本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程及結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域，尤其涉及一種高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、歷次震害表明，抗側(cè)力構(gòu)件(結(jié)構(gòu)柱、墩柱等)的破壞往往最為嚴(yán)重，抗側(cè)力構(gòu)件的延性和強度不足是導(dǎo)致其嚴(yán)重破壞的主要因素。進一步分析表明，混凝土的脆性本質(zhì)導(dǎo)致構(gòu)件在遭受強震作用時，承受彎剪作用的塑性鉸區(qū)發(fā)生脫落、酥碎，從而限制了結(jié)構(gòu)延性的提高，顯著削弱了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2、為了有針對性地提高抗側(cè)力構(gòu)件的抗震性能，許多研究逐漸從改進傳統(tǒng)rc墩柱設(shè)計方法向使用高延性材料方面轉(zhuǎn)變，特別是以ecc(工程水泥基復(fù)合材料)為代表的具有高延性的水泥纖維復(fù)合材料得到了廣泛的應(yīng)用和研究。但如何合理高效地將這類高延性材料應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件中，以及如何進行高延性構(gòu)件的抗震設(shè)計計算，還沒有一套簡單實用的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：為了克服現(xiàn)有技術(shù)問題，公開了一種高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，本發(fā)明基于提出的高延性材料的通用本構(gòu)關(guān)系，提出了高延性構(gòu)件(采用高延性材料構(gòu)件)的設(shè)計方案，并通過推導(dǎo)給出了高延性構(gòu)件的承載力-位移計算方法，并進一步給出了高延性抗側(cè)力構(gòu)件的抗震設(shè)計方法。

2、本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，所述高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法包括如下步驟：

4、s1：確定構(gòu)件的基本參數(shù)，包括：構(gòu)件高度h、軸壓比、高延性材料的本構(gòu)參數(shù)、縱向受力鋼筋及箍筋強度；

5、s2：確定構(gòu)件截面的設(shè)計載荷；

6、s3：初步估算構(gòu)件尺寸；

7、s4：基于預(yù)估構(gòu)件尺寸進行配筋計算，并驗算截面抗力能否滿足設(shè)計值，若不滿足則調(diào)整配筋重新計算；

8、s5：計算構(gòu)件承載力和變形能力，驗算是否超過規(guī)范限制，若不滿足則重復(fù)步驟s3，直至滿足變形限值。

9、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s2包括：根據(jù)抗震設(shè)防烈度、場地特征周期參數(shù)確定設(shè)計反應(yīng)譜，確定結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用，由此得到構(gòu)件的設(shè)計墩柱峰值承載力f’u和設(shè)計變形限值δu。

10、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s2還包括：基于設(shè)計墩柱峰值承載力f’u求出設(shè)計柱底截面最大彎矩m’u。

11、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，柱底截面最大彎矩mu由下式計算的到：

12、m’u＝f’u*h’

13、其中，h’代表構(gòu)件設(shè)計長度。

14、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s3包括：根據(jù)軸壓比初步估算構(gòu)件截面尺寸b，并計算得出構(gòu)件墩柱塑性鉸長度lp；其中，

15、lp＝b

16、式中，b為矩形截面短邊尺寸或圓形截面直徑。

17、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s4中，截面抗力包括最大彎矩mu和最大軸力nu；

18、其中，

19、

20、式中，相對受壓區(qū)高度x＝β1xc，fc表示峰值應(yīng)力，ftu表示高延性材料極限應(yīng)力，fy鋼筋屈服應(yīng)力，as1～as5表示各層鋼筋的總面積，f2～f5表示各層鋼筋的應(yīng)力，h2～h4表示各層鋼筋至受拉區(qū)邊緣鋼筋的距離，h0表示截面有效高度，h截面高度，b構(gòu)件寬度，as表示受拉鋼筋合力作用點至截面受拉區(qū)邊緣的距離，as’表示受壓鋼筋合力作用點至截面受壓區(qū)邊緣的距離，α1和β1表示構(gòu)件材料等效矩形應(yīng)力系數(shù)，xc受壓區(qū)最外層到截面中和軸的距離。

