一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法技术

本发明专利技术公开一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，涉及建筑领域，包括步骤：建立预制混凝土摇摆墙的系统模型，并根据系统模型建立优化设计模型；获取第二约束条件的变量化转换公式；将优化设计模型带入遗传算法模块中，并获取同时满足第一约束条件、第二约束条件和目标函数组的配筋率最小值。本发明专利技术通过系统模型的建立获得优化设计模型，确定变量并根据约束条件和已知的目标函数，通过遗传算法模型获取最优的配筋率，从而使得预制混凝土摇摆墙的墙角能够在置入足够少的约束箍筋的情况下还能够获得最大的形变和应变能力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法
本专利技术涉及建筑领域，具体涉及一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法。
技术介绍
预制混凝土摇摆墙系统主要由预制混凝土墙板、预应力钢筋、耗能元件。与传统现浇剪力墙不同，摇摆墙底部与基础脱开，仅通过预应力钢筋连于基础；预应力钢筋将摇摆墙和基础连为一体，在摇摆墙发生摆动时提供恢复力，使墙体恢复到初始位置。在预应力钢筋两侧布置适量的耗能软钢，使结构体系具有足够的耗能能力。墙体在侧向力作用下，产生摇摆。根据其受力特点，摇摆墙的墙角处受力集中、变形较大，墙角处混凝土变形容易超出其极限压应变，导致墙角首先发生破坏。实际工程中，通常通过对墙角位置箍筋进行加密的方法来提高混凝土的极限压应变，改善其形变能力，从而使墙角具有较好的形变及承载性能。为防止剪力墙墙角过早破坏，需通过约束箍筋对墙角进行加密处理，从而提高墙角的形变能力，增大其极限应变。然而，目前约束箍筋配箍率通常通过试算法来确定。该方法具有以下缺点：(1)依赖设计者的经验；(2)耗时耗力、效率低下；(3)箍筋的配置量可能超出实际的需求，不仅经济性不好，而且可能加大施工的难度。因此，如何获得合适的配筋率，使得墙角能够获得最大极限应变的同时降低约束箍筋的量就成的一个问题。
技术实现思路
为解决现有技术中对于配筋率的估算过于依赖于经验，同时使得预制混凝土摇摆墙的墙角能够在最小配筋率的情况下达到最极限应变，本专利技术提出了一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，包括步骤：建立预制混凝土摇摆墙的系统模型，并根据系统模型建立优化设计模型；所述优化设计模型包括目标函数组的获取，将第一配筋率和第二配筋率作为变量，以及第一约束条件和第二约束条件的设定；获取第二约束条件的变量化转换公式；将优化设计模型带入遗传算法模块中，并获取同时满足第一约束条件、第二约束条件和目标函数组的配筋率最小值；所述目标函数组为第一配筋率和第二配筋率，与横筋总面积之间的关系式；所述第一约束条件为第一配筋率等于第二配筋率，第二约束条件为εc≤εmax，其中εc为摇摆墙的墙角混凝土最大应变力，εmax为摇摆墙的墙角混凝土极限应变力。进一步地，所述系统模型上标定有三维坐标轴，所述目标函数组为：Ax＝ρxsdc；Ay＝ρysbc；A＝Ax·Ay；式中，ρx为第一配筋率，是箍筋在X轴方向上的配筋率；ρy为第二配筋率，是箍筋在Y轴方向上的配筋率；Ax为箍筋在X轴方向上的配筋总面积，Ay为箍筋在Y轴方向上的配筋总面积，A为横筋总面积，dc为箍筋在Y轴上的长度，bc为箍筋在X轴上的宽度，s为相邻箍筋在Z轴上的中位间距。进一步地，所述第二约束条件中εc的变量化转换可由第二计算公式获得，所述第二计算公式为：式中，cmax为摇摆墙底部的中心轴深度，Mmax为抗弯矩阻力，Ec为混凝土的弹性模量，Igross为预制混凝土摇摆墙系统的总惯性矩，θmax为预制混凝土摇摆墙系统的旋转角，H为预制混凝土摇摆墙系统的墙体高度。进一步地，所述cmax可由第三计算公式组获得，所述第三计算公式组为：β＝0.96；式中，C为预应力钢筋的拉力荷载与混凝土墙体的重力荷载之和，α和β为等效的矩形块常数,f'co为无约束混凝土的抗压强度，tw为混凝土的墙体厚度，Esec为峰值应力下约束混凝土的割线模量。进一步地，所述第二约束条件中εmax的变量化转换可由第四计算公式获得，所述第四计算公式为：式中，εcu为混凝土的最大压力应变，fc为混凝土的纵向抗压应变，εc为混凝土的纵向压应变，fsl为纵向钢筋应力，fc'o为无约束混凝土的抗压强度。进一步地，所述纵向钢筋应力fsl与混凝土的纵向压应变的关系式如下：式中，fy为钢筋屈服应力。进一步地，所述fc与f'co之间的关系可由第五计算公式组获得，所述第五计算公式组为：式中，εcc为最大混凝土应变，f'cc为墙角约束混凝土抗压强度。进一步地，所述f'cc可由第六计算公式获得，所述第六计算公式为：式中，fl'为墙角约束混凝土箍筋提供的有效侧向压应力。进一步地，所述fl'可由第七计算公式组获得，所述第七计算公式组为：flx＝ρxfyh'fly＝ρyfyh；f'lx＝Keflx＝Keρxfxh；f'ly＝Kefly＝Keρyfyh；式中，flx为X轴方向上混凝土的侧向应力，fly为Y轴方向上混凝土的侧向应力,f'lx为X轴方向上混凝土的侧向有效应力，f'ly为Y轴方向上混凝土的侧向有效应力，fxh为X轴方向上钢筋的屈服强度，fyh为Y轴方向上钢筋的屈服强度，Ke为混凝土约束有效系数。与现有技术相比，本专利技术至少含有以下有益效果：(1)本专利技术所述的一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，其通过系统模型的建立获得优化设计模型，确定变量并根据约束条件和已知的目标函数，通过遗传算法模型获取最优的配筋率，从而使得预制混凝土摇摆墙的墙角能够在置入足够少的约束箍筋的情况下还能够获得最大的形变和应变能力；(2)智能化的配筋率自动获取，无需依赖于施工员的施工经验；(3)根据墙角定制化的获取配筋率数据，从而能够更加适应不同预制混凝土摇摆墙的墙角，使墙角具有较好的形变和承载性能。附图说明图1为一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法的方法步骤图；图2为预制混凝土摇摆墙示意图；图3为墙角混凝土配筋平面图；图4为墙角混凝土配筋局部立面图；附图标记说明：1-预制混凝土墙板、2-预应力钢筋、3-耗能元件、4-基础、5-约束箍筋、6-铆具。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例一如图2所示，预制混凝土摇摆墙系统主要由预制混凝土墙板1、预应力钢筋2、耗能元件3(本实施例中为耗能软钢)组成。与传统现浇剪力墙不同，摇摆墙底部与基础4脱开，仅通过预应力钢筋2连于基础4(通过铆具6固定)；预应力钢筋2将摇摆墙和基础4连为一体，在摇摆墙发生摆动时提供恢复力，使墙体恢复到初始位置。在预应力钢筋两侧布置适量的耗能元件3，使结构体系具有足够的耗能能力。墙体在侧向力作用下，产生摇摆。根据其受力特点进行分析，可以看出摇摆墙的墙角处受到的应力最为集中、形变程度较大，墙角处混凝土形变容易超出其极限压应变，导致墙角首先发生破坏。在实际施工过程中，通常采用对墙角位置箍筋进行加密(也即是增加约束箍筋5)的方式来提高混凝土的极限压应变，改善其形变能力，从而使墙角具有较好的形变以及承载性能。而为了获得合适的配筋率以满足相对情况下最低配筋率实现墙角的最大应变能力，如图1所示，本专利技术提出了一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，包括步骤：建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，其特征在于，包括步骤：/n建立预制混凝土摇摆墙的系统模型，并根据系统模型建立优化设计模型；/n所述优化设计模型包括目标函数组的获取，将第一配筋率和第二配筋率作为变量，以及第一约束条件和第二约束条件的设定；/n获取第二约束条件的变量化转换公式；/n将优化设计模型带入遗传算法模块中，并获取同时满足第一约束条件、第二约束条件和目标函数组的配筋率最小值；/n所述目标函数组为第一配筋率和第二配筋率，与横筋总面积之间的关系式；所述第一约束条件为第一配筋率等于第二配筋率，第二约束条件为ε

