[发明专利]一种针对既有锈蚀钢结构剩余性能评估方法

说明书

一种针对既有锈蚀钢结构剩余性能评估方法，利用形貌测量仪获得锈蚀钢结构表面形貌数据，分析统计其表面蚀坑尺寸参数与形貌参数，建立锈坑各参数的统计分布模型；开展锈蚀钢结构力学实验，获取诱发结构整体失稳或破坏的关键蚀坑参数，统计不同关键锈坑参数下锈蚀钢结构的承载指标；通过逆向重构法，采用实验结果对有限元模型进行验证；建立不同关键锈坑样本库，采用最小二乘法拟合锈蚀钢结构承载力与关键蚀坑参数关系式，建立锈蚀钢结构剩余承载力预测方法。本发明具有操作简便、评估精度高等特点。

技术领域

本发明涉及钢结构剩余承载性能评估方法，具体来说是通过细观形貌测量、力学试验与有限元分析相结合，建立锈蚀钢结构力学特征与形貌特点之间的关系，而确定锈蚀钢结构剩余承载性能评价的综合技术方法。

背景技术

长期服役过程钢结构所出现的锈蚀问题一直是困扰土木工程技术领域的重大难题。锈蚀钢结构表面锈坑不仅会削弱结构自身原有设计尺寸，降低其承载能力；还会引发应力集中，劣化材料塑性与断裂韧性，极易造成结构在未达到设计承载要求前发生断裂和破坏。锈蚀对钢结构安全稳定影响重大，而既有钢结构性能评估则主要取决于对锈蚀程度的评价，即锈蚀表面量化方法与表征结果。长期以来，既有钢结构锈蚀结果量化多采用腐蚀深度、锈蚀质量损失率以及锈蚀截面厚度损失率等指标衡量，由于未明确出锈蚀表面的详细损伤轮廓和形貌信息，造成既有钢结构在性能评估上出现了一系列技术短板，如人工检查误差大、锈蚀量化过于笼统、忽略失效截面的锈损薄弱区以及加固措施过于保守等，严重制约当前我国在既有钢结构加固改造与性能提升陡增形势下所迫切需要的技术革新与发展，不利于双碳政策在土木工程领域的有效推广。

利用传统钢结构锈蚀量化手段，必然导致测量效率差、工作周期长、表观缺陷计算复杂以及统计不彻底等问题，并且由于人工测量所需设备种类多、作业条件要求高等问题，严重制约了既有钢结构性能评估技术的现代化与智能化发展，因此亟需一种测试方法便捷、高效以及智能化有效集成的锈蚀钢结构表面综合测量与剩余性能评估的新技术，以突破传统钢结构检测评估所面临的诸多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简便、评估精度高的针对既有锈蚀钢结构剩余承载性能评估方法。

本发明的目的是这样实现的：一种针对既有锈蚀钢结构剩余承载性能评估方法，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，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，根据测量得到的锈坑深度以及重构锈蚀钢结构三维表面，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；