[发明专利]一种针对既有锈蚀钢结构剩余性能评估方法

权利要求书

1.一种针对既有锈蚀钢结构剩余性能评估方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤(1)、锈蚀钢结构表面形貌测量

测量设备采用灵敏度高、操作便捷的非接触形貌测量仪，测量精度选用5微米；测量前首先物理清除锈蚀钢结构两侧表面浮锈，分别架设测量仪，并固定，取上、下扫描面各一测点作为参考点，上、下两面参考点连线须与结构板厚度方向平行，且其表面坐标值(x,y,z)均能被两台形貌仪直接读取，参考点处结构实际厚度即为∣z_上-z_下∣，z_上为结构上表面扫描测量控制点z方向坐标，z_下为结构下表面扫描测量控制点z方向坐标，将扫描面测量点最小高度所在平面设置为零势面，其余测量点以零势面为参考，换算定义出实际腐蚀深度，沿平行结构厚度方向将上、下扫描面各对应测量点关联，经上、下扫描面测量控制点关联厚度作为标准，计算得到扫描面任意测量点处的结构实际厚度；

步骤(2)、确定锈坑钢结构的表面形貌特征参数

根据锈坑边界两侧表面连续测点连线斜率必异号，确定所有锈坑的有效范围，进而计算其深度、宽度、相邻空间距离以及局部表面分形参数；将独立锈坑转化为半圆或半椭圆等参量模型，即锈坑三维模型(13)，根据测量得到的腐蚀深度(9)以及重构锈蚀钢结构三维表面(16)，基于分形手段，采用盒计数法计算锈蚀钢结构实际锈蚀表面的形貌表征参数D；

其中，L₁测量范围长度，L₂测量范围宽度，ε_i测量立方体盒子底边长，测量立方体盒子高度；

步骤(3)、建立锈坑参数分布统计模型，即锈坑参数演化模型采用锈坑参数概率密度分布函数控制表征整个腐蚀过程锈坑深度、宽度以及相邻间距的演化规律，利用n值调节表征意义，建立锈坑分布统计模型：

p(t)：

其中P(t)为锈坑参数概率密度分布函数，t为腐蚀时间，χ²为卡方分布符号，w和c分别为锈蚀钢结构表面锈坑宽度(11)和锈坑深度(12)，D为形貌表征参数，即锈蚀表面分形维数计算值，参见公式1，e为常自然数，Г为反常积分函数，n为大于0的任意整数；

步骤(4)、锈蚀钢结构力学实验

采用MTS加载装置(22)对锈蚀钢结构进行加载，实验过程采用两个全场应变测试系统(23)实时测量锈蚀钢结构双侧表面应变结果，通过累积分析，确定出现严重塑性应变快速累积区域(24)，作为引发锈蚀钢结构失稳或破坏的关键锈坑(25)，即应变累积速率及最终状态持续最大处定义为关键锈坑区域，并确定其锈坑宽度(11)与锈坑深度(12)；

步骤(5)、锈蚀钢结构剩余承载力评估

利用有限元手段，用逆向重构的方法，建立锈蚀钢结构有限元模型；利用步骤(4)所得锈坑参数与承载性能指标关系，验证有限元模型的正确性；在有限元模型正确性的前提下，利用步骤(2)建立的锈坑演化模型，建立关键锈坑尺寸参数与形貌参数样本库，分别再建立有限元模型，分析不同锈坑参数下的锈蚀钢结构承载性能指标变化规律，通过最小二乘法拟合得到锈蚀钢结构剩余承载力预测模型：

β(F, Δ)＝α₀+α1*w+α₂*c+α₃*D          (3)

式中，β为锈蚀钢结构承载力评估值；w为锈坑深度；c为锈坑宽度；D为锈坑表面分形维数即形貌表征参数；F为有限元模型施加荷载类型；Δ锈蚀钢结构极限变形值；α₀，α₁，α₂，α₃分别为利用最小二乘法拟合钢结构荷载试验有限元结果的荷载-位移曲线拟合参数。