考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，包括以下步驟：(1)根據(jù)構(gòu)件所處的環(huán)境濕度以及構(gòu)件齡期條件，獲得構(gòu)件截面隨齡期變化的濕度分布數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)截面的材料組成、徐變參數(shù)與受力特點對構(gòu)件進行纖維單元劃分，計算每個纖維單元的面積、形心坐標以及纖維單元形心處的濕度變化情況；(3)計算每個纖維單元的彈性應(yīng)變；(4)計算每個纖維單元的初始應(yīng)力，根據(jù)收縮徐變模型計算每個不同濕度分布的纖維單元的非彈性收縮徐變應(yīng)變；(5)計算其虛擬應(yīng)力，再根據(jù)虛擬應(yīng)力積分得出虛擬內(nèi)力，通過虛擬內(nèi)力得出構(gòu)件整體的應(yīng)變值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有計算過程簡明、結(jié)果準確等優(yōu)點。
【專利說明】考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑收縮徐變計算方法，尤其是涉及一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于混合結(jié)構(gòu)可以有效地將鋼與混凝土進行結(jié)構(gòu)組合，綜合經(jīng)濟效益、防災(zāi)、抗風、抗震及防連續(xù)破壞等性能非常優(yōu)越的特點，混合結(jié)構(gòu)體系在超高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。
[0003]巨型框架中的巨柱與核心筒中的剪力墻等巨型豎向構(gòu)件由于承載較大的豎向力，截面尺寸巨大，且為了更好地滿足承載力及軸壓比要求，巨型豎向構(gòu)件一般采用型鋼與混凝土組合構(gòu)件。
[0004]巨型組合構(gòu)件除受荷載作用外還受到非荷載作用，主要包括混凝土的收縮和徐變、結(jié)構(gòu)溫度變化、地基差異沉降。豎向荷載的差異性、構(gòu)件截面受力性能的差異性、非荷載效應(yīng)的時變性以及超高層建筑的超前施工，會引起構(gòu)件之間的豎向變形差異?；旌辖Y(jié)構(gòu)的一個突出特點是核心筒采用混凝土材料，外框架采用鋼或者含鋼率較高的截面形式?；炷敛牧嫌惺湛s和徐變的特性，這將引起結(jié)構(gòu)的進一步豎向變形差異。由于累積效應(yīng)，隨著超高層建筑的高度不斷增加，收縮、徐變等非荷載效應(yīng)引起的豎向變形差異也會不斷增大，并在頂層達到最大。豎向變形差異對超高層建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均有不利影響。
[0005]豎向變形差異會導(dǎo)致幕墻、隔墻、機電管道和電梯等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損，造成耐久性和建筑外觀方面的問題；豎向差異變形將影響樓屋面的水平度，在聯(lián)系巨柱和核心筒的水平構(gòu)件(如伸臂桁架)中引起附加內(nèi)力，從而導(dǎo)致豎向構(gòu)件的內(nèi)力重分布，嚴重時會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部失效或者不適宜于繼續(xù)使用，造成較大的經(jīng)濟損失。
[0006]在目前關(guān)于巨型組合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，存在以下問題:一是設(shè)計時沒有考慮構(gòu)件截面的濕度分布對收縮徐變非彈性應(yīng)變的影響，使預(yù)測結(jié)果不準確；二是選用的混凝土收縮徐變預(yù)測模型落后，預(yù)測值不準確；三是豎向變形的過程中沒有考慮偏心荷載的作用，偏心荷載產(chǎn)生的彎矩同樣會使豎向構(gòu)件變形不均勻，對水平構(gòu)件產(chǎn)生次彎矩的影響。
[0007]隨著超高層建筑的廣泛應(yīng)用，由于巨型組合構(gòu)件的性能優(yōu)于普通混凝土構(gòu)件，巨型組合構(gòu)件在超高層混合結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用越來越廣泛。然而，相關(guān)實驗顯示，如果用預(yù)測普通混凝土構(gòu)件豎向變形的方法預(yù)測巨型組合構(gòu)件得到變形值將會偏大。由于巨型組合構(gòu)件中的內(nèi)埋型鋼阻礙了混凝土中濕度向外擴散，使得巨型組合構(gòu)件中的濕度分布不同于普通混凝土構(gòu)件，因而使得巨型組合構(gòu)件的長期豎向變形亦不同于普通混凝土構(gòu)件。然而，目前在實際的巨型組合構(gòu)件的設(shè)計中，并沒有真正考慮型鋼對于混凝土中濕度的阻礙作用。目前所有混凝土的收縮徐變計算模型都沒有考慮不同濕度分布對收縮、徐變計算的影響。如AC1、CEB-FIP以及B3模型中所建議的收縮、徐變計算的模型都是假設(shè)整個構(gòu)件截面的濕度都是均勻的。實驗表明，用CEB-FIP模型分別計算巨型組合構(gòu)件和普通混凝土構(gòu)件的豎向變形，與實際結(jié)果相比，普通混凝土構(gòu)件的計算值與實際結(jié)果吻合較好，但是巨型組合構(gòu)件的計算值與實際結(jié)果相差較多，考慮不同濕度分布之后的修正計算模型的計算結(jié)果與實際值較為接近。
[0008]超高層結(jié)構(gòu)中的巨柱以及核心筒等巨型組合構(gòu)件通常是由內(nèi)埋的組合型鋼與混凝土構(gòu)成的。組合型鋼一般都含有封閉區(qū)域，使其內(nèi)部的混凝土處于密閉狀態(tài)。由于巨型組合構(gòu)件中的組合型鋼阻礙了混凝土中濕度向外擴散，使得巨型組合構(gòu)件中的濕度分布不同于普通混凝土構(gòu)件，因而使得巨型組合構(gòu)件的長期豎向變形亦不同于普通混凝土構(gòu)件。然而，目前在實際的巨型組合構(gòu)件的設(shè)計中，并沒有真正考慮型鋼對于混凝土中濕度的阻礙作用，因此用計算普通混凝土柱的收縮徐變計算模型計算，會過高的估計巨型組合構(gòu)件的豎向變形。
