ISO 189532025 钢结构 结构螺栓连接 测定接合表面涂层预张力损失的试验方法标准立项发展报告

钢结构结构螺栓连接测定接合表面涂层预张力损失的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SteelStructures—StructuralBolting—TestMethodstoDetermineLossofPretensionfromFayingSurfaceCoatings摘要：随着高强度螺栓连接在钢结构工程中的广泛应用，接合表面涂层导致的预张力损失问题日益凸显，直接影响结构连接的安全性与耐久性。为统一全球范围内预张力损失的测试方法与评价体系，国际标准化组织（ISO）于2025年12月正式发布了ISO18953:2025《钢结构结构螺栓连接测定接合表面涂层预张力损失的试验方法》。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、适用范围及创新要点，分析了标准对钢结构工程实践、涂层技术研发及国际标准体系的深远影响。报告指出，该标准首次在全球层面建立了基于等效摩擦系数和预张力衰减率的统一试验框架，填补了涂层影响量化评估的国际标准空白，对保障重大工程安全、推动高性能涂层技术迭代、促进国际贸易互认具有里程碑意义。未来，该标准有望与ISO898、ISO16047等紧固件标准形成协同体系，并推动“设计—试验—验收”全链条标准化发展。关键词：钢结构；高强螺栓；预张力损失；接合表面涂层；摩擦系数；ISO18953；试验方法；国际标准Keywords:Steelstructures;High-strengthbolts;Lossofpretension;Fayingsurfacecoatings;Coefficientoffriction;ISO18953;Testmethods;Internationalstandards一、引言钢结构因其高强度、轻量化、施工快捷及可循环利用等优势，已成为现代建筑工程、桥梁工程、能源基础设施及海洋工程等领域的核心结构形式。在钢结构连接节点中，高强度螺栓连接凭借其传力可靠、拆装便利、疲劳性能优良等特性，被广泛采用。螺栓连接的设计承载力在很大程度上依赖于安装时施加的预张力，而预张力的长期稳定性直接决定了连接节点的刚度和整体结构的安全性。然而，工程实践表明，接合表面涂层（包括防腐涂层、防火涂层、摩擦面处理涂层等）的介入，往往显著改变摩擦面的接触特性，进而导致预张力在紧固过程中及服役期间发生不可忽视的损失。根据欧洲钢结构设计规范（EN1993-1-8）及美国《钢结构连接规范》（ANSI/AISC360）的相关研究数据，涂层引起的预张力损失可达设计预张力的10%至30%，在部分高厚涂膜或低摩擦系数涂层体系中，损失比例甚至更高。预张力的过度损失将导致连接滑移、疲劳裂纹萌生及结构刚度退化，严重时可能引发灾难性事故。历史上，国内外均曾发生因涂层处理不当导致螺栓连接失效的工程事故，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。尽管各主要工业化国家在国家标准或行业规范中均对螺栓预张力施加和验收提出了要求，但针对接合表面涂层预张力损失的试验方法，国际上长期缺乏统一的标准化测试路径。各标准体系之间在试件制备、涂层种类覆盖、测试流程及结果评定方面存在显著差异，导致科研成果难以互认、工程验收依据不统一、跨境工程协作受阻。在此背景下，国际标准化组织ISO/TC167（钢与铝结构技术委员会）经过广泛调研和多年技术论证，正式启动了ISO18953的制定工作，并于2025年12月发布了第一版标准，即ISO18953:2025。本报告将对该标准的立项动因、编制历程、核心技术内容、适用范围及应用前景进行系统阐述，以期为国内科研机构、工程设计与施工单位、涂层材料生产企业以及标准化工作者提供参考。二、标准立项背景与编制过程（一）立项背景与需求分析ISO18953:2025标准的制定源于三大现实需求：1.工程安全的迫切需求。随着钢结构向超大跨度、超高塔楼、海洋平台等复杂方向发展，连接节点的受力状态日趋严苛。预张力损失不仅影响正常使用极限状态下的结构变形，更可能在地震、风荷载等极端工况下诱发连接失效。定量评估涂层对预张力的影响，成为结构安全设计的关键环节。2.技术标准的碎片化困境。