预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法技术

本发明专利技术公开了预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法，属于工程结构技术领域。本发明专利技术基于能量守恒原理，结合预应力BFRP筋的破坏特点，提出了倒塌荷载动力增大系数DIF的计算方法，并提出了DIF的简化计算模型。基于DIF的计算模型，通过预估该类型框架柱失效后对应结构部位的竖向位移即可确定静力倒塌荷载动力增大系数DIF的取值，静力倒塌分析时采用的倒塌荷载取静力倒塌荷载与DIF的乘积。本发明专利技术可为预应力BFRP筋混凝土框架的静力倒塌分析提供直接的依据。倒塌分析提供直接的依据。倒塌分析提供直接的依据。

【技术实现步骤摘要】
预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法


[0001]本专利技术属于工程结构
，具体涉及预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土框架结构已被全世界广泛运用。钢筋混凝土框架结构具有结构整体性好、施工方便和价格较低等优点，但其容易受到环境腐蚀和突发灾害的影响，导致越来越多的早期建筑结构出现老化和破损，因此维护和加固建筑结构费用高昂等问题日益明显。如何降低维护的费用和提高新型材料的利用率，成为当前建筑结构中亟待解决的问题。纤维增强复合材料(FRP)由于其具有强度高、耐腐蚀和质量轻等优点，是替代现有钢筋混凝土结构中钢筋的理想材料。玄武岩纤维材料(BFRP)作为常用的纤维材料之一，其热膨胀系数与混凝土相近，两者间不会产生过大的温度应力。但由于BFRP筋的弹性模量较低，因此通常需对BFRP筋施加预应力以发挥其主要作用。目前，BFRP筋混凝土结构已在一些试点工程结构中得到了应用。
[0003]混凝土框架结构的承重柱可能会在爆炸、火灾、地震等偶然事件中失效，进而引起结构的局部或整体倒塌破坏。预应力BFRP筋混凝土框架结构同样面临着发生倒塌破坏的风险，而目前对其抗连续倒塌性能的研究仍然较少。对框架结构进行抗倒塌设计时，常采用抽柱法等静力倒塌分析方法。但结构的倒塌过程是一个动态的过程，而在开展静力倒塌分析时无法反映动力冲击作用，因此有必要对倒塌荷载进行修正以体现动力冲击作用的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种科学合理、准确性高和适用性好的针对预应力BFRP筋混凝土框架进行静力倒塌分析时倒塌荷载增大系数的取值方法。本专利技术具体提出了一种倒塌荷载动力增大系数DIF的计算方法，并提出了简化计算模型，为预应力BFRP筋混凝土框架的静力倒塌分析时倒塌荷载的修正提供依据。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法，包括如下步骡：
[0007](1)计算框架梁中心轴的总伸长量ΔL，求出边柱梁端框架梁中心轴的应变ε，根据相似三角形原理求出梁端底部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B1
和梁端顶部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B2
；
[0008](2)计算边柱梁端处的梁底部预应力BFRP筋的预应力增量Δσ1，梁顶部预应力BFRP筋的预应力增量Δσ2，根据初始预应力及其增量求出梁端弯矩M，又由失效柱竖向位移Δ
s
和框架梁净跨L求出边柱梁端截面转角θ
s
，根据边柱梁端截面转角θ
s
和梁端弯矩M求出框架梁两个边柱梁端弯矩M做的总功W
M
；
[0009](3)根据框架梁两个边柱梁端弯矩做的总功W
M
和失效柱荷载P做功计算总外力的等效动力荷载P
d，eq
；
[0010](4)根据框架梁两个边柱梁端弯矩做的总功W
M
和失效柱竖向荷载P计算总的等效静荷载P
s
；
[0011](5)根据等效动力荷载P
d，eq
和总的等效静荷载P
s
计算倒塌荷载动力增大系数DIF，将结构的设计倒塌荷载乘以DIF得到考虑荷载动力冲击影响的倒塌荷载修正值。
[0012]进一步的，步骤(1)中框架梁中心轴的总伸长量ΔL、边柱梁端框架梁中心轴的应变ε、梁底部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B1
和梁顶部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B2
分别按以下公式计算：
[0013][0014][0015][0016][0017]式中，Δ
s
为由荷载P引起的失效柱竖向位移；L为框架梁净跨；h为框架梁的截面高度；e为预应力BFRP筋的重心至梁截面中性轴的距离；l
b
为框架梁端受损段长度，取(1.5～2.0)h。
