一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法。方法包括获得异形钢管混凝土柱的初始的应力比，然后根据应力比获得异形钢管混凝土柱的承载设计指标，接着根据承载设计指标得到异形钢管混凝土柱的塑性弯矩指标，同时获得钢管混凝土柱在不受轴力时的塑性弯矩值，处理得到精度指数，然后根据精度指数判断应力比是否均满足承载力评估要求，重复迭代直到应力比满足承载力评估要求时停止迭代，并将最后得到的应力比作为最终应力比，根据最终应力比对异形钢管混凝土柱的承载能力进行评估。本发明专利技术通过对初始应力比的迭代缩放，不断提高结果准确性，最终迭代出构件应力比结果，通过设置迭代指数起到加速迭代效率的作用。的作用。的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法


[0001]本专利技术属于结构设计领域的一种异形钢管混凝土柱承载能力评估方法，尤其涉及了一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法。

技术介绍

[0002]钢管混凝土柱通过在空钢管中填充混凝土而成，在受力过程中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度和变形能力；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲，因此钢管混凝土柱具有优异的力学性能，具体表现为高承载力、高延性的特点。
[0003]根据截面形式的不同，钢管混凝土柱可分为圆钢管混凝土柱，方、矩形钢管混凝土柱、异形钢管混凝土柱等。在住宅建筑中，若竖向承重构件采用圆钢管混凝土柱或方、矩形钢管混凝土柱，柱截面宽度一般都会大于隔墙宽度，柱子会在房间局部形成凸角，影响建筑空间的使用。若将竖向承重构件改为异形钢管混凝土柱，则可将柱截面隐藏于建筑墙体中，避免了住宅建筑中常见的凸柱现象，提高了建筑内部空间利用率，因此异形钢管混凝土柱在住宅建筑中具有广阔的应用前景。
[0004]为确定钢管混凝土构件是否达到了极限承载力状态，需要计算相关构件的应力比来确定。应力比是指构件实际承受的内力与构件最大承载力的比值，当应力比为0.5时，意味着构件可以承受2倍当前内力；当应力比到达1时，则意味着构件已经达到了极限承载力状态。线性公式如下所示，通过将构件内力直接代入规范的线性公式中即可求解出杆件的应力比结果。
[0005]关于L形钢管混凝土柱和T形钢管混凝土柱的强度及稳定计算，规范《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS951:2021)给出了相关计算方法。在T/CECS951:2021规范中，L形钢管混凝土柱双轴拉弯和压弯的承载力计算公式由4段分段公式所组成，T形钢管混凝土柱拉弯和压弯的承载力计算公式由2段分段公式所组成。然而，如果想得到构件的实际应力比，则需要额外进行迭代计算才能得到最终的应力比结果，现有技术缺少一种通过迭代计算得到真实应力比的设计方法，因此无法用真实应力比快速判断异形钢管混凝土柱的承载能力。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法。通过该方法的迭代计算可以与现有规范相结合，最终得到异形钢管混凝土柱的应力比结果。
[0007]本专利技术的技术方案如下，包括以下步骤：
[0008]步骤(1)首先采用以下公式处理得到异形钢管混凝土柱初始的应力比为DCR0：
[0009][0010]式中：
[0011]N表示构件所受的轴力；
[0012]N
u
表示构件受压时的截面受压承载力和构件受拉时的截面受拉承力；
[0013]M
x
、M
y
分别表示构件绕形心轴x、y轴作用的弯矩；
[0014]M
ux
、M
uy
分别表示构件分别绕x、y轴的截面受弯承载力；
[0015]所述的异形钢管混凝土柱为L形钢管混凝土柱或T形钢管混凝土柱；
[0016]步骤(2)、然后根据应力比获得异形钢管混凝土柱的承载设计指标；
[0017]所述的承载设计指标包括轴力指标N
i
、X向弯矩指标M
x,i
、Y向弯矩指标M
y,i
和轴压比指标p
i
；
[0018]步骤(3)、接着根据承载设计指标得到异形钢管混凝土柱分别绕x轴和y轴的塑性弯矩指标，同时获得异形钢管混凝土柱在不受轴力时的塑性弯矩值；
[0019]步骤(4)、首先根据步骤(3)中的塑性弯矩指标和塑性弯矩值处理得到精度指数，然后根据精度指数判断应力比是否均满足承载力评估要求，若满足承载力评估要求，则将该应力比作为最终应力比，若不满足要求，则重新设置新的应力比，返回步骤(2)并按照步骤(2)
‑
步骤(4)的顺序重新判断应力比是否满足承载力评估要求，直到应力比满足承载力评估要求时停止迭代，并将最后得到的应力比作为最终应力比；
[0020]步骤(5)、根据最终应力比对异形钢管混凝土柱的承载能力进行评估：若异形钢管混凝土柱的最终应力比不大于1，则异形钢管混凝土柱的承载能力满足受力要求；若异形钢管混凝土柱的最终应力比大于1，则异形钢管混凝土柱的承载能力不满足受力需求。
[0021]所述的步骤(2)具体步骤为：
[0022]根据应力比DCR
i
采用以下公式获得第i次迭代时异形钢管混凝土柱的轴力指标为N
i
、X向弯矩指标为M
x,i
