磁信號(hào)檢測(cè)儀器進(jìn)行歸一化，將連接的探頭與大地磁場(chǎng)做校準(zhǔn)，使儀器和探頭相互匹配，減小不必要的干擾．在檢測(cè)時(shí)探頭貼到試件表面與檢測(cè)點(diǎn)垂直，避免了提離值的改變對(duì)磁信號(hào)的影響．同時(shí)，整個(gè)試驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行，并且對(duì)磁信號(hào)的采集都是在線(xiàn)采集，減少因周?chē)h(huán)境的變化對(duì)磁信號(hào)造成的影響．

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試件從零載開(kāi)始加載到承載能力極限狀態(tài)后停止加載，得出在加載全過(guò)程中翼緣和腹板磁信號(hào)的變化規(guī)律．在加載完成后發(fā)現(xiàn)試件的上翼緣在加載點(diǎn)附近發(fā)生局部屈曲，且有較大的撓曲變形，腹板處沒(méi)有出現(xiàn)明顯的屈曲現(xiàn)象，而下翼緣的變形撓度最大.其主要原因是波紋腹板的平面外剛度比較大，整體穩(wěn)定性高，在荷載作用下不易發(fā)生撓曲變形．

在試驗(yàn)完成后對(duì)加載全過(guò)程中鋼箱梁腹板和下翼緣上的磁信號(hào)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)腹板處5條磁信號(hào)檢測(cè)線(xiàn)表現(xiàn)出較大的相似性，則選取應(yīng)力較大并且受焊縫等其他因素影響較小的檢測(cè)線(xiàn)f4-f4分析．而在下翼緣處的4條磁信號(hào)曲線(xiàn)也表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，則取受干擾較小的x3-x3檢測(cè)線(xiàn)上的磁信號(hào)進(jìn)行分析．

3.1 初始階段磁信號(hào)曲線(xiàn)

在初始階段，鋼箱梁上翼緣、腹板和下翼緣的磁信號(hào)變化規(guī)律如圖4所示．

圖4 初始狀態(tài)磁信號(hào)曲線(xiàn)Fig.4 The initial state magnetic signals curves

從圖4中可以看出，在試件未加載時(shí)，腹板和上、下翼緣磁信號(hào)波動(dòng)大，有多處過(guò)零點(diǎn)的現(xiàn)象，磁信號(hào)曲線(xiàn)均無(wú)明顯規(guī)律．這主要是因?yàn)樵嚰谇捌诘募庸ず瓦\(yùn)輸過(guò)程中，經(jīng)過(guò)輥壓、磨削和焊接[15]等工藝，使得試件內(nèi)部產(chǎn)生磁疇壁移動(dòng)和磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)，磁疇壁的不可逆的遷移導(dǎo)致試件內(nèi)部出現(xiàn)無(wú)規(guī)律的剩磁場(chǎng)，從而影響磁信號(hào)的變化．

3.2 彈性階段磁信號(hào)曲線(xiàn)

彈性階段腹板及下翼緣磁信號(hào)變化如圖5所示．

圖5 彈性階段磁信號(hào)曲線(xiàn)Fig.5 The elastic stage magnetic signal curves

由圖5(a)可知，彈性階段上翼緣的磁信號(hào)值基本為正值，并且隨著荷載的不斷增大表現(xiàn)出比較明顯的規(guī)律性．磁信號(hào)曲線(xiàn)沿著鋼箱梁兩端向中間基本呈線(xiàn)性下降，在中間磁信號(hào)值基本不變，維持在30 A/m左右，并且隨著荷載的不斷增大，在水平段的磁信號(hào)值變化不大．這與四點(diǎn)受彎時(shí)彎矩圖類(lèi)似．由磁信號(hào)的變化曲線(xiàn)可以看出在L=500～600 mm和L=1 250～1 300 mm范圍內(nèi)出現(xiàn)“拐點(diǎn)”．而集中力加載點(diǎn)在600 mm和1 200 mm位置處，這與集中力加載位置略有偏差，主要是因?yàn)榧辛虞d時(shí)有豎向荷載分配傳力構(gòu)件，使得應(yīng)力集中區(qū)域向外偏移．

