《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2020.11.10.002©北京科技大学2020 工程科学学报 基于磁记忆检测的桥钢箱梁翼缘损伤状态力磁研 究 苏三庆，秦彦龙，王威，左付亮，邓瑞泽，刘馨为 西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055 摘要：金属磁记忆检测技术由于其能够快速便捷的对铁磁性构件的损伤进行识别，且被认为具有 识别隐性损伤的能力，而被广泛研究。为推进其在桥钢箱梁损伤检测方面的应用，对桥钢箱梁进行 了静力受弯试验，提取其变形最严重的上翼缘磁信号分布，建立了损伤区域力与磁信号和磁信号梯 度的关系曲线，并提出用磁场梯度指数来表征钢梁的受力和损伤状态。结果表明：上翼缘磁信号曲 线与应力变化形态正好相反，磁信号曲线在进入塑性后发生反转变为负值，且随应力变化的速度增 快，可以判断构件进入塑性状态，即将发生损伤：磁场梯度曲线在损伤最严重的区域出现最大值， 且随着荷载的增大，磁梯度最大值点不断向钢梁中间移动，由此可以进衍破不状态的预警；磁场梯 度与应力关系曲线可将构件整个受力过程明显的区分为初始、屈服、塑性<损伤四个状态：可以用磁 场梯度指数来进行构件受力状态与损伤状态的表征。该研究可为金属磁记忆检测技术在桥钢梁损伤 状态的定量评估和预警方面的应用提供依据和参考。 关键词：金属磁记忆：钢箱梁损伤；力磁耦合；定量评估：有限无法 中图分类号：TG115.28:TU391文献标示码：A△ Research on stress-magnetization of the state of flange damage of bridge steel box beam based on magnetic/memory detection SU Sanqing,QIN Yanlong,WANG Wei,ZUO Fuliang DENG ruize,LIU xinwei School of Civil Engineering,Xi'an Univ.of Arch.Tech.,Xi'an 710055,China) Abstract:Metal magnetic memory detection technology has been widely studied due to its ability to identify damage of ferromagnetic components quickly and conveniently,and is considered to have the ability to identify hidden damage.In order to promote the application of metal magnetic memory technology in the damage detection of bridge steel box beam,a static bending test on the steel box beam of the bridge are carried out,and magnetic sighal distribution of the upper flange with the most serious deformation are extracted.The quantitative relationship between the stress in the damage region and magnetic signal or magnetic signal gradient is established,and how to characterize the stress and damage state of steel beam are put forward by magnetic field gradient index.The results show that the magnetic signal curve of the upper flange is opposite to the stress change form,and the magnetic signal curve reverses into negative value after entering the plastic state,and increases with the stress change speed,so the component can be judged to enter the plastic state and be damaged soon.The maximum value of the magnetic fieldgradien curve appears in the position with the most serious damage,and with the increase of the load,the maximum value point of the magnetic gradient constantly moves to the middle of the steel beam,thus the early warning of the failure state can be carried out.The relation