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专利号: 2022100106212
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,所述组合柱包括多边形钢管和波纹板,且所述多边形钢管内浇筑混凝土形成第二腔混凝土;相邻两个所述多边形钢管之间通过波纹板相连,其特征在于:所述多边形钢管与所述波纹板焊接形成异形多腔体,且在所述异形多腔体内部浇筑混凝土形成第一腔混凝土,所述约束混凝土组合柱在偏压作用下的承载力根据异形多腔体内第一腔混凝土承载力、第二腔混凝土承载力和多边形钢管承载力共同确定,其中,所述第一腔混凝土承载力的计算方法为:根据对约束混凝土组合柱的有限元模拟结果,将第一腔混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,根据第一腔混凝土的面积和第一腔混凝土的非有效约束区的面积计算第一腔混凝土的有效约束区面积,根据第一腔混凝土的有效约束区面积和第一腔混凝土的面积得到有效约束系数;对异形多腔体进行剥离后,将异形多腔体的异形截面等效为方形截面,并推导方形截面的等效约束应力和平均横向约束应力;根据所述第一腔混凝土有效约束系数、所述等效约束应力、所述平均横向约束应力以及偏心荷载对第一腔混凝土承载力的偏心折减系数,计算异形多腔体内第一腔混凝土偏压承载力;

第二腔混凝土承载力的计算方法为:

根据对约束混凝土组合柱的有限元模拟结果,将第二腔混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,根据第二腔混凝土的面积和第二腔混凝土的非有效约束区的面积计算第二腔混凝土的有效约束区面积,根据第二腔混凝土的有效约束区面积和第二腔混凝土的面积得到有效约束系数;根据所述有效约束系数、第二腔内混凝土面积以及偏心荷载对第二腔混凝土承载力的折减系数,计算第二腔混凝土偏压承载力。

2.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:根据第一腔混凝土的面积和第一腔混凝土的非有效约束区的面积计算第一腔混凝土的有效约束区面积,根据第一腔混凝土的有效约束区面积和第一腔混凝土的面积得到有效约束系数的计算方法为:

θ1=0.013eθ

θ2=0.007eθ

θ=23°

其中:ke1为第一腔混凝土有效约束系数;Ac1为第一腔混凝土面积;Ac1,in为第一腔混凝土非有效约束区域面积;hc为第一腔宽度;bc为第一腔长度;θ1为第一非有效约束区与其邻边之间的锐角;θ2为第二非有效约束区与其邻边之间的锐角;θ3为第三非有效约束区与其邻边之间的锐角;θ为有限元模拟角。

3.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:将异形多腔体的异形截面等效为方形截面,并推导方形截面的等效约束应力和平均横向约束应力的计算方法为:

fr′=ke1fr

teq'=ηteq

Ac1=(b‑2t1)hc+2(ht+2t2‑t1)bc+2hoboAs1=2bct1+2hct1+2lct2其中:fr为等效转换后的方形截面的平均横向约束应力;fr'为考虑强弱约束区修正后的有效平均横向约束力;ke1为第一腔混凝土有效约束系数;Beq为等效转换后的方形钢管截面边长;teq为等效后方形截面的厚度,teq'为考虑波纹褶皱后的修正厚度;η为波纹褶皱增大系数;wb为波纹板的实际长度;lb为波纹板的名义长度; 为等效后方形截面钢管的等效约束应力;Ac1为第一腔混凝土面积;As1为波纹板面积;b为组合柱的宽度;t1为波纹板壁厚;

hc为第一腔的宽度;ht为第二腔的宽度;t2为多边形钢管壁厚;bc为第一腔的长度;ho为多边形钢管斜边对应第一直角边的计算宽度;bo为斜边对应第二直角边的计算长度;lc为拆分后大腔和小腔体共用钢板的长度; 为平均横向约束应力; 为偏心折减系数; 为轴压时的等效约束应力;e为偏心率;e0为组合柱的截面偏心距;ξ为套箍系数;fc为混凝土的抗压强度标准值;fy1为波纹板抗压或抗拉强度设计值。

4.根据权利要求3所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:fc的取值范围为30ΜPa‑60ΜPa,fy1的取值范围为184ΜPa‑420ΜPa。

5.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:计算异形多腔体内第一腔混凝土承载力的计算方法为:N1=Ac1fcc

其中:fcc为第一腔混凝土的抗压强度设计值;fc为混凝土的抗压强度标准值;fr'为考虑强弱约束区修正后的有效平均横向约束力;N1为第一腔内混凝土偏压承载力;Ac1为第一腔混凝土面积。

6.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:根据第二腔混凝土的面积和第二腔混凝土的非有效约束区的面积计算第二腔混凝土的有效约束区面积,根据第二腔混凝土的有效约束区面积和第二腔混凝土的面积得到有效约束系数的计算方法为:

其中:ke2为第二腔混凝土有效约束系数;Ac2为第二腔混凝土面积;Ac2,in为第二腔混凝土非有效约束区域面积;nt为第二腔的宽度;θ1为第二腔第一非有效约束区之间的锐角;bt为第二腔的长度;θ2为第二腔第二非有效约束区之间的锐角。

7.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:计算第二腔混凝土偏压承载力的计算方法为:其中:N2为第二腔混凝土偏压承载力; 为偏心率对第二腔内混凝土承载力的折减系数;α为多边形钢管内填充混凝土抗压强度套箍增强系数,根据峰值荷载下多边形钢管内混凝土平均应力,α=1.1;Ac2为第二腔混凝土面积;fc为混凝土的抗压强度标准值;bt为第二腔的长度;ht为第二腔的宽度;bi为第二腔斜边对应的第一直角边的计算长度;hi为第二腔斜边对应的第二直角边的计算长度;e为偏心率。

8.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:计算多边形钢管偏压承载力的计算方法为:其中: 为偏心率对四角钢管承载力的折减系数;fy2为钢管的抗压或抗拉强度设计值;As2为多边形钢管截面的面积;bt为第二腔的长度;ht为为第二腔的宽度;lc为拆分后大腔和小腔体共用钢板的长度;t2为多边形钢管壁厚;e为偏心率。

9.根据权利要求8所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:fy2的取值范围为184ΜPa‑420ΜPa。

10.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在偏压作用下承载力的计算方法,其特征在于:所述约束混凝土组合柱在偏压作用下的承载力根据异形多腔体内第一腔混凝土偏压承载力、第二腔混凝土偏压承载力和多边形钢管偏压承载力的和共同确定,其计算方法为:N=N1+N2+N3

其中:N为约束混凝土组合柱在偏压作用下的承载力,N1为第一腔混凝土偏压承载力,N2为第二腔混凝土偏压承载力,N3为多边形钢管偏压承载力。