当前，欧洲标准体系（EN1090、EN14399）、美国标准体系（ASTMF3125、RCSC规范）、日本标准体系（JISB1186）等在测试涂层影响时，采用的试件形状、紧固程序、测量精度和评价指标各不相同。各体系间的数据不可比性严重制约了国际工程合作及科研成果共享。3.新兴涂层技术的标准缺位。近年来，环保型水性无机富锌涂料、石墨烯改性复合涂层、热喷涂金属复合涂层等新型摩擦面处理方案层出不穷。这些涂层体系在摩擦系数、抗滑移性能与耐腐蚀性能方面呈现全新特性，亟需统一的试验平台对其在预张力保持方面表现进行客观评价。（二）编制过程ISO18953的编制工作由ISO/TC167技术委员会牵头，联合ISO/TC2（紧固件技术委员会）相关工作组共同推进。来自中国、德国、日本、美国、英国、韩国等十余个国家的专家代表参与了标准草案的研讨与修订。自2022年立项至2025年正式发布，历时约三年，历经CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）、FDIS（最终国际标准草案）各阶段，充分吸纳了成员国提交的技术意见数百条。标准于2025年12月12日正式发布并随即生效。三、标准主要技术内容（一）标准适用范围ISO18953:2025规定了用于测定接合表面涂层对高强度螺栓连接预张力影响的试验方法。标准适用于钢结构工程中采用的高强度螺栓连接副，涵盖螺栓性能等级8.8级至12.9级，连接板厚度范围为6mm至40mm，涂层厚度范围为20μm至500μm。标准涵盖的涂层类型包括：-溶剂型及水性有机防腐涂层；-无机富锌及水性无机富锌涂层；-热浸镀锌及热喷涂锌、铝及其合金涂层；-复合涂层体系（底层+中间层+面层）；-其他经供需双方协商确认的涂层类型。（二）试验原理与核心概念标准建立了以“预张力衰减率”（LossRatioofPretension,LRP）和“等效摩擦系数”（EquivalentCoefficientofFriction,ECoF）为核心的评价指标体系。预张力衰减率LRP定义为在规定的紧固程序及静置时间内，螺栓预张力的损失量占初始目标预张力（或实测峰值预张力）的百分比。等效摩擦系数则通过扭矩-预张力关系曲线反算获得，反映涂层摩擦界面的综合摩擦特性。两者共同构成了涂层对连接性能影响的量化表征。（三）试验装置与试件制备标准对试验装置提出了明确要求。试验装置须包括：高精度扭矩传感器、轴向力传感器、数据采集系统及刚性试验框架。测量系统综合精度须达到±1%以内，采样频率不低于10Hz。试件为特定尺寸的十字形或盖板式连接节点试件，表面处理工艺应与实际工程一致。每种涂层体系至少制备5组试件以保证统计有效性。（四）试验程序试验程序严格规范，主要步骤如下：1.涂层制备与固化：按涂层供应商规定工艺施工并完成固化；2.初始预张力施加：采用扭矩法或拉伸法逐步施加预张力至目标值；3.预张力保持监测：在紧固完成后持续监测预张力变化，记录10分钟、1小时、24小时、72小时及168小时关键时间节点的数据；4.重复紧固评估：对同组试件进行三次重复紧固-卸载循环，评估涂层磨损引起的累积效应；5.数据记录与分析：绘制预张力-时间衰减曲线，计算不同时间节点的LRP值，并按标准附录规定方法求取ECoF。（五）结果评定与试验报告标准规定，涂层体系的预张力损失性能按LRP168（即168小时预张力衰减率）分为三个等级：-A级（低损失）：LRP168≤5%，适用于对预张力保持性能要求极高的关键连接；-B级（中等损失）：5%＜LRP168≤10%，适用于一般建筑钢结构连接；-C级（高损失）：10%＜LRP168≤15%，仅适用于非主要承力连接或允许定期复拧的场合。试验报告应详细记录涂层材料信息、施工工艺参数、试件表面状态、紧固程序、测试环境条件及全部测量数据，确保试验结果的可追溯性和可比性。四、主要技术亮点与创新（一）国际首个专属测试标准ISO18953:2025是国际上首个专门针对接合表面涂层预张力损失测试的ISO标准，填补了该领域国际标准的空白。此前，相关测试往往参照EN1090-2附录或RCSC规范的间接方法，缺乏系统性和国际共识性。本标准的发布为全球相关工作开展提供了统一的制度性框架。（二）“涂层-连接”系统化评估理念标准摒弃了将涂层性能与连接性能割裂评估的传统思维，首次系统化地将涂层力学特性、摩擦学行为与紧固工艺耦合考虑，构建了“涂层-连接”一体化的评估模型。这一理念更加贴近工程实际，有利于科学反映连接节点的真实服役性能。