[0009]因此，計算巨型組合構(gòu)件的豎向變形時，有必要考慮截面的不同濕度分布的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種計算過程簡明、結(jié)果準確的考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，適用于由內(nèi)埋的組合型鋼與混凝土構(gòu)成的巨型組合構(gòu)件。
[0011]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0012]一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，包括以下步驟:
[0013](I)根據(jù)構(gòu)件所處的環(huán)境濕度以及構(gòu)件齡期條件，獲得構(gòu)件截面隨齡期變化的濕度分布數(shù)據(jù)；
[0014](2)根據(jù)截面的材料組成、徐變參數(shù)與受力特點對構(gòu)件進行纖維單元劃分，計算每個纖維單元的面積、形心坐標以及纖維單元形心處的濕度變化情況；
[0015](3)計算每個纖維單元的彈性應(yīng)變；
[0016](4)根據(jù)構(gòu)件的彈性應(yīng)變和材料的彈性模量，計算每個纖維單元的初始應(yīng)力，根據(jù)收縮徐變模型計算每個不同濕度分布的纖維單元的非彈性收縮徐變應(yīng)變；
[0017](5)根據(jù)每根纖維單元的收縮徐變應(yīng)變計算其虛擬應(yīng)力，再根據(jù)虛擬應(yīng)力積分得出虛擬內(nèi)力，通過虛擬內(nèi)力得出構(gòu)件整體的應(yīng)變值。
[0018]所述的構(gòu)件截面隨齡期變化的濕度分布數(shù)據(jù)具體為:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)構(gòu)件所處的環(huán)境濕度以及構(gòu)件齡期條件，獲得構(gòu)件截面隨齡期變化的濕度分布數(shù)據(jù)； (2)根據(jù)截面的材料組成、徐變參數(shù)與受力特點對構(gòu)件進行纖維單元劃分，計算每個纖維單元的面積、形心坐標以及纖維單元形心處的濕度變化情況； (3)計算每個纖維單元的彈性應(yīng)變； (4)根據(jù)構(gòu)件的彈性應(yīng)變和材料的彈性模量，計算每個纖維單元的初始應(yīng)力，根據(jù)收縮徐變模型計算每個不同濕度分布的纖維單元的非彈性收縮徐變應(yīng)變； (5)根據(jù)每根纖維單元的收縮徐變應(yīng)變計算其虛擬應(yīng)力，再根據(jù)虛擬應(yīng)力積分得出虛擬內(nèi)力，通過虛擬內(nèi)力得出構(gòu)件整體的應(yīng)變值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的構(gòu)件截面隨齡期變化的濕度分布數(shù)據(jù)具體為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的對構(gòu)件進行纖維單元劃分的規(guī)律為: (1)根據(jù)不同的濕度分布劃分不同的纖維單元； (2)截面內(nèi)的混凝土與鋼材劃分為不同的纖維單元； (3)對于不同的受力形式，纖維劃分的簡化程度不同:對于軸心受壓構(gòu)件，按濕度分布不同以及材料的不同劃分纖維；對于偏心受壓構(gòu)件，在滿足軸心受壓構(gòu)件纖維劃分原則的前提下，偏心受壓構(gòu)件根據(jù)偏心力作用的位置劃分纖維單元:若偏心壓力作用在截面的對稱軸上，則相同材料垂直于對稱軸方向的應(yīng)力是相同的，將纖維單元沿著該對稱軸方向均勻劃分；若偏心壓力作用在截面的任意位置，則根據(jù)截面的形狀特征將截面沿不同方向劃分為多個纖維單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的步驟3)中，計算每個纖維單元的彈性應(yīng)變具體為: 各纖維單元截面上形心(x，y)處的纖維應(yīng)變ε (x,y)可以用截面形心位置的彈性應(yīng)變ε C1和繞截面形心軸的曲率(fpfU表達為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的步驟4)中的收縮徐變模型為Β3模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的步驟4)中計算非彈性收縮徐變應(yīng)變的具體步驟為: 假設(shè)纖維單元軸向受壓，加載齡期為t'時，常應(yīng)力作用下的應(yīng)變ε (t):
ε (t) = J(t, t' ) σ + ε sh(t) 其中，σ為軸向應(yīng)力，esh(t)為收縮應(yīng)變，J(t，t')為徐變函數(shù)； 隨時間變化的收縮應(yīng)變利用極限收縮乘以考慮相對濕度、時間效應(yīng)以及尺寸效應(yīng)的相關(guān)系數(shù)來表示:
ε Sh (t) = - ε sh=okhS(t) 其中ε sh為極限收縮應(yīng)變，kh為濕度影響系數(shù)，S(t)為收縮隨時間變化的函數(shù)；徐變函數(shù)J(t, t')的公式為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種考慮濕度分布的巨型組合構(gòu)件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的步驟5)中，構(gòu)件整體的應(yīng)變值的計算步驟具體為: (1)計算纖維的虛擬應(yīng)力值:σ(χ,7)= ￡(^^)ε(^^)5(2)通過虛擬應(yīng)力積分得出構(gòu)件截面上的虛擬力及、My,Mxt
【文檔編號】G06F17/50GK103530459SQ201310473162
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】趙昕, 嚴從志, 姜世鑫, 郁冰泉, 施賽金, 周瑛 申請人:同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司