curve between magnetic field gradient and stress can obviously distinguish the whole stress process of the component includes four states:initial,yield,plasticity and damage.The stress state and damage state of components can be characterized by magnetic field gradient index.This study can provide reference and basis for the application of metal magnetic memory detection technology in the quantitative assessment and early 收稿日期：2020. 基金项目：国家自然科学基金项目(51878548)，陕西省自然科学基础研究计划(2018JZ5013)
工程科学学报 1 基于磁记忆检测的桥钢箱梁翼缘损伤状态力磁研 究 苏三庆，秦彦龙，王威，左付亮，邓瑞泽，刘馨为 西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安 710055 摘 要：金属磁记忆检测技术由于其能够快速便捷的对铁磁性构件的损伤进行识别，且被认为具有 识别隐性损伤的能力，而被广泛研究。为推进其在桥钢箱梁损伤检测方面的应用，对桥钢箱梁进行 了静力受弯试验，提取其变形最严重的上翼缘磁信号分布，建立了损伤区域力与磁信号和磁信号梯 度的关系曲线，并提出用磁场梯度指数来表征钢梁的受力和损伤状态。结果表明：上翼缘磁信号曲 线与应力变化形态正好相反，磁信号曲线在进入塑性后发生反转变为负值，且随应力变化的速度增 快，可以判断构件进入塑性状态，即将发生损伤；磁场梯度曲线在损伤最严重的区域出现最大值， 且随着荷载的增大，磁梯度最大值点不断向钢梁中间移动，由此可以进行破坏状态的预警；磁场梯 度与应力关系曲线可将构件整个受力过程明显的区分为初始、屈服、塑性、损伤四个状态；可以用磁 场梯度指数来进行构件受力状态与损伤状态的表征。该研究可为金属磁记忆检测技术在桥钢梁损伤 状态的定量评估和预警方面的应用提供依据和参考。 关键词：金属磁记忆；钢箱梁损伤；力磁耦合；定量评估；有限元法； 中图分类号：TG115.28；TU391 文献标示码：A Research on stress-magnetization of the state of flange damage of bridge steel box beam based on magnetic memory detection SU Sanqing, QIN Yanlong, WANG Wei, ZUO Fuliang, DENG ruize, LIU xinwei School of Civil Engineering, Xiʹan Univ. of Arch. & Tech., Xiʹan 710055, China) Abstract: Metal magnetic memory detection technology has been widely studied due to its ability to identify damage of ferromagnetic components quickly and conveniently, and is considered to have the ability to identify hidden damage. In order to promote the application of metal magnetic memory technology in the damage detection of bridge steel box beam, a static bending test on the steel box beam of the bridge are carried out, and magnetic signal distribution of the upper flange with the most serious deformation are extracted. The quantitative relationship between the stress in the damage region and magnetic signal or magnetic signal gradient is established, and how to characterize the stress and damage state of steel beam are put forward by magnetic field gradient index. The results show that the magnetic signal curve of the upper flange is opposite to the stress change form, and the magnetic signal curve reverses into negative value after entering the plastic