從圖5(b)中可以發(fā)現(xiàn)腹板處磁信號(hào)值有正有負(fù)，其過(guò)零點(diǎn)的位置不能表征應(yīng)力集中區(qū)域．隨著荷載的不斷增加，磁信號(hào)曲線(xiàn)變得有序，在應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)“波谷”現(xiàn)象，范圍在L=300～550 mm和L=1 200～1 350 mm內(nèi)，“波谷”高度值約為250 A/m，在200 kN到600 kN之前“波谷”高度值不斷增大，在800 kN時(shí)有略微減小．

從圖5(c)中可以看出下翼緣表面磁信號(hào)變化規(guī)律與腹板處變化規(guī)律相似，但下翼緣磁信號(hào)值大都為負(fù)值．在L=350～450 mm和L=1 350～1 500 mm范圍內(nèi)，右邊的“波谷”高度值明顯高于左邊，這是由于初始加載時(shí)試件表面和加載裝置表面沒(méi)有完全重合，使得加載時(shí)右邊的集中力高于左邊，右邊的“波谷”高度值大于左邊．最大的“波谷”高度值為500 A/m左右，在200 kN之前磁信號(hào)的“波谷”高度值較?。?00 kN之后磁信號(hào)的“波谷”高度值不斷增大．

3.3 塑性階段磁信號(hào)曲線(xiàn)

塑性階段腹板和下翼緣磁信號(hào)變化規(guī)律如圖6所示．從圖6(a)中可以看出，在塑性階段，上翼緣的磁信號(hào)變化曲線(xiàn)與彈性階段相似，但隨著荷載的不斷增大，“拐點(diǎn)”位置變得不明顯．腹板和下翼緣的磁信號(hào)變化規(guī)律與其彈性階段類(lèi)似，但隨著荷載的不斷增大，“波谷”高度值呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，在承載能力極限狀態(tài)，“波谷”高度值為塑性階段最?。趶椥噪A段，上翼緣純彎段的磁信號(hào)值基本維持在30 A/m左右，腹板純彎段磁信號(hào)值在0 A/m左右，下翼緣純彎段內(nèi)的磁信號(hào)值基本恒定在-100 A/m左右．根據(jù)腹板和下翼緣磁信號(hào)出現(xiàn)“波谷”的位置以及上翼緣磁信號(hào)出現(xiàn)“拐點(diǎn)”的位置可以初步預(yù)判應(yīng)力集中位置．而在塑性階段，腹板的下翼緣“波谷”高度值不能反映應(yīng)力集中程度．在本試驗(yàn)中，上翼緣磁信號(hào)大部分是正值，沒(méi)有“過(guò)零點(diǎn)”的現(xiàn)象，腹板磁信號(hào)“過(guò)零點(diǎn)”位置多，下翼緣磁信號(hào)主要為負(fù)值，沒(méi)有“過(guò)零點(diǎn)”現(xiàn)象．因此，磁信號(hào)“過(guò)零點(diǎn)”位置不能直接反映應(yīng)力集中位置，則“過(guò)零點(diǎn)”現(xiàn)象這種經(jīng)驗(yàn)判斷應(yīng)力集中區(qū)域的方式，在本試驗(yàn)中并不適用．

圖6 塑性階段磁信號(hào)曲線(xiàn)Fig.6 The plastic stage magnetic signal curves

4 磁記憶特征信號(hào)分析

為了對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域和應(yīng)力集中程度進(jìn)一步判斷以及研究磁信號(hào)梯度K沿檢測(cè)線(xiàn)L方向的變化規(guī)律，定義曲線(xiàn)中“峰-峰值”高度和水平位置的特征參數(shù)，如圖7所示．其中，Hlb和Hlt分別表示左邊“峰-峰”的下峰和上峰與起始點(diǎn)的距離，Hrb和Hrt分別表示右邊“峰-峰”的下峰和上峰與起始點(diǎn)的距離，Vl和Vr分別表示左邊和右邊“峰-峰”的垂直距離．

圖7 磁信號(hào)特征曲線(xiàn)Fig.7 The magnetic signal characteristic curves

4.1 彈性階段磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)

彈性階段腹板和翼緣磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)如圖8所示．從圖8中可以發(fā)現(xiàn)在彈性階段磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，并且隨著荷載的增加而改變.