、Y向弯矩指标为M
y,i
和轴压比指标为p
i
：
[0023][0024][0025][0026][0027]其中，下标i表示迭代次数，迭代次数初始值取i＝0。
[0028]第0次迭代时将初始的应力比DCR0代入上式中获得初始的轴力指标N0、X向弯矩指标M
x,0
、Y向弯矩指标M
y,0
和轴压比指标p0；
[0029]所述的步骤(3)具体步骤为：
[0030]步骤3.1)当所述的异形钢管混凝土柱为L形钢管混凝土柱时，第i次迭代时L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标和绕y轴的塑性弯矩指标按照以下方式获得：
[0031]根据T/CECS951:2021规范直接获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的翼缘侧混凝土受压，且塑性中性轴平行于x轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux1,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy1,i
；
[0032]根据规范直接获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的腹板侧混凝土受压，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux2,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy2,i
；
[0033]根据规范直接获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的翼缘侧混凝土受拉，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux3,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy3,i
；
[0034]根据规范直接获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的腹板侧混凝土受拉，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux4,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy4,i
；
[0035]步骤3.2)当所述的异形钢管混凝土柱为L形钢管混凝土柱时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值和绕y轴的塑性弯矩值按照以下方式获得：
[0036]根据T/CECS951:2021规范直接获得当轴力N为0、L形钢管混凝土柱的翼缘侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)首先采用以下公式处理得到异形钢管混凝土柱初始的应力比为DCR0：式中：N表示构件所受的轴力；N
u
表示构件受压时的截面受压承载力和构件受拉时的截面受拉承力；M
x
、M
y
分别表示构件绕形心轴x、y轴作用的弯矩；M
ux
、M
uy
分别表示构件分别绕x、y轴的截面受弯承载力；所述的异形钢管混凝土柱为L形钢管混凝土柱或T形钢管混凝土柱；步骤(2)、然后根据应力比获得异形钢管混凝土柱的承载设计指标；所述的承载设计指标包括轴力指标N
i
、X向弯矩指标M
x,i
、Y向弯矩指标M
y,i
和轴压比指标p
i
；步骤(3)、接着根据承载设计指标得到异形钢管混凝土柱分别绕x轴和y轴的塑性弯矩指标，同时获得异形钢管混凝土柱在不受轴力时的塑性弯矩值；步骤(4)、首先根据步骤(3)中的塑性弯矩指标和塑性弯矩值处理得到精度指数，然后根据精度指数判断应力比是否均满足承载力评估要求，若满足承载力评估要求，则将该应力比作为最终应力比，若不满足要求，则重新设置新的应力比，返回步骤(2)并按照步骤(2)
‑
步骤(4)的顺序重新判断应力比是否满足承载力评估要求；步骤(5)、根据最终应力比对异形钢管混凝土柱的承载能力进行评估：若异形钢管混凝土柱的最终应力比不大于1，则异形钢管混凝土柱的承载能力满足受力要求；若异形钢管混凝土柱的最终应力比大于1，则异形钢管混凝土柱的承载能力不满足受力需求。2.根据权利要求1所述的一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法，其特征在于：所述的步骤(2)具体步骤为：根据应力比DCR
i
采用以下公式获得第i次迭代时的轴力指标为N
i
、X向弯矩指标为M
x,i
、Y向弯矩指标为M
y,i
和轴压比指标为p
i
：：：：其中，下标i表示迭代次数，迭代次数初始值取i＝0。3.根据权利要求1所述的一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法，