state, and increases with the stress change speed, so the component can be judged to enter the plastic state and be damaged soon. The maximum value of the magnetic field gradient curve appears in the position with the most serious damage, and with the increase of the load, the maximum value point of the magnetic gradient constantly moves to the middle of the steel beam, thus the early warning of the failure state can be carried out. The relation curve between magnetic field gradient and stress can obviously distinguish the whole stress process of the component includes four states: initial, yield, plasticity and damage. The stress state and damage state of components can be characterized by magnetic field gradient index. This study can provide reference and basis for the application of metal magnetic memory detection technology in the quantitative assessment and early 收稿日期：2020. 基金项目：国家自然科学基金项目（51878548），陕西省自然科学基础研究计划（2018JZ5013)。 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.10.002 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿
桥梁建设2020年第*卷第*期（总第*期） Bridge Construction,Vol.*+No.+,2020(Totaiiy No.**) 作者简介：苏三庆(1961-），男，教授，博导。从事结构健康监测方面的研究。E-ail:ussq@xauat.edu.cn。 warning of the damage status of bridge steel beams. Key words:metal magnetic memory;damage of steel box beam;stress-magnetic coupling; quantitative assessment;finite element method; 引言 钢箱梁因其轻质高强、塑性好，且箱形截面具有较大的抗弯刚度和较强的抗扭性能，具有较大 跨越能力，能很好的承受横向分布荷载，适用于各种复杂结构而在桥梁结构中被广泛应用四。但在 桥钢梁使用过程中，由于内部裂纹和外界环境以及自然灾害的原因，会产生截面或节点的刚度、强 度的退化及变形等损伤。在一定情况下会引起结构的失效，造成严重的安全问题，这就使得对在 役桥钢梁结构的检测成为必需。 金属磁记忆检测技术是一种新兴的磁无损检测方法，这种检测方法可对铁薇构件应力集中区域 及存在隐形损伤的部位进行早期发现，并采取有效的预防措施，防止铁磁构作的突然破坏，有早期 预警的作用。且金属磁记忆检测技术对构件的早期损伤进行识别。其基本原理是铁磁性材料具有 磁畴结构和自发磁化的特征，在外加磁场和应力的作用下，铁磁材料部将发生磁畴壁移动和磁矩 转动，在构件表面出现磁场强度的改变，损伤区域产生自有漏磁场，并且存在“记忆”现象。 金属磁记忆检测技术由于操作简单、灵敏度高，已经被应用到了轨道、管道、压力容器，飞机起 落架等铁磁性构件安全检测当中。目前，许多学者对漏磁信身均应方状态之间的关系展开了大量 研究，用来建立构件表面或内部损伤与磁信号的关系。文献9]进行了再制造业磁记忆检测技术研 究的探讨。文献[10-11]研究了钢丝绳磁记忆检测技术的乃感关系，文献[12-13]对磁记忆检测技术在建 筑钢结构领域的应用进行了初步研究。文献14-15]对荷单构件进行了有限元模拟计算。但以前研究大 多属于桥梁等建筑结构以外其他领域的构件，多以简巢受为主，在桥梁钢结构方面磁记忆检测技 术的研究尚处于探索阶段。 因此，选用波纹腹板钢箱梁进行基于磁记忆检测技术的力磁关系试验研究，以探索用磁信号来 检测和预警桥钢箱梁的损伤。文章通过对桥钢箱梁进行四点受弯的静力加载试验，发现其在上翼缘 发生屈曲失稳破坏，得到了钢梁表面的漏磁场信号曲线及漏磁场梯度曲线，由于钢箱梁在受力过程 中翼缘和腹板的受力情况不同，所产生的磁信号变化也不同，所以本次重点讨论上翼缘磁信号变化 情况。结合有限元计算的应力分情况，给出了应力与磁信号之间的关系曲线：提出了用磁场梯度 指数作为参数对损伤进行检测和硕警。 1、试验过程及结果 1.1试验材料及方法 选用具有代表性的Q345qC桥梁钢材进行基于磁记忆检测的受弯试验研究，Q345qC钢材具有 良好的力学性能、煌接性能及低温变形能力，在桥钢梁方面应用最为广泛。材料的化学成分及力学性 能分别如表1和表2所示。 表1Q345qc钢材化学成分% Tablel Q345qc steel chemical composition/% Si Mn 0.15 0.38 L6 ≤0.035 ≤0.035 表2Q345qc钢材的力学参数 Table2 Mechanics parameters of q345qc steel Elasticity modulus/ Yield strength Strength of Elongation Gpa /Mpa extension/Mpa % 201 ≥345 510 ≥21
