型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法技术

本发明专利技术公开了型钢‑钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，属于结构位移计算技术领域，充分考虑了加载不同阶段对界面相对滑移值计算的影响，根据实际试验数据绘制出自由端与加载端的荷载‑位移曲线，确定相关特征点；对自由端曲线优化处理得到荷载‑相对滑移曲线，并确定任意荷载下自由端处的相对滑移值ΔS

【技术实现步骤摘要】
型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法
本专利技术属于结构位移计算
，具体涉及型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法。
技术介绍
型钢-混凝土结构是由型钢、钢筋、混凝土三种材料协调工作，基于型钢与混凝土的界面黏结，共同抵抗各种外部作用的一种高性能结构，多适用于桥梁、高层建筑、抗震要求较高的地区以及抗火要求较高的结构，虽然型钢-混凝土结构在刚度、承载性能和抗震性能等方面较传统的钢筋混凝土结构更加优异，但在实际工程中也存在一些问题。比如，在梁柱和剪力墙中，以及节点处，由于型钢和钢筋笼的同时设置，都出现了两者在不同程度上的位置冲突。为了解决此问题，经常在型钢的翼缘和腹板处开洞以保证钢筋不被截断。但是这样不但增加了施工的困难，而且由于翼缘和腹板的开洞削弱了型钢的抗弯和抗剪性能，并且由于钢筋笼和型钢的同时布置，混凝土填充孔隙小，造成混凝土浇筑难度变大，容易出现混凝土浇筑不密实、质量差的现象。型钢-钢纤维混凝土组合结构，将传统的钢筋笼从型钢-混凝土结构中移除，在混凝土中添加钢纤维，并将型钢与钢纤维混凝土进行合理组合。一方面，由于钢纤维提供的桥接作用，能够有效的阻止混凝土内部的裂缝的产生和发展，提高混凝土的韧性以及界面间的挤压作用和黏结强度。另一方面，移除钢筋笼后可以增加型钢横截面尺寸，使型钢翼缘更远离中性轴，从而更有效的利用型钢的抗弯性能，型钢腹板高度的增加也可以提高型钢的抗剪性能，不再设置钢筋笼，避免了对型钢进行开洞和采用钢筋连接器等操作，混凝土的浇筑质量也易于保证。关于型钢与混凝土之间相对位移的计算，国内外学者并未形成一定的在任意界面处的相对滑移值的计算方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，计算过程简洁明了，可为型钢-钢纤维混凝土组合结构的设计提供一定的依据。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，包括如下步骤：步骤一，根据实际试验数据绘制出自由端与加载端的荷载-位移曲线，确定相关特征点；步骤二，确定型钢-钢纤维混凝土的基本参数；步骤三，根据步骤一和步骤二确定的相关数据计算得到黏结残余应力τr和摩擦应力τf；步骤四，对自由端荷载-位移曲线进行优化处理确定荷载-相对滑移曲线，并确定任意荷载下自由端处的相对滑移值ΔSf；步骤五，以自由端界面为零点，x轴正向指向加载端，通过积分确定从零点到任意界面处长度范围内混凝土的压缩变形Δc(x)和型钢压缩变形Δs(x)；步骤六，根据相对滑移值计算公式确定任意界面处相对滑移值ΔS(x)。进一步地，步骤一中，所述的相关特征点包括：(1)自由端屈服荷载Py1以及对应的位移Sy1；(2)加载端屈服荷载Py2以及对应的位移Sy2；(3)残余荷载Pr；(4)摩擦荷载Pf。进一步地，步骤二中，所述的基本参数包括：(1)钢纤维混凝土受力面积Ac；(2)钢纤维混凝土弹性模量Ec；(3)型钢受力面积As；(4)型钢弹性模量Es；(5)型钢横截面周长Ca；(6)黏结长度le。进一步地，步骤三中，所述的黏结残余应力τr和摩擦应力τf计算公式为：其中P取值Pr和Pf，Pr和Pf通过荷载-滑移曲线得到。进一步地，步骤四中，所述的优化处理的方法是取自由端屈服荷载Py1之后(到达屈服荷载Py1后自由端出现相对滑移)的每一个试验数据点，将位移值S减去自由端上部型钢的压缩变形值得到自由端的相对滑移值，从而绘制出自由端的荷载-相对位移曲线，公式如下：进一步地，步骤五中，所述的压缩变形Δc(x)计算方法公式为：所述的型钢压缩变形Δs(x)计算方法公式为：进一步地，步骤六重，所述的任意界面处相对滑移值ΔS(x)的计算如下：在型钢-钢纤维混凝土的推出试验中，对于混凝土而言，x界面处混凝土沿着x轴负向的位移值为ΔSf+Δc(x)，对于型钢而言，x界面处型钢沿着x轴负向的位移值为Δs(x)；任意界面处相对滑移值ΔS(x)的计算公式：ΔS(x)＝ΔSf+Δc(x)-Δs(x)。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，充分考虑了加载不同阶段对界面相对滑移值计算的影响，根据实际试验数据绘制出自由端与加载端的荷载-位移曲线，确定相关特征点；对自由端曲线优化处理得到荷载-相对滑移曲线，并确定任意荷载下自由端处的相对滑移值ΔSf；以自由端界面为零点，x轴正向指向加载端，确定从零点到任意界面处长度范围内混凝土的压缩变形Δc(x)和型钢的压缩变形Δs(x)；根据相对滑移值计算公式确定任意界面处相对滑移值ΔS(x)；根据多次试验验证其计算结果，可靠性较高，计算过程简洁，可为型钢-钢纤维混凝土组合结构的研究提供新思路。附图说明图1为荷载-位移曲线特征点的取值示意图；图2为荷载-相对滑移曲线示意图；图3为任意界面处相对滑移计算方法的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，具体包括如下步骤：步骤一，根据实际试验数据绘制出自由端与加载端的荷载-位移曲线，确定相关特征点；步骤二，确定型钢-钢纤维混凝土的基本参数；步骤三，根据步骤一和步骤二确定的相关数据计算得到黏结残余应力τr/MPa和摩擦应力τf/MPa；步骤四，对自由端荷载-位移曲线进行优化处理确定荷载-相对滑移曲线，并确定任意荷载下自由端处的相对滑移值ΔSf/mm；步骤五，以自由端界面为零点，x轴正向指向加载端，通过积分确定从零点到任意界面处长度范围内混凝土的压缩变形Δc(x)/mm和型钢压缩变形Δs(x)/mm；步骤六，根据相对滑移值计算公式确定任意界面处相对滑移值ΔS(x)/mm。步骤一中，需要从荷载-位移曲线上确定的相关特征点包括：(1)自由端屈服荷载Py1/kN以及对应的位移Sy1/mm；(2)加载端屈服荷载Py2/kN以及对应的位移Sy2/mm；(3)残余荷载Pr/kN；(4)摩擦擦荷载Pf/kN。步骤二中，需要确定型钢-钢纤维混凝土的基本参数包括：(1)钢纤维混凝土受力面积Ac/mm2；(2)钢纤维混凝土弹性模量Ec/MPa；(3)型钢受力面积As/mm2；(4)型钢弹性模量Es/MPa；(5)型钢横截面周长Ca/mm；(6)黏结长度le/mm。步骤三中，黏结界面发生相对滑移产生的黏结残余应力τr和摩擦应力τf计算公式为：其中P取值Pr和Pf，Pr和Pf通过荷载-滑移曲线得到。步骤四中，对自由端荷载-位移曲线的优化处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一，根据实际试验数据绘制出自由端与加载端的荷载-位移曲线，确定相关特征点；/n步骤二，确定型钢-钢纤维混凝土的基本参数；/n步骤三，根据步骤一和步骤二确定的相关数据计算得到黏结残余应力τ