圖8 彈性階段磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)Fig.8 The elastic stage gradient magnetic signal curves

從圖8(a)中可以發(fā)現(xiàn)，上翼緣的磁信號(hào)梯度在L=450～600 mm和L=1 250～1 350 mm處出現(xiàn)“峰-峰值”，有“過(guò)零點(diǎn)”現(xiàn)象但不能準(zhǔn)確反映應(yīng)力集中位置．在左邊的彎剪段磁信號(hào)梯度值基本為負(fù)值，當(dāng)L=450～600 mm時(shí)出現(xiàn)負(fù)的“峰-峰值”，隨著荷載增大，Vl和Vr基本呈增大的趨勢(shì)．在純彎段，磁信號(hào)梯度值沒(méi)有明顯變化，基本恒定在零附近．而在L=1 250～1 350 mm位置處出現(xiàn)正的“峰-峰值”，并且隨著荷載增大，Vl和Vr基本呈增大的趨勢(shì)，在右邊的彎剪段磁信號(hào)梯度值基本為正值．則彈性階段上翼緣可以根據(jù)磁信號(hào)梯度值“峰-峰值”高度Vl和Vr判斷應(yīng)力集中程度，而通過(guò)Hlb、Hlt和Hrb、Hrt可以判斷應(yīng)力集中位置．

從圖8(b)中可以看出腹板的梯度曲線(xiàn)在L=400～500 mm和L=1 250～1 350 mm范圍內(nèi)出現(xiàn)“過(guò)零點(diǎn)”和“峰-峰值”現(xiàn)象，并且兩邊的“峰-峰值”高度并不對(duì)稱(chēng)，Vr比Vl要大．這是因?yàn)樵诔跏技虞d時(shí)豎向傳力構(gòu)件與鋼箱梁上翼緣左側(cè)沒(méi)有完全接觸，加載過(guò)程中右側(cè)集中力較大，導(dǎo)致磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)右側(cè)的“峰-峰值”高度值比左側(cè)要大．在彈性階段隨著應(yīng)力的不斷增大，Vl和Vr基本呈增大的趨勢(shì)，Hlb、Hlt和Hrb、Hrt基本保持不變，而在純彎段磁信號(hào)梯度值基本恒定在零附近．因?yàn)榧儚澏沃挥袕澗貨](méi)有剪力，腹板主要承受剪應(yīng)力，而純彎段沒(méi)有剪應(yīng)力使得腹板處的應(yīng)力非常小，則磁信號(hào)基本恒定為零，則在純彎段的磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)也基本為零．

從圖8(c)中可以看出下翼緣的梯度曲線(xiàn)也在左右兩側(cè)出現(xiàn)了“峰-峰值”以及“過(guò)零點(diǎn)”的現(xiàn)象，左側(cè)的在L=350～500 mm位置處，右側(cè)“峰-峰”值及過(guò)零點(diǎn)現(xiàn)象在L=1 350～1 450 mm位置處，并且由于加載時(shí)接觸面的偏差，使得右邊的集中力比左邊的偏大，Vr也比Vl要大．隨著荷載的不斷增大，Vl和Vr基本呈增大的趨勢(shì)，Hlb、Hlt和Hrb、Hrt基本保持不變，純彎段的磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)基本為零．在下翼緣純彎段的應(yīng)力基本恒定為常數(shù)，梯度曲線(xiàn)在純彎段基本恒定為零．

對(duì)比圖8(b)和圖8(c)可以發(fā)現(xiàn)下翼緣與腹板的磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)表現(xiàn)出相似的規(guī)律，而下翼緣的Vl和Vr要比腹板處的要大，但都可以依據(jù)Vl和Vr即左右兩側(cè)的峰-峰高度值可以進(jìn)一步確定應(yīng)力集中程度，Hlb、Hlt和Hrb、Hrt，即左右兩側(cè)的上、下峰的位置，可以輔助確定應(yīng)力集中區(qū)域．

在彈性階段，可以依據(jù)鋼箱梁磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)峰-峰高度值Vl和Vr判斷應(yīng)力集中程度，Hlb、Hlt和Hrb、Hrt，即左右兩側(cè)“峰-峰”中上、下峰的位置，輔助確定應(yīng)力集中區(qū)域．

4.2 塑性階段磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)