桥梁建设 2020 年第**卷第*期 （总第***期） Bridge Construction, Vol. ** ， No.* ， 2020 (Totaiiy No.** ) 作者简介：苏三庆 (1961-)，男，教授，博导。从事结构健康监测方面的研究。E-mail: sussq@ xauat.edu.cn。 warning of the damage status of bridge steel beams. Key words: metal magnetic memory; damage of steel box beam; stress-magnetic coupling; quantitative assessment; finite element method; 引言 钢箱梁因其轻质高强、塑性好，且箱形截面具有较大的抗弯刚度和较强的抗扭性能，具有较大 跨越能力，能很好的承受横向分布荷载，适用于各种复杂结构而在桥梁结构中被广泛应用[1]。但在 桥钢梁使用过程中，由于内部裂纹和外界环境以及自然灾害的原因，会产生截面或节点的刚度、强 度的退化及变形等损伤 [2]。在一定情况下会引起结构的失效，造成严重的安全问题，这就使得对在 役桥钢梁结构的检测成为必需。 金属磁记忆检测技术是一种新兴的磁无损检测方法，这种检测方法可对铁磁构件应力集中区域 及存在隐形损伤的部位进行早期发现，并采取有效的预防措施，防止铁磁构件的突然破坏，有早期 预警的作用[3]。且金属磁记忆检测技术对构件的早期损伤进行识别[4]。其基本原理是铁磁性材料具有 磁畴结构和自发磁化的特征，在外加磁场和应力的作用下，铁磁材料内部将发生磁畴壁移动和磁矩 转动，在构件表面出现磁场强度的改变，损伤区域产生自有漏磁场，并且存在“记忆”现象[5-6]。 金属磁记忆检测技术由于操作简单、灵敏度高，已经被应用到了轨道、管道、压力容器，飞机起 落架等铁磁性构件安全检测当中[7]。目前，许多学者对漏磁信号与应力状态之间的关系展开了大量 研究，用来建立构件表面或内部损伤与磁信号的关系[8]。文献[9]进行了再制造业磁记忆检测技术研 究的探讨。文献[10-11]研究了钢丝绳磁记忆检测技术的力磁关系。文献[12-13]对磁记忆检测技术在建 筑钢结构领域的应用进行了初步研究。文献[14-15]对简单构件进行了有限元模拟计算。但以前研究大 多属于桥梁等建筑结构以外其他领域的构件，多以简单受力为主，在桥梁钢结构方面磁记忆检测技 术的研究尚处于探索阶段。 因此，选用波纹腹板钢箱梁进行基于磁记忆检测技术的力磁关系试验研究，以探索用磁信号来 检测和预警桥钢箱梁的损伤。文章通过对桥钢箱梁进行四点受弯的静力加载试验，发现其在上翼缘 发生屈曲失稳破坏，得到了钢梁表面的漏磁场信号曲线及漏磁场梯度曲线，由于钢箱梁在受力过程 中翼缘和腹板的受力情况不同，所产生的磁信号变化也不同，所以本次重点讨论上翼缘磁信号变化 情况。结合有限元计算的应力分布情况，给出了应力与磁信号之间的关系曲线；提出了用磁场梯度 指数作为参数对损伤进行检测和预警。 1、试验过程及结果 1.1 试验材料及方法 选用具有代表性的 Q345qC 桥梁钢材进行基于磁记忆检测的受弯试验研究，Q345qC 钢材具有 良好的力学性能、焊接性能及低温变形能力，在桥钢梁方面应用最为广泛。材料的化学成分及力学性 能分别如表 1 和 表 2 所示。 表 1 Q345qc 钢材化学成分/% Table1 Q345qc steel chemical composition/% C Si Mn S P 0.15 0.38 1.6 0.035 0.035 表 2 Q345qc 钢材的力学参数 Table2 Mechanics parameters of q345qc steel Elasticity modulus/ Gpa Yield strength /Mpa Strength of extension/Mpa Elongation /% 201 345 510 21 录用稿件，非最终出版稿
