一种耐候钢螺栓连接锈蚀环境下的抗滑移系数计算方法与流程

本发明属于材料科学与工程应用，尤其涉及耐候钢螺栓连接锈蚀环境下的抗滑移系数计算方法。

背景技术：

1、钢结构在建筑工程领域发展迅速，其性能方面的问题也日益突出，尤其是钢结构的耐腐蚀性能。长期暴露于工业及海洋大气等严酷服役环境下的钢结构工程，往往因缺乏有效的防护措施无可避免地遭受较为严重的钢材腐蚀。据统计，近海工程的钢结构腐蚀速率可达到0.25～0.5mm/年。为此，国内外学者陆续开展耐候钢的研发与生产工作，以期利用高性能钢材来缓解和解决钢结构的腐蚀安全问题。

2、目前，已有学者对耐候钢耐腐蚀性能和腐蚀后力学性能进行试验研究。但是，研究内容多集中于耐候钢材料本身的性能。在实际工程中，耐候钢多通过螺栓进行装配式连接，对于耐候钢螺栓连接节点，螺栓多处于受剪状态，通过螺栓与钢板间的摩擦作用进行传力，故而抗滑移系数对耐候钢连接节点和结构的性能评估至关重要，目前已有的关于耐候钢材料层次的试验无法反应这一问题。此外，目前对于耐候钢高强度螺栓连接节点在腐蚀环境下的性能研究较少，且我国规范也缺乏相关的设计方法，这在一定程度上限制了耐候钢的推广和应用。因此有必要对耐候钢螺栓连接在腐蚀条件下的抗滑移性能进行相关研究，期望能够为耐候钢高强度螺栓在市场中的应用提供参考。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种耐候钢螺栓连接锈蚀环境下的抗滑移系数计算方法，避免了复杂低效的腐蚀形貌建模、数值运算和花费耗时巨大的结构腐蚀试验，可据此方法方便快捷地计算耐候钢螺栓连接在不同腐蚀环境下的抗滑移系数，可基于此进行耐候钢结构腐蚀后性能预测，帮助工程师对耐候钢节点和结构进行耐久性设计和服役安全水平评估。

2、本发明提供了一种耐候钢螺栓连接锈蚀环境下的抗滑移系数计算方法，包括以下步骤：

3、步骤1：装配耐候钢板和高强螺栓，获得耐候钢板-高强螺栓连接接头；

4、步骤2：针对耐候钢板-高强螺栓连接接头进行常态和腐蚀态的拉伸试验，获得不同腐蚀条件下连接接头的抗滑移承载力；

5、步骤3：获得耐候钢板-高强螺栓连接接头中螺栓滑移时的螺栓预紧力；

6、步骤4：基于步骤2和3得出的数据，计算常态和腐蚀态下的耐候钢板-高强螺栓连接的抗滑移系数；

7、步骤5：以常态下耐候钢板-高强螺栓连接接头的抗滑移系数μ0为基准，计算所述耐候钢板-高强螺栓连接接头的抗滑移变化系数k；

8、步骤6：基于步骤5得出的数据，建立耐候钢板-高强螺栓连接接头的锈蚀环境下抗滑移变化系数预测模型；

9、步骤7：给定腐蚀时间，获得耐候钢板-高强螺栓连接接头锈蚀环境下的抗滑移系数。

10、进一步的，步骤1中，所述耐候钢板-高强螺栓连接接头由耐候钢板和与之对应配套的耐候高强螺栓装配而成，在连接接头的拉伸试验中，钢板受拉力作用，螺栓受剪切作用。

11、进一步的，步骤3中，对于未腐蚀耐候钢板-高强螺栓连接接头，其螺栓预紧力为连接接头装配完成后或拉伸试验前测量的数值；对于腐蚀状态下的耐候钢板-高强螺栓连接接头，考虑螺栓预紧力在腐蚀环境下的损失，其螺栓预紧力为对腐蚀后的连接接头拉伸试验的整个过程进行全程测量。