【技术特征摘要】
1.一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，其特征在于，包括步骤：
建立预制混凝土摇摆墙的系统模型，并根据系统模型建立优化设计模型；
所述优化设计模型包括目标函数组的获取，将第一配筋率和第二配筋率作为变量，以及第一约束条件和第二约束条件的设定；
获取第二约束条件的变量化转换公式；
将优化设计模型带入遗传算法模块中，并获取同时满足第一约束条件、第二约束条件和目标函数组的配筋率最小值；
所述目标函数组为第一配筋率和第二配筋率，与横筋总面积之间的关系式；所述第一约束条件为第一配筋率等于第二配筋率，第二约束条件为εc≤εmax，其中εc为摇摆墙的墙角混凝土最大应变力，εmax为摇摆墙的墙角混凝土极限应变力。


2.如权利要求1所述的一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，其特征在于，所述系统模型上标定有三维坐标轴，所述目标函数组为：
Ax＝ρxsdc；Ay＝ρysbc；A＝Ax·Ay；
式中，ρx为第一配筋率，是箍筋在X轴方向上的配筋率；ρy为第二配筋率，是箍筋在Y轴方向上的配筋率；Ax为箍筋在X轴方向上的配筋总面积，Ay为箍筋在Y轴方向上的配筋总面积，A为横筋总面积，dc为箍筋在Y轴上的长度，bc为箍筋在X轴上的宽度，s为相邻箍筋在Z轴上的中位间距。


3.如权利要求1所述的一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，其特征在于，所述第二约束条件中εc的变量化转换可由第二计算公式获得，所述第二计算公式为：



式中，cmax为摇摆墙底部的中心轴深度，Mmax为抗弯矩阻力，Ec为混凝土的弹性模量，Igross为预制混凝土摇摆墙系统的总惯性矩，θmax为预制混凝土摇摆墙系统的旋转角，H为预制混凝土摇摆墙系统的墙体高度。


4.如权利要求3所述的一种用于摇摆墙约束箍筋的配筋率获取方法，其特征在于，所述cmax可由第三计算公式组获得，所述第三计算公式组为：









β＝0.96；
式中，C为预应力钢筋的拉力荷载与混凝土墙体的重力荷载之和，α和β为等效...

【专利技术属性】
技术研发人员：林坚豪，陈跃，段然，郁灵芝，钟雪儿，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33