桥梁建设2020年第*卷第*期（总第*期） Bridge Construction,Vol.*+No.+,2020(Totaiiy No.**) 试件三维模型如图1所示，腹板尺寸由桥梁钢箱梁常用1000型被纹腹板进行1/4缩尺而来，横 截面尺寸如图2所示。本次实验采用两个钢箱梁试件，钢梁加载时支座处外伸150mm,钢梁有效长 度分别为1800mm和1500mm,横截面尺寸相同，下文中对钢梁的描述均采用有效长度。波纹腹板 钢箱梁四点受弯试验在YAJ20000型电液伺服压剪试验机上进行，其最大试验力为2000OkN。试件 表面的磁记忆信号采集设备采用EMS-2003智能磁记忆/涡流检测仪。检测探头采用磁记忆双通道笔 式探头，探头编号为EPMS/B2,其分辨率为1AWm,量程为士1000A/m。 试验中四点受弯加载方式如图3所示。磁信号采用保载在线测量的方式，测线沿钢梁长度方向 布置，检测步距为50mm,上翼缘检测线布置位置如图4所示。磁记忆检测试验中由于需要测量每 个阶段的磁信号，故钢梁试验前先由材性试验得到精确的本构模型如图5所示，实验前计算得到 1800mm长钢梁屈服荷载为900kN,设置加载等级为 0、200、400、600、800、900、1000、1050、1100kN。1500mm长钢梁屈服荷载为1000kN,设置加载等级 为0、200、400、600、800、900、1000、1050、1123kN。测量时将传感器垂直并紧试件表面，以消除提 离值的影响，保证在检测过程中提离值保持为零。为了保证结果的准确性，减意外误差的影响， 在每个测点收集了三组数据，丢弃与其他测点有显著差异的数据。取余的平均值， 得到比较准确 的结果。 412 然子分 2100 图1试件三维图 图2试件横截面图单位：mm Fig.I Three-dimensional model of specimen unit:mm section of specimen unit:mm 录用稿件 g ross 图3试件加载示意图单位：mm Fig.3 Specimen loading mode unit:mm 600 图4上翼缘检测线布置示意图单位：mm Fig.4 The upper flange detection line layout unit:mm 1.2试验结果 试件加载至最终失去承载力的状态如图6所示，两个钢箱梁破坏情况一致，都为上翼缘屈曲损伤
桥梁建设 2020 年第**卷第*期 （总第***期） Bridge Construction, Vol. ** ， No.* ， 2020 (Totaiiy No.** ) 试件三维模型如图 1 所示，腹板尺寸由桥梁钢箱梁常用 1000 型波纹腹板进行 1/4 缩尺而来，横 截面尺寸如图 2 所示。本次实验采用两个钢箱梁试件，钢梁加载时支座处外伸 150mm，钢梁有效长 度分别为 1800mm 和 1500mm，横截面尺寸相同，下文中对钢梁的描述均采用有效长度。波纹腹板 钢箱梁四点受弯试验在 YAJ20000 型电液伺服压剪试验机上进行，其最大试验力为 20000kN。试件 表面的磁记忆信号采集设备采用 EMS-2003 智能磁记忆/涡流检测仪。检测探头采用磁记忆双通道笔 式探头，探头编号为 EPMS/B2，其分辨率为 1A/m，量程为±1000A/m。 试验中四点受弯加载方式如图 3 所示。磁信号采用保载在线测量的方式，测线沿钢梁长度方向 布置，检测步距为 50mm，上翼缘检测线布置位置如图 4 所示。磁记忆检测试验中由于需要测量每 个阶段的磁信号，故钢梁试验前先由材性试验得到精确的本构模型如图 5 所示，实验前计算得到 1800mm 长 钢 梁 屈 服 荷 载 为 900kN ， 设 置 加 载 等 级 为 0、200、400、600、800、900、1000、1050、1100kN。1500mm 长钢梁屈服荷载为 1000kN，设置加载等级 为 0、200、400、600、800、900、1000、1050、1123kN。测量时将传感器垂直并紧贴试件表面，以消除提 离值的影响，保证在检测过程中提离值保持为零。为了保证结果的准确性，减少意外误差的影响， 在每个测点收集了三组数据，丢弃与其他测点有显著差异的数据。取其余的平均值，得到比较准确 8 的结果。 2 0 0 8 30 6 34 6 80 6 88 6 80 6 34 6 30 412 2 1 6 352 4 0 4 0 Corrugated web Longitudinal stiffeners Transverse stiffeners 图 1 试件三维图 单位：mm 图 2 试件横截面图 单位：mm Fig.1 Three-dimensional model of specimen unit: mm Fig. 2 Cross section of specimen unit: mm Load the beam P 150 600 600 600 150 216 图 3 试件加载示意图 单位：mm Fig.3 Specimen loading mode unit: mm Load the beam Load the beam Line on the lower surface of the upper flange 150 600 600 600 150 2 6 4 1 2 x y 图 4 上翼缘检测线布置示意图 单位：mm Fig.4 The upper flange detection line layout unit: mm 1.2 试验结果 试件加载至最终失去承载力的状态如图 6 所示，两个钢箱梁破坏情况一致，都为上翼缘屈曲损伤， 录用稿件，非最终出版稿
