组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法

本发明属于桥梁工程，具体涉及到一种组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法。

背景技术：

1、组合钢桥面板可有效提高桥面板局部刚度，对降低钢桥面板典型焊接细节疲劳应力幅、延长桥面铺装使用寿命具有重要意义。稳定、可靠的组合设计是保障受力层与钢桥面板顶板协同受力的关键，影响着组合钢桥面板的强韧度。常见的组合设计方式包括热连接、冷连接、混合连接。其中，采用石英砂增韧胶粘界面实现组合设计的方式具有局部刚度提升效果优良、对钢结构部分无损、易维护、应力集中程度低、无焊接残余应力等优点，得到了国内外学者的广泛关注。

2、界面的相对滑移、分离情况是分析组合钢桥面板界面传力机理与损伤演化的重要指标。采用传统滑移计的测试手段仅能测试单向位移、点位移，不能很好满足界面传力机理分析对全界面范围、多方向位移的数据需求；采用数字图像相关相关测试技术可获得界面全场位移，但仍需在分析子区尺度灵活划分、计算精度方面进行提升。可见，在组合钢桥面板界面传力机理与损伤演化分析方面，不仅需要全界面、多方向的位移场数据库，而且需要建立更加高效、灵活的界面滑移与分离计算方法。

3、针对上述技术需求，基于利用数字图像相关技术监测的位移场数据库，本发明提出了组合钢桥面板胶粘界面相对滑移与分离计算方法，明确了界面相对滑移计算点的子区划分依据，建立了相对滑移判定条件，提出了受力全过程的界面相对滑移值和分离值的计算方法，为组合钢桥面板的界面传力机理与损伤演化分析提供了技术支撑。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,提出基于利用数字图像相关技术监测位移场数据库的组合钢桥面板胶粘界面相对滑移与分离计算方法，目的在于为组合钢桥面板界面传力机理与损伤演化分析提供准确度高、计算效率高的分析指标。

2、解决上述技术问题采用的技术方案是：一种组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法，包括以下步骤：

3、步骤一、设置子区计算参数：包括设置噪声阈值与选择形状函数，噪声阈值包括迭代阈值和迭代残差阈值，采用式(1)的二阶形状函数描述子区的位置变化和形状变化，通过形状函数，在已知一子区的中心点p的位移和位移偏导数值时，可确定中心点周围任意一点的坐标；

4、

5、式中：x、y是中心点p变形前的位置坐标；

6、x1、y1为中心点p变形后的位置坐标；

7、μ、v为子区中心点在x、y方向的位移；

8、μx、μy、vx、vy均为位移的一阶偏导数；

9、μxx、μxy、μyy、vxx、vxy、vyy为位移的二阶偏导数；

10、δx、δy为点(x，y)到子区中心点的距离；

11、步骤二、确定子区大小：子区贴近界面线且中心点≤组合板高度的2.5％；

12、步骤三、确定网格点密度划分限值：为了平衡计算的精度与效率，1/4子区大小＜网格点密度＜1/2子区大小；

13、步骤四、建立界面滑移与分离计算模型：计算胶层厚度方向上中心位置e点的相对滑移值时，在过e点且垂直于胶层界面的截面上确定受力层子区c和钢板层子区b，在过子区b中心点且垂直于bc的钢板中建立子区a，子区a、b、c的边缘到胶层中心e的垂直方向距离t大于组合板厚度方向的子区边长的一半，且不超过组合板厚度方向子区边长的整体尺寸，子区a至b的中心点距离tab与子区b至子区c的中心点距离tbc的比值为0.4～2.5；

14、步骤五、确定界面滑移与分离判定条件：加载前的三个子区初始位置为δabc，加载后不可虑界面滑移与分离的三个子区位置变化为δa′b′c′，考虑不可避免的噪声影响，确定发生界面滑移与分离的判定条件；

15、步骤六、确定界面滑移与分离位移：由步骤五判定存在界面滑移或分离，将加载后存在界面滑移或分离的三个子区标记为δa′b′c″，由式(2)计算相对滑移值c′d″、由式(3)计算相对垂直分离值c″d″；

16、

17、c″d″＝c′c″×sin∠d″c′c″    (3)

18、式(2)中，c′c″是界面发生滑移或分离前、后的子区c中心位置变化值，由下式(4)计算；式(3)中，∠d″c′c″是c′c″和c′d″的夹角，根据a′b′//c′d″条件按照公式(5)和(6)计算；