（三）分级评价与工程导向通过设定A/B/C三级预张力损失等级，标准实现了从“数据报告”向“性能分级”的跨越，为工程设计和选材提供了直接依据。该分级体系也与ISO898、ISO16047等标准中关于性能等级的体系化思想保持一致，便于国际工程界理解和采纳。（四）兼顾科学性与可操作性标准在保证测量精度和试验规范性的同时，充分考虑试验成本和企业执行能力，在试件尺寸、试验周期和数据处理等方面进行了合理优化。168小时的测试周期兼顾了短期蠕变效应观测和工程时间管理，数据采集和LRP计算均采用明确的公式化流程，具备良好的可操作性。五、标准对行业的影响与应用前景（一）指导涂层材料研发ISO18953:2025为涂层供应商提供了一套国际公认的试验评价平台，有利于涂层产品在研发阶段即对标国际先进水平，加速高性能、低预张力损失涂层材料的迭代与应用。标准的分级体系使新产品的性能定位更加清晰，促进了差异化竞争和良性市场发展。（二）支撑工程设计精细化标准提供的ECoF和LRP数据可作为设计参数直接纳入螺栓连接设计计算。结构工程师在设计阶段即可根据选用的具体涂层体系获取准确的预张力损失预估值，从而更精确地确定螺栓规格、数量及预张力施加值。这将显著提高连接设计的精细化程度，避免过度设计或安全隐患。（三）促进国际工程互认在跨境工程项目中，不同国家采用不同的涂层测试标准一直是设计和施工协调的难点。ISO18953的发布为国际工程提供了统一的测试依据，有利于减少技术壁垒和贸易纠纷，加快项目审批和验收流程。（四）推动相关标准协同发展该标准与ISO898（紧固件机械性能）、ISO16047（紧固扭矩-预张力试验）、ISO12944（涂料防腐体系）等标准形成技术链条，预期将在后续修订中与本标准建立明确的引用和联动关系，最终构建覆盖涂层材料、连接设计、紧固施工及验收的全链条标准群。六、主要参与单位介绍ISO18953:2025的制定汇聚了全球多个国家和组织的智慧与力量。标准制定工作主要由ISO/TC167（钢与铝结构技术委员会）秘书处负责组织协调，联合ISO/TC2/SC10（紧固件表面特性分技术委员会）共同推进。在各国标准化机构中，德国标准化协会（DIN）在标准制定工作中发挥了尤为突出的核心作用。德国长期在钢结构连接技术领域占据国际领先地位，其国家标准体系（如DINEN1090）一直以严谨和系统著称。在ISO18953的编制过程中，DIN派出了来自斯图加特大学材料测试研究所（MPAStuttgart）、德国钢结构建筑协会（DASt）及蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司等机构的资深专家，在以下关键环节承担主导工作：1.试验方法框架设计：DIN专家团队承担了标准核心试验程序的初始设计工作，将德国在DINSPEC18088等前期研究成果中的技术积累转化为国际标准方案；2.涂层体系分类：基于德国联邦交通与数字基础设施部资助的系列科研项目数据，提出了覆盖常规及新型涂层体系的统一分类方法；3.结果分级指标建议：DIN主张以工程实践为导向的分级评估思路，推动形成了A/B/C三级LRP评价框架；4.标准文本起草与编辑：DIN承担了标准大部分章节的起草任务及国际会议的组织协调工作，确保了标准制定进程的高效推进。此外，中国、日本、韩国、美国、英国、法国等国家的标准化机构和技术专家也在标准讨论中贡献了建设性意见。中国代表团以同济大学、中冶建筑研究总院、铁道科学研究院等机构为代表，在涂层表面粗糙度对预张力保持性能影响及湿热环境条件等多因素耦合试验方面提出了重要补充，使标准在实际工程应用中的适应性进一步提升。七、结论与展望ISO18953:2025《钢结构结构螺栓连接测定接合表面涂层预张力损失的试验方法》的正式发布，是钢结构连接技术标准化进程中的重要里程碑。该标准在全球范围内首次构建了接合表面涂层预张力损失测试的统一方法体系，通过“预张力衰减率”和“等效摩擦系数”两大核心指标，科学量化了涂层对螺栓连接预张力的影响，并基于LRP值构建了A/B/C三级性能分类体系，兼顾了科学严谨性与工程可操作性。从行业影响来看，该标准解决了长期困扰国际钢结构工程界的技术标准碎片化问题，为涂层研发、工程设计、施工验收及国际贸易提供了共同的技术语言。标准的颁布不仅有助于提升钢结构连接的安全可靠性，更将加速高性能环保涂层技术的创新和产业化进程，有力推动全球绿色低碳建