桥梁建设2020年第*卷第*期（总第*期） Bridge Construction,Vol.**No.*,2020(Totaiiy No.**) 且最大损伤区域发生在加载点附近，因此本文重点研究上翼缘损伤部分的力磁关系。钢梁上翼缘以 压应力为主，上翼缘应力沿垂直于宽度方向的截面上变化相同，故在只考虑应力引起磁信号变化的 时候，沿垂直于宽度方向的截面上磁信号变化也相似，所以这里选用一条沿钢梁长度方向检测线上 的磁信号来分析钢梁上翼缘损伤变化情况。1800mm的钢梁加载过程中荷载位移曲线如图7所示， 其中屈服荷载为900N,极限承载力为1100kN,对应的屈服位移为18.2mm,极限位移为41.5mm。 500 400 00 100 稿 0.000.010.02 0.03 0.040.050.06 图5试件本构模型曲线 Fig.5 Constitutive model curve of the specimen 1200 1D0 20 60 100 △/mm 图6试件最终破坏形态 图71800mm钢梁荷载位移曲线 Fig.6 Final failure pattern of the specimen Fig.7 Load displacement curve of 1800mm steel beam 1.2.1磁信号曲线分布 读取上翼缘各加我阶段磁信号数据，作出初始阶段变化曲线如图8所示。初始阶段磁信号波动 较大，这是因为试件内都磁畴未受到应力的约束，处于无序的分布状态。由于金属的多种内耗效 应，试件内部将出现不同程度的磁化，且钢材在制造过程中杂质和缺陷会导致材料局部的磁导率下 降，形成高磁阻☒，阻碍磁力线的通过，在这些缺陷区域内形成不均匀的磁势差，使原本均匀的磁 力线出现畸变，从而在试件表面产生不等的自有漏磁场61。但初始磁信号曲线仍然大体上呈现左 右对称，磁信号曲线在加载点处出现峰值，且右侧加载点处的峰值明显大于左侧加载点处，初始状 态磁信号的变化表明了钢箱梁初始的磁场状态。 钢箱梁加载过程中磁信号的变化如图9和图10所示，两个钢梁的磁信号变化趋势一致。弹性阶 段，在应力的作用下，磁信号呈现一定的发展规律，磁信号曲线呈现左右对称，在两个加载点处出 现过零点现象。磁信号数值整体为正，在中间三分之一区域磁信号随着应力的增大而减小，两边区 域磁信号随应力的增大而增天。试件处于弹性阶段时，在应方和地概场共同作用下内部产生了很高 的应力能，试件内部的位错聚集处磁畴壁必将发生不可逆的重新取向，随着应力的增大，试件内部 逐渐达到磁饱和状态，磁信号的分布趋于稳定81。 塑性阶段，屈服后磁信号曲线立即向破坏后的状态靠拢，相比于弹性阶段，钢梁中间三分之一 区域，即纯弯段磁信号出现反转，由正值变为负值，磁信号随应力的增大向负方向增大显著。其他
桥梁建设 2020 年第**卷第*期 （总第***期） Bridge Construction, Vol. ** ， No.* ， 2020 (Totaiiy No.** ) 且最大损伤区域发生在加载点附近，因此本文重点研究上翼缘损伤部分的力磁关系。钢梁上翼缘以 压应力为主，上翼缘应力沿垂直于宽度方向的截面上变化相同，故在只考虑应力引起磁信号变化的 时候，沿垂直于宽度方向的截面上磁信号变化也相似，所以这里选用一条沿钢梁长度方向检测线上 的磁信号来分析钢梁上翼缘损伤变化情况。1800mm 的钢梁加载过程中荷载位移曲线如图 7 所示， 其中屈服荷载为 900kN，极限承载力为 1100kN，对应的屈服位移为 18.2mm，极限位移为 41.5mm。 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 100 200 300 400 500 / Mpa 图 5 试件本构模型曲线 Fig. 5 Constitutive model curve of the specimen 0 20 40 60 80 100 0 200 400 600 800 1000 1200 F / kN / mm Fu Fy u y 图 6 试件最终破坏形态 图 7 1800mm 钢梁荷载位移曲线 Fig. 6 Final failure pattern of the specimen Fig. 7 Load displacement curve of 1800mm steel beam 1.2.1 磁信号曲线分布 读取上翼缘各加载阶段磁信号数据，作出初始阶段变化曲线如图 8 所示。初始阶段磁信号波动 较大，这是因为试件内部磁畴未受到应力的约束，处于无序的分布状态。由于金属的多种内耗效 应，试件内部将出现不同程度的磁化，且钢材在制造过程中杂质和缺陷会导致材料局部的磁导率下 降，形成高磁阻区，阻碍磁力线的通过，在这些缺陷区域内形成不均匀的磁势差，使原本均匀的磁 力线出现畸变，从而在试件表面产生不等的自有漏磁场[16-17]。但初始磁信号曲线仍然大体上呈现左 右对称，磁信号曲线在加载点处出现峰值，且右侧加载点处的峰值明显大于左侧加载点处，初始状 态磁信号的变化表明了钢箱梁初始的磁场状态。 钢箱梁加载过程中磁信号的变化如图 9 和图 10 所示，两个钢梁的磁信号变化趋势一致。弹性阶 段，在应力的作用下，磁信号呈现一定的发展规律，磁信号曲线呈现左右对称，在两个加载点处出 现过零点现象。磁信号数值整体为正，在中间三分之一区域磁信号随着应力的增大而减小，两边区 域磁信号随应力的增大而增大。试件处于弹性阶段时，在应力和地磁场共同作用下内部产生了很高 的应力能，试件内部的位错聚集处磁畴壁必将发生不可逆的重新取向，随着应力的增大，试件内部 逐渐达到磁饱和状态，磁信号的分布趋于稳定[18-19]。 塑性阶段，屈服后磁信号曲线立即向破坏后的状态靠拢，相比于弹性阶段，钢梁中间三分之一 区域，即纯弯段磁信号出现反转，由正值变为负值，磁信号随应力的增大向负方向增大显著。其他 录用稿件，非最终出版稿
