轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力确定方法技术

本发明专利技术涉及了一种轻质超高性能混凝土(简称LUHPC)柱轴心受压承载力确定方法。其特征在于包括如下步骤：1)明确轻质超高性能混凝土的材料性能，建立LUHPC的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的关系，研究LUHPC短柱在轴心受压下的力学性能，明确LUHPC短柱的破坏机理，回归分析得到LUHPC短柱在轴心受压作用下的承载能力公式；2)研究长细比对LUHPC柱轴心抗压承载力的影响规律，利用差分进化法对LUHPC柱稳定系数进行非线性回归分析，建立LUHPC柱的稳定系数计算公式；将计算公式所需数值代入轻质超高性能混凝土柱的承载力的计算公式中，得到轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力。本发明专利技术解决了LUHPC柱轴心受压下的承载力确定方法，为推广LUHPC的工程应用提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力确定方法
本专利技术属于交通运输业桥涵工程
，具体是涉及一种轻质超高性能混凝土短柱的轴心受压承载力的确定方法。
技术介绍
随着大跨结构和超高层建筑的兴起，对当前混凝土性能的要求也越来越高，将混凝土材料高强化、轻质化是一个重要的研究方向。在我国城市高架桥和立交桥的建设历程中，大普遍采用传统的混凝土现场浇筑施工方法，施工工期长，环境污染大，占地打围，对城市交通带来不便。因此，改变现有的桥梁施工方法，采用预制拼装的施工方法是桥梁工程的发展趋势。目前采用的普通高性能混凝土密度大、强度低、预制构件尺寸和自重大，限制了预制拼装技术的发展。轻质超高性能混凝土(LightweightUltra-HighPerformanceConcrete，简称LUHPC)具有更高的力学性能和耐久性能，将LUHPC应用到现代桥梁工程中，在预制拼装中可减小梁截面尺寸，减少钢筋用量，减轻结构自重，降低施工成本，在土木工程建设中具有广阔的前景。实际工程中的受压构件普遍存在，受压构件的安全直接影响整个结构的安全，然而受压构件的破坏常为脆性破坏，破坏之前没有征兆。目前我国规范中对于对轴心受压承载力计算中规定的混凝土的抗压强度不超过80MPa，所以LUHPC轴心受压承载力计算已经不能满足现有规范计算公式的适用条件。而长细比对混凝土长柱受压性能的影响显著，目前国内对UHPC长柱承载能力及稳定系数的研究较少，因次，本专利技术针对LUHPC柱的轴心受压，提出了适用于轻质超高性能混凝土柱的轴心受压承载力确定方法，为LUHPC的工程应用提供技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力确定方法，该方法可精确确定轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)明确轻质超高性能混凝土的材料性能，建立轻质超高性能混凝土(LUHPC)的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的关系，研究LUHPC短柱在轴心受压下的力学性能，研究短柱的荷载-位移曲线、钢筋和混凝土的荷载-应变曲线，以及轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的破坏机理，回归分析得到轻质超高性能混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式；2)研究长细比对轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱轴心抗压承载力的影响规律，利用差分进化法对轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱稳定系数进行非线性回归分析，建立轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱的稳定系数计算公式，从而得到轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱的承载力的计算公式；3)将计算公式所需数值代入轻质超高性能混凝土柱的承载力的计算公式中，得到轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力。按照上述技术方案，所述的轻质超高性能混凝土柱轴心受压的承载力确定方法，其特征在于具体步骤为：(1)试验研究轻质超高性能混凝土(LUHPC)的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的关系，结合50组立方体抗压强度试验和30组轴心抗压强度试验，确定了轻质超高性能混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的基本形式为：fc＝0.85fcu(1)式中，fc为轻质超高性能混凝土(LUHPC)的轴心抗压强度，fcu为轻质超高性能混凝土(LUHPC)的立方体抗压强度；研究配筋率对轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的影响规律，通过轴心受压试验，引入材料影响系数k，对荷载和极限承载力进行回归分析，得到k＝1.07；确定轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的承载力计算公式的基本形式为：式中，N为轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的承载力；0.9为可靠度调整系数；k为材料影响系数；为轻质超高性能混凝土柱(钢筋混凝土构件)的稳定系数，对于短柱取fc为混凝土轴心抗压强度；A为轻质超高性能混凝土柱(构件)截面面积，当配筋率大于3％时候，A＝A-A′s；A′s为全部纵向钢筋截面面积；f′y为钢筋屈服强度。(2)研究长细比对轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱轴心抗压承载力的影响规律，根据试验将试验值进行理论上的回归分析，得到轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱的稳定系数的计算公式：式中，为实测承载力；取为0.4m的短柱实测承载力值，根据轴心抗压试验得出每根轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱的轴心抗压承载力，利用差分进化法对轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱稳定系数进行非线性回归分析，得到轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱的稳定系数计算公式：式中，为轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱的稳定系数，lo/b为轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱的长细比，lo为轻质超高性能混凝土柱(试验柱)的计算长度，b为轻质超高性能混凝土柱(试验柱)矩形截面的短边长度；(3)轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力N0的计算公式：将材料影响系数k、稳定系数混凝土轴心抗压强度fc、轻质超高性能混凝土柱截面面积A、钢筋屈服强度f′y、全部纵向钢筋截面面积A′s的数值代入轻质超高性能混凝土柱的承载力的计算公式(5)中，得到轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力。本专利技术的有益效果是：1、可以考虑混凝土材料的影响，精确确定轻质超高性能混凝土短柱的轴心受压承载力。2、本专利技术轻质超高性能混凝土短柱的轴心受压承载力的计算公式合理、准确，具有很好的实际工程应用价值。3、本专利技术确定了LUHPC柱轴心抗压稳定系数计算修正公式，考虑不同长细比的LUHPC柱，可精确确定LUHPC柱的轴心抗压承载力。附图说明图1为轻质超高性能混凝土短柱的试件尺寸及配筋示意图。图2为轻质超高性能混凝土柱的试件尺寸及配筋示意图。图3为本专利技术轻质超高性能混凝土短柱的轴心受压承载力的确定方法。图4为本专利技术轻质超高性能混凝土柱试验加载装置示意图。图中：1.球铰；2.横梁；3.上压板；4.压力传感器；5.下压板；6.液压伺服加载器；7.刚性支架；8.位移计。图中尺寸的单位为mm。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但不限定本专利技术。轻质超高性能混凝土短柱的试件尺寸及配筋图如图1所示。LUHPC中长柱配筋和截面尺寸设计，如图2所示。一种轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力确定方法，包括如下步骤：1)开展轻质超高性能混凝土(LUHPC)的材料性能试验(明确轻质超高性能混凝土的材料性能)，建立轻质超高性能混凝土(LUHPC)的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的关系，研究纵筋配筋率对轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的影响规律(研究LUHPC短柱在轴心受压下的力学性能)，研究短柱的荷载-位移曲线、钢筋和混凝土的荷载-应变曲线，以及轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的破坏机理，回归分析得到轻质超高性能混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式；2)研究长细比对轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱轴心抗压承载力的影响规律，利用差分进化法对轻质超高性能混凝土(LUHPC)柱稳定系数进行非线性回归分析，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)开展轻质超高性能混凝土的材料性能试验，建立轻质超高性能混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的关系，研究纵筋配筋率对轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的影响规律，研究短柱的荷载-位移曲线、钢筋和混凝土的荷载-应变曲线，以及轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的破坏机理，回归分析得到轻质超高性能混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式；2)研究长细比对轻质超高性能混凝土柱轴心抗压承载力的影响规律，利用差分进化法对轻质超高性能混凝土柱稳定系数进行非线性回归分析，建立轻质超高性能混凝土柱的稳定系数计算公式，从而得到轻质超高性能混凝土柱的承载力的计算公式；3)将计算公式所需数值代入轻质超高性能混凝土柱的承载力的计算公式中，得到轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力。/n