21、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s5中，構(gòu)件承載力通過下式進行計算：

22、

23、式中，fu代表墩柱峰值承載力，mu代表柱底截面最大彎矩，h代表柱子計算長度。

24、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s5中，構(gòu)件的變形能力通過下式計算得到：

25、構(gòu)件總位移由屈服位移δy和塑性位移δp兩部分組成，即：

26、δu＝δy+δp

27、式中，δy為柱頂屈服位移，由于還在彈性范圍，可由下式計算：

28、

29、式中，δp為柱頂塑性位移，可由下式計算：

30、

31、式中，為最大曲率，為屈服曲率，lp為等效塑性鉸長度。

32、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s5中，最大曲率為：

33、

34、其中，εcu為材料極限壓應(yīng)變，xc為受壓區(qū)最外層到截面中和軸的距離。

35、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，步驟s5中，屈服曲率為：

36、

37、式中，εy為最外層受拉鋼筋的應(yīng)變，εco為最外層受拉鋼筋的應(yīng)變，h0為截面有效高度。

38、前述本發(fā)明主方案及其各進一步選擇方案可以自由組合以形成多個方案，均為本發(fā)明可采用并要求保護的方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明方案后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和公知常識可明了有多種組合，均為本發(fā)明所要保護的技術(shù)方案，在此不做窮舉。

39、本發(fā)明的有益效果：

40、本發(fā)明針對高延性材料在結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件中的高效應(yīng)用，給出了相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系模型和截面計算方法，并在此基礎(chǔ)上提出了一套合理完整的設(shè)計方法，提高了構(gòu)件的應(yīng)用和設(shè)計水平，推動高延性材料在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的應(yīng)用，該設(shè)計方法可用于本構(gòu)關(guān)系相似的各類高延性材料。

技術(shù)特征：

1.一種高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，所述高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s2包括：根據(jù)抗震設(shè)防烈度、場地特征周期參數(shù)確定設(shè)計反應(yīng)譜，確定結(jié)構(gòu)相應(yīng)的地震作用，由此得到構(gòu)件的設(shè)計墩柱峰值承載力f’u和設(shè)計變形限值δu。

3.如權(quán)利要求2所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s2還包括：基于設(shè)計墩柱峰值承載力f’u求出設(shè)計柱底截面最大彎矩m’u。

4.如權(quán)利要求3所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，柱底截面最大彎矩mu由下式計算的到：

5.如權(quán)利要求1所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s3包括：根據(jù)軸壓比初步估算構(gòu)件截面尺寸b，并計算得出構(gòu)件墩柱塑性鉸長度lp；其中，

6.如權(quán)利要求5所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s4中，截面抗力包括最大彎矩mu和最大軸力nu；

7.如權(quán)利要求6所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s5中，構(gòu)件承載力通過下式進行計算：

8.如權(quán)利要求7所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s5中，構(gòu)件的變形能力通過下式計算得到：

9.如權(quán)利要求8所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s5中，最大曲率為：

10.如權(quán)利要求8所述的高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，其特征在于，步驟s5中，屈服曲率為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法，所述高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法包括如下步驟：S1：確定構(gòu)件的基本參數(shù)，包括：構(gòu)件高度H、軸壓比、高延性材料的本構(gòu)參數(shù)、縱向受力鋼筋及箍筋強度；S2：確定構(gòu)件截面的設(shè)計載荷；S3：初步估算構(gòu)件尺寸；S4：基于預(yù)估構(gòu)件尺寸進行配筋計算，并驗算截面抗力能否滿足設(shè)計值，若不滿足則調(diào)整配筋重新計算；S5：計算構(gòu)件承載力和變形能力，驗算是否超過規(guī)范限制，若不滿足則重復(fù)步驟S3，直至滿足變形限值。通過本發(fā)明高延性構(gòu)件的簡化抗震設(shè)計方法提高了構(gòu)件的應(yīng)用和設(shè)計水平，推動高延性材料在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的應(yīng)用，該設(shè)計方法可用于本構(gòu)關(guān)系相似的各類高延性材料。

技術(shù)研發(fā)人員：陳科旭,李建虎,梁昊,蔡琪,岳杰,陳尚華,劉華潤
受保護的技術(shù)使用者：中國五冶集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18