12、进一步的，步骤4中，基于步骤2和3得出的数据，所述常态下的耐候钢板-高强螺栓连接的抗滑移系数由下式计算：

13、

14、其中，μ0为耐候钢板-高强螺栓连接接头未腐蚀状态下的抗滑移系数，ns0为未腐蚀连接接头的抗滑移承载力，p0为未腐蚀连接接头在装配完成后的螺栓预紧力，nf0为未腐蚀连接接头中的钢板摩擦面数量。

15、进一步的，步骤4中，基于步骤2和3得出的数据，所述腐蚀态下的耐候钢板-高强螺栓连接的抗滑移系数由下式计算：

16、

17、其中，μ为耐候钢板-高强螺栓连接接头腐蚀后抗滑移系数，ns为腐蚀后连接接头的抗滑移承载力，p为腐蚀后连接接头在螺栓滑移时的螺栓预紧力，nf为腐蚀后连接接头中的钢板摩擦面数量，为消除螺栓数目对连接接头抗滑移能力的影响，需满足nf＝nf0。

18、进一步的，步骤5中，所述耐候钢板-高强螺栓连接接头的抗滑移变化系数k由下式计算：

19、k＝μ/μ0

20、式中，μ为耐候钢板-高强螺栓连接接头腐蚀后抗滑移系数，μ0为耐候钢板-高强螺栓连接接头未腐蚀状态下的抗滑移系数。

21、进一步的，步骤6中，考虑钢板与螺栓间的相互力学作用，基于耐候钢板-高强螺栓连接接头抗滑移系数数据归一化和标准化处理，给出耐候钢板-高强螺栓连接接头在腐蚀环境下的抗滑移变化系数预测模型。

22、进一步的，步骤6中，耐候钢板-高强螺栓连接接头在腐蚀环境下的抗滑移变化系数预测模型呈非线性形式，具体为：

23、k＝1+ate-bt

24、式中，k为耐候钢板-高强螺栓连接抗滑移变化系数，t为腐蚀时间，a和b为基于步骤2耐候钢螺栓连接接头单调拉伸试验结果，运用最小二乘法拟合得出的系数值。腐蚀时间短时，腐蚀作用对螺栓连接的抗滑移性能产生积极影响，此时k>1；腐蚀时间长时，腐蚀作用对材料力学性能和螺栓连接的抗滑移性能将产生劣化影响，此时k<1；未腐蚀状态下，t＝0，对应的抗滑移变化系数为1。

25、本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第一方面及任意一种可选方式所述的耐候钢螺栓连接锈蚀环境下的抗滑移系数计算方法。

26、本发明实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明第一方面及任意一种可选方式所述的耐候钢螺栓连接锈蚀环境下的抗滑移系数计算方法。

27、本发明提供一种耐候钢螺栓连接锈蚀环境下的抗滑移系数计算方法，能够方便、快速、准确地预测和计算耐候钢螺栓连接在不同腐蚀环境下的连接性能和力学性能。具体而言，至少能够实现以下一种或多种有益效果：

28、(1)耐候钢螺栓连接抗滑移变化系数预测模型形式简单，方便应用，只需给定腐蚀时间，即可获得耐候钢螺栓连接在不同腐蚀条件下的抗滑移系数。

29、(2)螺栓连接抗滑移变化系数预测模型可明确和量化腐蚀对连接接头抗滑移性能的影响程度及连接接头对不同腐蚀时间的敏感程度。

30、(3)模型考虑了钢板与螺栓间的相互摩擦和力学作用，同时基于螺栓连接接头试验数据归一化和标准化得来，对实际工程中的耐候钢结构连接节点的抗滑移性能的预测准确度更高，适用性更强。

31、(4)螺栓连接抗滑移系数计算方法可直观地表示出不同服役时间下腐蚀对连接接头抗滑移性能呈现的影响类型，可从抗滑移系数预测数值上迅速判断是积极作用还是消极作用。

32、(5)耐候钢螺栓连接抗滑移变化系数能够反应不同腐蚀条件下连接节点的抗滑移性能水平，可据此进行结构全寿命周期安全设计和性能调控。