【技术实现步骤摘要】
各向同性双管混凝土柱承载力计算方法及系统
本专利技术属于土木工程领域，具体涉及一种各向同性双管混凝土柱承载力计算方法及系统。技术背景相比于普通单钢管混凝土，双钢管混凝土柱具有更优异的抗火性能。双钢管混凝土还可以避免厚壁钢管的采用，而厚壁钢管的供应和加工较普通钢管困难。双层钢管的截面形式还有助于避免混凝土干缩对结构受力性能造成的不利影响。例如，《钢管混凝土结构技术规程》(CECS28：2012)规定，当钢管直径大于2000mm时，应采取同心双层或多层的截面形式，以避免混凝土干缩的影响。双钢管混凝土结构的截面形式还可被用于加固既有CFST构件。迄今为止，已有的承载力理论分析大多基于极限平衡法，该方法简单将各组成部分分别计算承载力叠加，并乘以折减系数，以考虑各组成部分峰值应变不同步对于承载力的影响。然而，这种不同步对于承载力的影响，应当和外套内外钢管径厚比、内部和夹层混凝土强度等因素有关，但已有的折减系数并未考虑这些因素的影响，而取为某个设定的固定值。这就导致对于一些试件而言，计算承载力低估了实际的承载力，计算结果偏于保守；而对于另外一些试件而言，计算值小于真实承载力；无法准确考虑各组成部分达到各自峰值应变不同步的影响；因而，无法得到准确计算的结果，容易造成结构安全隐患。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种各向同性双管混凝土柱承载力计算方法及系统。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<方法>本专利技术提供一种各向同性双管混...
【技术保护点】
1.一种各向同性双管混凝土柱承载力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1.获取双管混凝土柱的计算用参数，包括：内部核心混凝土和外部夹层混凝土的泊松比、弹性模量，内部管材和外部管材的泊松比、弹性模量、内径、壁厚；/n步骤2.建立双管混凝土柱各部分之间受力和变形关系/n(1)内部核心混凝土的受力和变形分析：/n(1-1)内部核心混凝土的竖向应力-应变关系/n峰值荷载前阶段，内部核心混凝土竖向应力σ
【技术特征摘要】
1.一种各向同性双管混凝土柱承载力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.获取双管混凝土柱的计算用参数，包括：内部核心混凝土和外部夹层混凝土的泊松比、弹性模量，内部管材和外部管材的泊松比、弹性模量、内径、壁厚；
步骤2.建立双管混凝土柱各部分之间受力和变形关系
(1)内部核心混凝土的受力和变形分析：
(1-1)内部核心混凝土的竖向应力-应变关系
峰值荷载前阶段，内部核心混凝土竖向应力σz,ic表达式为：
峰值荷载后阶段，内部核心混凝土竖向应力σz,ic表达式为：
式中，Eic为内部核心混凝土的弹性模量，εz为纵向应变，f′ic,co＝f′ic+4.1p1，p1为内部管和内部核心混凝土之间的挤压应力，fc′为混凝土强度，β＝12.16p1/f′ic-3.49，残余应力fic,re：a＝795.7-3.291f′ic，k＝5.79(p1/f′ic)0.694+1.301，|fic,re|≤0.25|f′ic,co|；
(1-2)内部核心混凝土的环向应变-竖向应变关系
混凝土环向应变εθ,ic包括弹性部分和塑性部分：
弹性部分表达式：
塑性部分表达式：
式中，νc为混凝土的泊松比，εic,z0为混凝土开裂时的应变，表达式如下：
式中，εic为素混凝土达到峰值荷载时的应变；
(2)内部管的受力和变形分析：
内部管环向应力σθ,is表达式：
内部管竖向应力σz,is表达式：
内部管环向应变εθ,is表达式：
式中，ric为内部管的内径，tis为内部管的壁厚，p2为内部管和外部夹层混凝土之间的挤压应力，fis为内部管的屈服强度，Es为内部管的弹性模量，νs为内部管的泊松比；
(3)外部夹层混凝土的受力和变形分析：
(3-1)外部夹层混凝土的竖向应力-应变关系
在峰值荷载前，外部夹层混凝土的竖向应力σr,sc表达式为：
式中，是外部夹层混凝土的切线模量；εsc,co为约束状态下外部夹层混凝土受压峰值应力对应的应变：p3为外部夹层混凝土和外部管之间的挤压应力，f′sc为外部夹层混凝土单轴受压时的峰值强度，εsc为外部夹层混凝土单轴受压峰值应力对应的应变；为外部约束状态下夹层混凝土达到峰值应力时的割线模量；f′sc,co为约束状态下外部夹层混凝土受压时的峰值强度，f′sc,co＝f′sc+4.1(p2+p3)/2；
峰值荷载后，外部夹层混凝土竖向应力σr,sc表达式为：
式中，β＝6.08(p2+p3)/f′sc-3.49，残余应力fsc,re：a＝795.7-3.291f′sc，|fsc,re|≤0.25|f′sc,co|；
(3-2)外部夹层混凝土的环向应变-竖向应变关系
外部夹层混凝土的环向膨胀变形εθ,sc包括为弹性部分和塑性部分
弹性部分表达式：
塑性部分表达式：
式中，rsc为外部管的内径，εsc,z0为夹层混凝土开裂时的应变：
(4)外部管的受力和变形分析
外部管环向应力σθ,os表达式：
外部管竖向应力σz,os表达式：
外部管环向应变εθ,os表达式：
(5)变形协调
根据内部混凝土和内部管环向变形协调，得到变形协调方程如下：
εθ,ic＝εθ,is(式19)
根据夹层混凝土和外部管环向变形协调，得到变形协调方程如下：
εθ,sc＝εθ,os(式20)
步骤3.将步骤1获取到的计算用参数带入步骤2的公式1至20中求解，得到内部管和内部核心混凝土之间的挤压应力p1，内部管和外部夹层混凝土之间的挤压应力p2，外部夹层混凝土和外部管之间的挤压应力p3；
步骤4.基于步骤1获取到的计算用参数和步骤3求解得到的结果求解承载力
试件承担的荷载为：
N＝k1(Nic+Nis+Nsc+Nos)(式21)
式中，k1为折减系数，Nic为内部核心混凝土承担的纵向荷载Nic＝Aicσz,ic，Aic为内部核心混凝土截面面积，Nis为内部管承担的纵向荷载Nis＝Aisσz,is，Ais为内部管截面面积，Nsc为夹层混凝土承担的纵向荷载Nsc＝Ascσz,sc，Asc为外部夹层混凝土截面面积，Nos为外部管承担的纵向荷载，Nos＝Aosσz,os，Aos为外部管截面面积，Nos为外部管承担的纵向荷载：Nos＝Aosσz,os，Aos为外部管截面面积；
将N对εz求导，并令求导结果等于0：
根据求导等于0得到的εz,peak，反代回公式21中，求得加载过程中的峰值荷载Nu,M：
Nu,M＝k1(Nic,p+Nis,p+Nsc,p+Nos,p)(式23)
式中，Nic,p，Nis,p，Nsc,p，和Nos,p分别为竖向应变等于εz,peak时内部核心混凝土、内部管、外部夹层混凝土和外部管承担的荷载。
2.一种各向同性双管混凝土柱承载力计算系统，其特征在于，包括：
参数获取模块，获取双管混凝土柱的计算用参数，包括：内部核心混凝土和外部夹层混凝土的泊松比、弹性模量，内部管材和外部管材的泊松比、弹性模量、内径、壁厚；
内部核心混凝土受力变形分析模...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢亦焱，李伟捷，梁鸿骏，李杉，黄悦，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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