切槽法测量残余应力步骤及应用

切槽法是另外一种半破坏应力释放法。该方法是指在构件上进行切槽，由于切槽而形成残余应力的释放区，测量此部分的应变求出构件中的残余应力。与环芯法不同点在于环芯法由于切割环孔操作的特殊性，导致应变数据采集困难；而切槽法相对操作简单，数据测量方便，对结构破坏最小，在实际工程中较易推广。

1）切槽法测量残余应力步骤

（1）根据构件的受力状况选定测点（区）。在沿着现存应力的方向粘贴应变片，如须测量构件的主应力，则需要贴应变片花。

（2）粘贴完成后，切割细槽至一定深度让测区混凝土应力完全被释放，记录此时的应变值。

（3）计算得出构件的残余应力值。

2）切槽法测量残余应力原理［18］

（1）单向受力状态下。在单向受力状态下，切槽法仅须在测点周围切割出两条直线形细槽就可以测出该点的应力，并且能减少在切割时扰动对应变测量的误差。应变片粘贴位置如图3-9所示。由于构件仅受一个方向的力，因此可由单轴应力状态下的胡克定律计算得

具体计算过程为：设细槽的宽度为a，细槽底部距须测构件表面的深度为z，则在力的作用下沿受力方向的应力R（z）为深度z的函数。在弹性模量一定的情况下，在应力释放区的端面贴上应变片测量得到的应变ez也为切槽深度z的函数。当细槽深度再加深d z时，可以认为在应力释放区（即两根细槽之间的区域）的底部施加等效的－R（z）d z大小的力。这个力将引起端部表面应变的变化，设此时的应变为d e（z），则

图3-9　单向受力状态下切槽法测量残余应力［18］

转化后可得

式中，可由测量的切槽深度z及对应的应变值ez作曲线后求得。Kz为常数，与开槽的深度、宽度、应力释放区域的宽度有关，但与材料无关；该值可由校正实验确定。(www.xing528.com)

（2）双向受力状态下。在双向受力状态下，应变片的粘贴方式如图3-10所示，此时和环芯法原理一样，测点处贴有应变花取代了单向应力状态下的应变片。

图3-10　双向应力状态下切槽法测量残余应力［18］

在该应力状态下，考虑在弹性范围内，设在直角坐标系中，构件测点处的主应力为R1、R2，测点处由于开槽应力完全释放时测点应变片测点的应变值为e1、e2、e3，开槽后应变e（φ）是与主应力R1方向夹角为φ处的应变值，则

式中，e（φ）、k（90°－φ）为与φ有关的周期性变化的参数，可由以下三角级数表示：

在本次计算中，展开并取前两项做近似计算，则

代入可得任意方向e（φ）与主应力R1、R2的关系式

若采用45°应变花（即φ分别为0°、45°、90°），则三个应变释放量为

求解得到

当所开槽的深度达到一定量后，测点的应力将完全释放，此时系数A、B分别为

有限元软件也可以模拟得到在受均布力作用下的构件残余应力释放，采用方形环孔进行应力释放可以得到与圆形环孔同样的效果，采用只切割两条横槽的效果与切割四边形环孔的效果也相差不大。因此，可如图3-10b所示采用切槽法进行双向应力状态下的应力测量。