可模拟构件压弯剪耦合的分析方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术涉及一种可模拟构件压弯剪耦合的分析方法、系统、设备及介质，其方法包括：对混凝土待分析构件开展弹塑性分析的过程中，在第i分析步的结构刚度计算时，判断第i

【技术实现步骤摘要】
可模拟构件压弯剪耦合的分析方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及混凝土构件模拟
，更具体地，涉及一种可模拟构件压弯剪耦合的分 析方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]多次震害表明，大量钢筋混凝土框架结构在强震作用下严重损坏甚至倒塌，造成巨大的 人员伤亡和经济损失，混凝土构件是钢筋混凝土框架结构的主要抗侧力构件，需准确模拟混 凝土构件的抗震性能。混凝土构件的破坏模式及变形性能主要由剪跨控制，大剪跨构件以弯 曲变形为主，小剪跨构件以剪切变形为主。然而，即使以弯曲变形为主的混凝土构件，塑性 区的水平裂缝与斜裂缝往往相伴产生。因此，混凝土构件的非线性弯曲变形与非线性剪切变 形间存在固有的耦合效应，即弯剪耦合效应。在地震作用下，由于竖向荷载效应及水平荷载 效应存在截然不同的内力分布模式，混凝土梁的剪跨随地震激励的变化而改变，致使混凝土 梁在不同的地震动激励下呈现不同的破坏模式；此外，混凝土柱承受循环轴力的作用，混凝 土梁在楼板及竖向构件的约束下承受循环轴力的作用，循环轴力将加剧构件塑性的发展，其 内力重分布导致构件剪跨循环变化，进而显著影响构件的变形能力及破坏模式。因此，在地 震作用下，轴力与构件弯曲变形及剪切变形之间存在显著的耦合效应，即压弯剪耦合效应。
[0003]压弯剪耦合效应对混凝土构件的刚度、承载力、变形能力及耗能能力产生显著影响，忽 略耦合效应可能高估构件承载力并低估构件的损伤程度。因此，压弯剪耦合效应在混凝土构 件的数值模拟中不可忽略。
[0004]现有模拟混凝土构件的弹塑性单元可分为分布塑性铰单元及集中塑性铰单元两大类。集 中塑性铰单元理论简单，与机器学习相结合可显著提高模拟精度，但单元的变形能力及耗能 能力在求解过程中恒定不变，无法模拟压弯剪耦合效应。现有方法将分布塑性铰单元与弥散 裂缝理论相结合，通过多维混凝土本构模型及平截面假定模拟压弯剪耦合效应。但弥散裂缝 理论及多维混凝土本构模型的引入，增加了弹塑性模型的复杂度，显著提高了计算成本及收 敛难度，以现有计算机处理速度，无法在工程中实用。此外，分布塑性铰单元及弥散裂缝理 论均基于“应力
‑
应变”材料本构关系来描述构件的复杂非线性行为，因此无法通过构件试验进 行标定，导致压弯剪耦合效应模拟结果无法得到试验支撑，不能有效反应混凝土构件在地震 作用下的真实力学行为，对混凝土结构的抗震安全性造成隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种可模拟构件压弯剪耦合 的分析方法、系统、设备及介质，用于解决在弹塑性分析中无法模拟更加真实的混凝土构件 压弯剪耦合效应的问题。
[0006]本专利技术采取的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种可模拟构件压弯剪耦合的分析方法，包括：
[0008]对混凝土待分析构件进行逐个分析步的弹塑性分析；
[0009]在第i分析步的结构刚度计算时，i为≥2的整数，判断第i
‑
1分析步下所述待分析构件的 受力特征是否满足本构参数的更新阈值要求；
[0010]若不满足更新阈值要求，则不更新所述待分析构件的映射骨架和映射滞回环，根据第 i
‑
1分析步下的所述映射骨架和所述映射滞回环，计算第i分析步的结构刚度，完成第i分析 步的弹塑性分析，继续第i+1分析步的结构刚度计算，直至所述弹塑性分析结束；
[0011]若满足更新阈值要求，则根据第i
‑
1分析步下所述待分析构件的受力特征，以及预先定 义的各所述待分析构件的物理特征，通过已训练的神经网络拓扑关系，映射出与所述受力特 征和所述物理特征匹配的映射骨架控制参数和映射滞回环控制参数
[0012]根据所述映射骨架控制参数更新映射骨架，根据所述映射滞回环控制参数更新映射滞回环，根据更新的所述映射骨架和更新的所述映射滞回环，计算第i分析步的结构 刚度，完成第i分析步的弹塑性分析，继续第i+1分析步的结构刚度计算，直至所述弹塑性分 析结束；
[0013]所述受力特征包括剪跨比和轴压系数，所述物理特征包括配箍特征值和配筋特征值。
[0014]可选地，判断第i
‑
1分析步下所述待分析构件的受力特征是否满足本抅参数的更新阈值 要求，包括：
[0015]判断第i
‑
1分析步下所述待分析构件的受力特征是否满足下式：
[0016]且
[0017]λ
i
、λ
i
‑1分别为第i分析步和第i
‑
1分析步的剪跨比，μ
i
、μ
i
‑1分别为第i分析步和i
‑