19、c′c″2＝b′c′2+b′c″2－2b′c′×b′c″cos∠c′b′c″    (4)

20、

21、∠d″c′c″＝∠a′c′c″-∠a′b′c′-∠b′c′a′    (6)

22、式(5)中，∠a′c′c″是a′c″和c′c″的夹角，a′c″由监测得到的发生滑移或分离后子区a和子区c中心点位置确定，∠c′a′c″是a′c′和a′c″的夹角，由监测得到的发生滑移或分离前、后的子区c位置确定；式(6)中，∠a′b′c′是b′a′和b′c′的夹角，由加载后子区a、b、c的中心点位置确定；∠b′c′a′是c′b′和c′a′的夹角，由加载后优选地，本发明的步骤一中迭代阈值为0.1像素、迭代残差阈值为20灰度值。

23、优选地，本发明的步骤二中采用界面高度特征为控制指标，根据组合钢桥面板胶粘界面的噪声水平和子区范围内散斑不少于2个的原则，确定子区范围为16×16像素～20×20像素。

24、优选地，本发明的步骤五中发生界面滑移与分离的判定条件为：除ab边外，δabc、δa′b′c′的边长和夹角的变化率超过1％。

25、针对组合钢桥面板界面相对滑移与分离的测试分析，目前常用的测试手段是滑移计和数字图像相关技术。本发明相比于现有技术具有以下优点：

26、(1)采用滑移计测试界面相对滑移时，测试针对单一截面，且一个滑移计只能测试单一方向的相对滑移。滑移计测点布设所需粘贴底座、布设测表等需要占用一定空间，无法实现连续界面的区域测量。针对上述测试局限性，本发明采用数字图像相关技术，获得组合钢桥面板位移场数据库，实现了加载全过程、全场界面的滑移、分离准确计算，提组合钢桥面板界面传力机理与损伤演化研究提供了重要支撑。

27、(2)采用数字图像相关测试技术时，散斑图案灰度特征、灰度插值算法、变形计算的形状函数均影响着计算精确度和计算收敛性。在组合钢桥面板界面滑移与分离研究中，对临近组合界面的狭长区测试与分析精度要求高。目前，由数字图像相关测试软件后处理系统导出的滑移或分离值计算结果精度仍需提高。考虑该分析水平局限性与技术需求，为了提升现有数字图像相关技术的计算分析精度，针对组合钢桥面板界面几何全场、加载全程的分析维度，提出了界面相对滑移与分离计算点的子区噪声阈值与形状函数，明确了子区范围划分与网格点密度划分要求，建立了界面滑移与分离计算模型，提出了界面相对滑移与分离的判定条件、计算方法，实现了组合钢桥面板加载全过程、全场界面的滑移与分离准确计算，提升了现有技术的分析精度。

技术特征：

1.一种组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法，其特征在于：所述的步骤一中迭代阈值为0.1像素、迭代残差阈值为20灰度值。

3.根据权利要求1所述的组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法，其特征在于：所述的步骤二中采用界面高度特征为控制指标，根据组合钢桥面板胶粘界面的噪声水平和子区范围内散斑不少于2个的原则，确定子区范围为16×16像素～20×20像素。

4.根据权利要求1所述的组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法，其特征在于所述的步骤五中发生界面滑移与分离的判定条件为：除ab边外，δabc、δa′b′c′的边长和夹角的变化率超过1％。

技术总结一种组合钢桥面板的石英砂增韧胶层粘结界面相对滑移与分离的计算方法，包括以下步骤：步骤一、设置子区计算参数；步骤二、确定子区大小；步骤三、确定网格点密度划分限值；步骤四、建立界面滑移与分离计算模型；步骤五、确定界面滑移与分离判定条件；步骤六、确定界面滑移与分离位移；基于利用数字图像相关技术监测的位移场数据库，提出了界面相对滑移与分离计算点的子区噪声阈值与形状函数，明确了子区范围划分与网格点密度划分要求，建立了界面滑移与分离计算模型，提出了界面相对滑移与分离的判定条件、计算方法，为实现组合钢桥面板的界面传力机理与损伤演化分析提供了重要支撑。技术研发人员：段兰,王春生受保护的技术使用者：长安大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17