【技术特征摘要】
1.轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)开展轻质超高性能混凝土的材料性能试验，建立轻质超高性能混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的关系，研究纵筋配筋率对轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的影响规律，研究短柱的荷载-位移曲线、钢筋和混凝土的荷载-应变曲线，以及轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的破坏机理，回归分析得到轻质超高性能混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式；2)研究长细比对轻质超高性能混凝土柱轴心抗压承载力的影响规律，利用差分进化法对轻质超高性能混凝土柱稳定系数进行非线性回归分析，建立轻质超高性能混凝土柱的稳定系数计算公式，从而得到轻质超高性能混凝土柱的承载力的计算公式；3)将计算公式所需数值代入轻质超高性能混凝土柱的承载力的计算公式中，得到轻质超高性能混凝土柱轴心受压承载力。


2.根据权利要求1所述的轻质超高性能混凝土柱轴心受压的承载力确定方法，其特征在于具体步骤为：
(1)试验研究轻质超高性能混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的关系，结合50组立方体抗压强度试验和30组轴心抗压强度试验，确定了轻质超高性能混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度间的基本形式为：
fc＝0.85fcu(1)
式中，fc为轻质超高性能混凝土的轴心抗压强度，fcu为轻质超高性能混凝土的立方体抗压强度；
研究配筋率对轻质超高性能混凝土短柱轴心受压的影响规律，通过轴心受压试验，引入材料影响系数k，对荷载和极限承载力进行回归分析，得到k＝1.07；确...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沐宇，卢志芳，曹玉贵，邓晓光，黄柏杨，李晨威，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42