桥梁建设2020年第*卷第*期（总第*期） Bridge Construction,Vol.**No.+,2020(Totaiiy No.+*) 区域和弹性阶段变化相似，且磁信号最大值不断增大，破坏时达到最大。这是因为中间段为屈曲损 伤区域，在钢梁屈服以后，应力作用下磁场己至饱和状态，试件内部磁畴重新取向己基本完成，磁 畴壁的移动已达最大，最终向磁滞状态逼近， 且塑性变形加速了位错密度的积累，位错对磁畴的钉 扎作用阻碍了磁畴的有序化运动，并降低了磁化强度2。 160 140 一0kN 10 20 -2 40 80 200 00 e00 800100012001400160018002000 200 00 1400 1600 /mm /mi (a)、1800mm钢梁初始阶段 (b)、1500mm钢梁初始阶段 图8钢梁上翼缘初始磁信号变化曲线， Fig.8 The curve of initial magnetic signal of upper flange of steel beam.(a)Initial stage of 1800mm steel beam;(b),Initial stage of 1500mm steel, 200 250 -200k 160 -1000kN 600k ◆一1050kN -1100kN 120 900 K 100 80 60 40 100 200 200400600800100012001400160018002000 -2000200400600800100012001400160018002000 1/mn //mm (a弹性阶段 (b)、塑性阶段 图91800mm钢梁上翼缘加载中磁信号变化曲线 Fig.9 Magnetic signal change curve during flange loading of 1800mm steel beam (a、elastic stage,(b)、Plastic stage. 00kN 200 160 400kN 600R 140 =800kN -1123k 120 -900kN -1000kN 100 50 0 -50 20 100 200 400 600 800 1000 200 1400 1600 200 400 600800 1000120014001600 //mm 1/mm (a)、弹性阶段 (b)、塑性阶段 图101500mm钢梁上翼缘加载中磁信号变化曲线
桥梁建设 2020 年第**卷第*期 （总第***期） Bridge Construction, Vol. ** ， No.* ， 2020 (Totaiiy No.** ) 区域和弹性阶段变化相似，且磁信号最大值不断增大，破坏时达到最大。这是因为中间段为屈曲损 伤区域，在钢梁屈服以后，应力作用下磁场已至饱和状态，试件内部磁畴重新取向已基本完成，磁 畴壁的移动已达最大，最终向磁滞状态逼近，且塑性变形加速了位错密度的积累，位错对磁畴的钉 扎作用阻碍了磁畴的有序化运动，并降低了磁化强度[20]。 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 l / mm Hp(y) / (A/m) 0 kN -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 l / mm Hp(y) / (A/m) 0 kN (a)、1800mm 钢梁初始阶段 (b)、1500mm 钢梁初始阶段 图 8 钢梁上翼缘初始磁信号变化曲线 Fig.8 The curve of initial magnetic signal of upper flange of steel beam. (a)、Initial stage of 1800mm steel beam;(b)、Initial stage of 1500mm steel. -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 l / mm Hp(y) / (A/m) 200 kN 400 kN 600 kN 800 kN 900 kN -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 -100 -50 0 50 100 150 200 250 l / mm Hp(y) / (A/m) 1000 kN 1050 kN 1100 kN (a)、弹性阶段 (b)、塑性阶段 图 9 1800mm 钢梁上翼缘加载中磁信号变化曲线 Fig. 9 Magnetic signal change curve during flange loading of 1800mm steel beam. (a)、elastic stage;(b)、Plastic stage. -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 20 40 60 80 100 120 140 160 180 l / mm Hp(y) / (A/m) 200 kN 400 kN 600 kN 800 kN 900 kN 1000 kN -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 -100 -50 0 50 100 150 200 1050 kN 1123 kN l / mm Hp(y) / (A/m) (a)、弹性阶段 (b)、塑性阶段 图 10 1500mm 钢梁上翼缘加载中磁信号变化曲线 录用稿件，非最终出版稿