【技术特征摘要】
1.型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，根据实际试验数据绘制出自由端与加载端的荷载-位移曲线，确定相关特征点；
步骤二，确定型钢-钢纤维混凝土的基本参数；
步骤三，根据步骤一和步骤二确定的相关数据计算得到黏结残余应力τr和摩擦应力τf；
步骤四，对自由端荷载-位移曲线进行优化处理确定荷载-相对滑移曲线，并确定任意荷载下自由端处的相对滑移值ΔSf；
步骤五，以自由端界面为零点，x轴正向指向加载端，通过积分确定从零点到任意界面处长度范围内混凝土的压缩变形Δc(x)和型钢压缩变形Δs(x)；
步骤六，根据相对滑移值计算公式确定任意界面处相对滑移值ΔS(x)。


2.根据权利要求1所述的型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，其特征在于：步骤一中，所述的相关特征点包括：
(1)自由端屈服荷载Py1以及对应的位移Sy1；
(2)加载端屈服荷载Py2以及对应的位移Sy2；
(3)残余荷载Pr；
(4)摩擦荷载Pf。


3.根据权利要求2所述的型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法，其特征在于：步骤二中，所述的基本参数包括：
(1)钢纤维混凝土受力面积Ac；
(2)钢纤维混凝土弹性模量Ec；
(3)型钢受力面积As；
(4)型钢弹性模量Es；
(5)型钢横截面周长Ca；

【专利技术属性】
技术研发人员：郑惠铭，伍凯，李辉，赵吉祥，林俊甫，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32