[0018]进一步的，步骤(2)中边柱梁端处的梁底部预应力BFRP筋的预应力增量Δσ1，梁顶部的预应力BFRP筋的预应力增量Δσ2，梁端弯矩M，边柱梁端截面转角θ
s
和框架梁两个边柱梁端弯矩M做的总功W
M
分别按以下公式计算：
[0019]Δσ1＝Δε
B1
·
E(式5)
[0020]Δσ2＝Δε
B2
·
E(式6)
[0021][0022][0023][0024]式中，E为预应力BFRP筋的弹性模量；A1为梁底部预应力BFRP筋总截面面积；A2为梁顶部预应力BFRP筋总截面面积，当预应力BFRP筋仅在梁底布筋时，A2＝0；σ
01
和σ
02
分别为梁底部和顶部预应力BFRP筋的初始预应力。
[0025]进一步的，步骤(3)中总外力的等效动力荷载P
d，eq
按照下式计算：
[0026][0027]进一步的，步骤(4)中总的等效静荷载P
s
按照下式计算：
[0028][0029]进一步的，步骤(5)中倒塌荷载动力增大系数DIF按下式计算
[0030]DIF＝P
s
/P
d，eq
(式12)。
[0031]进一步的，在进行所述混凝土框架倒塌荷载动力增大系数DIF值的计算时，先做出以下基本假定：
①
所有损伤均集中在梁端，梁中部处于弹性工作状态；
②
不考虑混凝土开裂引起的能量损失；
③
不考虑边柱梁端部非预应力筋在倒塌过程中所做的功；
④
靠近边柱的框架梁端具有相同的旋转角度。
[0032]本专利技术还提供一种计算模型，所述计算模型是通过上述预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法得到的DIF值拟合得到，所述计算模型为DIF随挠跨比Δ
s
/L变化的计算模型，所述计算模型的计算公式如下：
[0033][0034]本专利技术还提供了利用上述数学计算模型进行预应力BFRP筋混凝土框架静力倒塌分析时倒塌荷载的取值方法，包括如下步骤：
[0035](1)设定结构在失效柱处的位移限值为Δ
′
s
，计算挠跨比Δ
′
s
/L；
[0036](2)利用(式13)确定与Δ
′
s
/L对应的DIF值；
[0037](3)在进行静力倒塌分析时，实际施加在结构上的倒塌荷载取静力倒塌荷载与步骤(2)计算所得DIF值的乘积。
[0038]本专利技术基于能量守恒原理，结合预应力BFRP筋的破坏特点，提出了倒塌荷载动力增大系数DIF的计算方法，并提出了DIF的简化计算模型。基于DIF的计算模型，通过预估该类型框架柱失效后对应结构部位的竖向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算框架梁中心轴的总伸长量ΔL，求出边柱梁端框架梁中心轴的应变ε，根据相似三角形原理求出梁端底部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B1
和梁端顶部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B2
；(2)计算边柱梁端处的梁底部预应力BFRP筋的预应力增量Δσ1，梁顶部预应力BFRP筋的预应力增量Δσ2，根据初始预应力及其增量求出梁端弯矩M，又由失效柱竖向位移Δ
s
和框架梁净跨L求出边柱梁端截面转角θ
s
，根据边柱梁端截面转角θ
s
和梁端弯矩M求出框架梁两个边柱梁端弯矩M做的总功W
M
；(3)根据框架梁两个边柱梁端弯矩做的总功W
M
和失效柱荷载P做功计算总外力的等效动力荷载P
d，eq
；(4)根据框架梁两个边柱梁端弯矩做的总功W
M
和失效柱竖向荷载P计算总的等效静荷载P
s
；(5)根据等效动力荷载P
d，eq
和总的等效静荷载P
s
计算倒塌荷载动力增大系数DIF。2.如权利要求1所述的预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法，其特征在于：步骤(1)中框架梁中心轴的总伸长量ΔL、边柱梁端框架梁中心轴的应变ε、梁底部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B1
和梁顶部预应力BFRP筋的应变增量Δε
B2
分别按以下公式计算：计算：计算：计算：式中，Δ
s
为由荷载P引起的失效柱竖向位移；L为框架梁净跨；h为框架梁的截面高度；e为预应力BFRP筋的重心至梁截面中性轴的距离；l
b
为框架梁端受损段长度，取(1.5～2.0)h。3.如权利要求1所述的预应力BFRP筋混凝土框架倒塌荷载动力增大系数计算方法，其特征在于：步骤(2)中边柱梁端处的梁底部预应力BFRP筋的预应力增量Δσ1，梁顶部的预应力BFRP筋的预应力增量Δσ2，梁端弯矩M，边柱梁端截面转角θ
s
和框架梁两个边柱梁端弯矩M做的总功W
M
分别按以下公式计算：Δσ1＝Δε
B1
·
E(式5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，庞瑞文，陈筱彬，李想，龙夏毅，陈明宇，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：