其特征在于：所述的步骤(3)具体步骤为：步骤3.1)当所述的异形钢管混凝土柱为L形钢管混凝土柱时，第i次迭代时绕x轴的塑性弯矩指标和绕y轴的塑性弯矩指标按照以下方式获得：获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的翼缘侧混凝土受压，且塑性中性轴平行于x轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux1,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy1,i
；获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的腹板侧混凝土受压，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux2,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy2,i
；获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的翼缘侧混凝土受拉，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux3,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy3,i
；获得当轴力指标为N
i
、L形钢管混凝土柱的腹板侧混凝土受拉，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux4,i
，绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy4,i
；步骤3.2)当所述的异形钢管混凝土柱为L形钢管混凝土柱时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值和绕y轴的塑性弯矩值按照以下方式获得：获得当轴力N为0、L形钢管混凝土柱的翼缘侧混凝土受压，且塑性中性轴平行于x轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值为M
ux1
，绕y轴的塑性弯矩值为M
uy1
；获得当轴力N为0、L形钢管混凝土柱的腹板侧混凝土受压，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值为M
ux2
，绕y轴的塑性弯矩值为M
uy2
；获得当轴力N为0、L形钢管混凝土柱的翼缘侧混凝土受拉，且塑性中性轴平行于x轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值为M
ux3
，绕y轴的塑性弯矩值为M
uy3
；获得当轴力N为0、L形钢管混凝土柱的腹板侧混凝土受拉，且塑性中性轴平行于y轴时，L形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值为M
ux4
，绕y轴的塑性弯矩值为M
uy4
；步骤3.3)当所述的异形钢管混凝土柱为T形钢管混凝土柱时，第i次迭代时绕x轴的塑性弯矩指标和绕y轴的塑性弯矩指标按照以下方式获得：获得当轴力指标为N
i
、T形钢管混凝土柱的翼缘肢受压，且塑性中性轴平行于x轴时，T形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux1,i
；获得当轴力指标为N
i
、T形钢管混凝土柱的左翼缘受压，且塑性中性轴平行于y轴时，T形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux2,i
；获得当轴力指标为N
i
、T形钢管混凝土柱的左翼缘受压，且塑性中性轴平行于y轴时，T形钢管混凝土柱绕y轴的塑性弯矩指标为M
uy2,i
；获得当轴力指标为N
i
、T形钢管混凝土柱的翼缘肢受拉，且塑性中性轴平行于x轴时，T形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩指标为M
ux3,i
；步骤3.4)当所述的异形钢管混凝土柱为T形钢管混凝土柱时，T形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值和绕y轴的塑性弯矩值按照以下方式获得：获得当轴力N为0、T形钢管混凝土柱的翼缘肢受压，且塑性中性轴平行于x轴时，T形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值为M
ux1
；获得当轴力N为0、T形钢管混凝土柱的左翼缘受压，且塑性中性轴平行于y轴时，T形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值为M
ux2
；获得当轴力N为0、T形钢管混凝土柱的左翼缘受压，且塑性中性轴平行于y轴时，T形钢
管混凝土柱绕y轴的塑性弯矩值为M
uy2
；获得当轴力N为0、T形钢管混凝土柱的翼缘肢受拉，且塑性中性轴平行于x轴时，T形钢管混凝土柱绕x轴的塑性弯矩值为M
ux3
。4.根据权利要求1所述的一种基于应力比的异形钢管混凝土柱的承载能力评估方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：付波，周华俊，王佳权，林晨豪，李梓捷，
申请(专利权)人：杭州铁木辛柯工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：