塑性階段腹板和翼緣磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)如圖9所示．

對(duì)比圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)塑性階段上、下翼緣處磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)與彈性階段變化規(guī)律相似．由于腹板的磁信號(hào)梯度都比較小，其“過(guò)零點(diǎn)”和“峰-峰值”現(xiàn)象不明顯，但可以發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)力的增大，“峰-峰值”會(huì)降低，則此時(shí)“過(guò)零點(diǎn)”可以表征應(yīng)力集中位置，“峰-峰”高度值不能較好的表征應(yīng)力集中程度．塑性階段上翼緣出現(xiàn)“過(guò)零點(diǎn)”和“峰-峰值”的位置在L=450～600 mm和L=1 250～1 350 mm附近，下翼緣出現(xiàn)“過(guò)零點(diǎn)”和“峰-峰”值的位置在L=350～500 mm和L=1 350～1 450 mm附近，這分別與其彈性階段位置相同，則此時(shí)磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)“過(guò)零點(diǎn)”位置可以輔助判斷應(yīng)力集中的位置．但是隨著應(yīng)力的增大“峰-峰值”會(huì)不斷降低，并且在承載能力極限狀態(tài)的“峰-峰值”為最小值，故此時(shí)Vl和Vr即磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)中“峰-峰”高度值不能表征應(yīng)力集中程度．

在塑性階段，不能依據(jù)鋼箱梁磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)“峰-峰”高度值Vl和Vr判斷應(yīng)力集中程度，而Hlb、Hlt和Hrb、Hrt，即左右兩側(cè)“峰-峰”中上、下峰的位置，可以輔助確定應(yīng)力集中區(qū)域．

4.3 跨中撓度與對(duì)應(yīng)位置梯度值對(duì)應(yīng)關(guān)系研究

為了解磁信號(hào)與撓度之間的關(guān)系，作跨中撓度對(duì)應(yīng)位置處磁信號(hào)梯度絕對(duì)值的變化曲線(xiàn)，如圖10所示．

圖9 塑性階段磁信號(hào)梯度曲線(xiàn)Fig.9 The plastic stage gradient magnetic signal curves

圖10 鋼箱梁撓度變化與磁信號(hào)梯度絕對(duì)值關(guān)系曲線(xiàn)Fig.10 The relationship between absolute value of gradient and the deflection of steel box girder

從圖10中可以看出，在彈性階段，磁信號(hào)梯度值的絕對(duì)值變化較小，主要因?yàn)槌跏即判盘?hào)受環(huán)境及其他因素的影響，加上開(kāi)始加載時(shí)應(yīng)力能還不足以引起磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)和磁疇壁的移動(dòng)，磁信號(hào)的變化并不明顯．同時(shí)，此階段的荷載較小，造成鋼箱梁撓度的變化也較?。趶椥噪A段的中后期，在應(yīng)力的作用下磁疇壁會(huì)定向轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)力所產(chǎn)生的等效場(chǎng)不斷增大，在該過(guò)程中磁信號(hào)變化劇烈，而鋼箱梁的跨中撓度變化并不大．在彈性階段結(jié)束后，磁信號(hào)梯度值絕對(duì)值和撓度的變化曲線(xiàn)開(kāi)始下降，利用該轉(zhuǎn)折點(diǎn)可以找到發(fā)生屈服時(shí)的鋼箱梁的撓度．進(jìn)入塑性階段后，鋼箱梁的撓度增大，磁信號(hào)的變化速率不斷減慢．

5 結(jié)論

(1)在波紋腹板鋼箱梁四點(diǎn)受彎試驗(yàn)中，鋼箱梁翼緣和腹板的應(yīng)力集中位置磁信號(hào)變化沒(méi)有出現(xiàn)“過(guò)零點(diǎn)”的現(xiàn)象，腹板和下翼緣出現(xiàn)“波谷”，上翼緣出現(xiàn)“拐點(diǎn)”，磁信號(hào)梯度值在腹板和下翼緣出現(xiàn)“過(guò)零點(diǎn)”．

(2)彈性階段和塑性階段磁信號(hào)及其梯度值的變化規(guī)律相似，利用腹板和下翼緣磁信號(hào)“波谷”高度值和梯度值的“峰-峰值”高度可以較好的表征應(yīng)力集中程度．

(3)利用磁信號(hào)梯度絕對(duì)值曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置可以對(duì)鋼箱梁屈服時(shí)跨中最大撓度進(jìn)行初判．