1分 析步的轴压系数，为预设的剪跨阈值，为预设的轴压阈值。
[0018]可选地，所述神经网络拓扑关系的训练，包括：
[0019]获取若干不同试验构件的受力特征、物理特征以及拟静力试验的试验骨架和试验滞回环；
[0020]根据所述试验骨架，辨识出映射骨架控制参数
[0021]根据所述试验滞回环，辨识出映射滞回环控制参数
[0022]将所述试验构件的受力特征、物理特征以及辨识出的映射骨架控制参数映射滞 回环控制参数作为样本数据集，根据所述样本训练集训练所述神经网络拓扑关系。
[0023]可选地，根据所述试验骨架，辨识出映射骨架控制参数包括：
[0024]按照下式计算映射骨架与试验骨架的能量包围误差
[0025][0026]f
ske,ex
(D)为试验骨架，为映射骨架；
[0027]以获得最小的映射骨架与试验骨架能量包围误差为目标，迭代辨识出映射 骨架控制参数
[0028]可选地，根据所述试验滞回环，辨识出映射滞回环控制参数包括：
[0029]按照下式计算映射滞回环与试验滞回环的能量包围误差式中
[0030]f
hy,ex
(D)为试验滞回环：
[0031][0032]为映射滞回环，D
un
为卸载起始点变形，D
re
为重加载指 向点变形，为映射滞回环控制参数；
[0033]以获得最小的映射滞回环与试验滞回环能量包围误差为目标，迭代辨识出映 射滞回环控制参数
[0034]可选地，所述映射骨架采用下式描述：
[0035][0036]x＝D/D
c
，y＝M/M
c
，(D
c
，M
c
)为映射骨架峰值点，D与M分别为时刻下恢复 力模型的变形和内力，m和n均为用于调节映射骨架的变形能力形状系数；
[0037]所述映射骨架控制参数包括映射骨架峰值点D
c
、M
c
和变形能力形状系数 m、n。
[0038]可选地，所述映射滞回环包括卸载段和重加载段，所述卸载段的刚度通过参数α控制， 所述重加载段通过参数β本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可模拟构件压弯剪耦合的分析方法，其特征在于，包括：对混凝土待分析构件进行逐个分析步的弹塑性分析；在第i分析步的结构刚度计算时，i为≥2的整数，判断第i
‑
1分析步下所述待分析构件的受力特征是否满足本构参数的更新阈值要求；若不满足更新阈值要求，则不更新所述待分析构件的映射骨架和映射滞回环，根据第i
‑
1分析步下的所述映射骨架和所述映射滞回环，计算第i分析步的结构刚度，完成第i分析步的弹塑性分析，继续第i+1分析步的结构刚度计算，直至所述弹塑性分析结束；若满足更新阈值要求，则根据第i
‑
1分析步下所述待分析构件的受力特征，以及预先定义的各所述待分析构件的物理特征，通过已训练的神经网络拓扑关系，映射出与所述受力特征和所述物理特征匹配的映射骨架控制参数和映射滞回环控制参数根据所述映射骨架控制参数更新映射骨架，根据所述映射滞回环控制参数更新映射滞回环，根据更新的所述映射骨架和更新的所述映射滞回环，计算第i分析步的结构刚度，完成第i分析步的弹塑性分析，继续第i+1分析步的结构刚度计算，直至所述弹塑性分析结束；所述受力特征包括剪跨比和轴压系数，所述物理特征包括配箍特征值和配筋特征值。2.根据权利要求1所述的一种可模拟构件压弯剪耦合的分析方法，其特征在于，判断第i
‑
1分析步下所述待分析构件的受力特征是否满足本抅参数的更新阈值要求，包括：判断第i
‑
1分析步下所述待分析构件的受力特征是否满足下式：且λ
i
、λ
i
‑1分别为第i分析步和第i
‑
1分析步的剪跨比，μ
i
、μ
i
‑1分别为第i分析步和i
‑
1分析步的轴压系数，为预设的剪跨阈值，为预设的轴压阈值。3.根据权利要求1所述的一种可模拟构件压弯剪耦合的分析方法，其特征在于，所述神经网络拓扑关系的训练，包括：获取若干不同试验构件的受力特征、物理特征以及拟静力试验的试验骨架和试验滞回环；根据所述试验骨架，辨识出映射骨架控制参数根据所述试验滞回环，辨识出映射滞回环控制参数将所述试验构件的受力特征、物理特征以及辨识出的映射骨架控制参数映射滞回环控制参数作为样本数据集，根据所述样本训练集训练所述神经网络拓扑关系。4.根据权利要求3所述的一种可模拟构件压弯剪耦合的分析方法，其特征在于，根据所述试验骨架，辨识出映射骨架控制参数包括：按照下式计算映射骨架与试验骨架的能量包围误差按照下式计算映射骨架与试验骨架的能量包围误差f
ske,ex
(D)为试验骨架，为映射骨架；以获得最小的映射骨架与试验骨架能量包围误差为目标，迭代辨识出映
射骨架控制参数5.根据权利要求3所述的一种可模拟构件压弯剪耦合的分析方法，其特征在于，根据所述试验滞回环，辨识出映射滞回环控制参数包括：按照下式计...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩小雷，吴梓楠，马建峰，季静，林静聪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：