基于磁感电动势考虑磁场角度的钢结构柱检测方法

摘要

【目的】钢结构长期服役过程中，钢构件的应力状态是评估结构安全与健康状态的关键参数。现有基于磁感电动势效应的应力检测方法未考虑磁场方向的影响，磁场角度变化会降低检测结果准确性。因此，通过理论分析和试验研究，量化磁场角度对钢结构柱磁感电动势-应力关系的影响程度。【方法】设计Q235B H型钢短柱轴心受压试验，将锰锌铁氧体U型电磁传感器固定于钢翼缘中心并改变其角度。分级加载过程中，同步采集不同应力水平、不同磁场角度下的磁感电动势信号，所有试验重复两次以保证数据可重复性。基于试验数据，建立不同磁场角度下H型钢柱的磁感电动势-应力关系曲线，分析磁场角度对H型钢柱应力与磁感电动势关系的具体影响规律，明确磁感电动势与应力、磁场角度的定量关系，同时通过磁感电动势梯度均值量化磁场角度对钢结构柱磁感电动势-应力关系的影响程度。【结果】在弹性范围内，磁感电动势与压应力呈显著线性负相关。随着磁场角度的增大，磁感电动势-应力关系曲线的斜率变化显著;磁场方向与主压应力方向平行时，信号灵敏度最高;随着磁场角度的增大，灵敏度呈非线性递减，垂直时灵敏度最低，且不同角度下的关系曲线互不相交。【结论】不同磁场角度下，磁感电动势梯度随应力增加趋于定值，且其均值随磁场方向与加载方向偏离角度的增大而减小，表明磁场角度会影响应力检测结果。基于试验结果建立的磁感电动势-应力数学表达式拟合度较好，且磁感电动势梯度均值与磁场角度符合余弦函数关系。

关键词

钢结构柱 / 磁感电动势 / 磁场角度 / 应力 / 角度效应 / 磁信号梯度 / 定量模型 / 无损检测