CN103093042A - 一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，包括如下步骤：1)根据组合构件截面的材料组成、徐变参数与受力特点对巨型组合构件进行纤维单元划分，计算每个纤维单元的形心和面积；2)根据截面内力、截面材料特性计算每个纤维单元的初始弹性应变与应力；3)根据每个纤维单元的初始应力，按照收缩徐变模型计算每个纤维单元的收缩徐变值，并与弹性应变迭加得到每个纤维单元的总应变量；4)计算每个纤维单元的虚拟应力，并积分得到截面上的虚拟内力，通过虚拟内力计算出巨型组合构件截面的总应变。与现有技术相比，本发明具有计算过程简单、计算结果精确等优点。

Description

一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法

技术领域

本发明涉及一种建筑结构的分析计算方法，尤其是涉及一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法。

背景技术

目前国内的超高层建筑普遍采用了巨型框架-核心筒-伸臂桁架抗侧力结构体系，巨型框架中的巨柱与核心筒中的剪力墙等巨型竖向构件由于承载较大的竖向力，截面尺寸巨大，且为了更好地满足承载力及轴压比要求，巨型竖向构件一般采用型钢与混凝土组合构件。

巨型组合构件除受荷载作用外还受到非荷载作用，主要包括混凝土的收缩和徐变、结构温度变化、地基差异沉降。非荷载效应具有时变性，会引起构件之间的竖向变形差异，导致幕墙、隔墙、机电管道和电梯等非结构构件受损，造成耐久性和建筑外观方面的问题；竖向差异变形将影响楼屋面的水平度，在联系巨柱和核心筒的水平构件(如伸臂桁架)中引起附加内力，从而导致竖向构件的内力重分布，严重时会导致结构局部失效或者不适宜于继续使用，造成较大的经济损失。

在所有的非荷载作用中，混凝土的收缩与徐变会产生较大的差异变形，一般来讲，若荷载作用较大且一直持续下去，徐变变形是瞬时弹性变形的1～3倍。国内外对收缩与徐变作用均有较深入的研究，但其研究主要集中于试验研究与模型预测。对于工程结构设计，目前存在三个方面的问题：一是选用的混凝土收缩徐变预测模型落后，预测值不准确；二是没有考虑钢骨对混凝土的约束作用造成部分混凝土处于密闭状态，干燥变形少，收缩徐变不均匀，进而影响构件整体的收缩徐变值；三是竖向变形的过程中没有考虑偏心荷载的作用，偏心荷载产生的弯矩同样会使竖向构件变形不均匀，对水平构件产生次弯矩的影响。

超高层结构中的巨柱以及核心筒等巨型组合构件通常是由内埋的组合型钢与混凝土构成的。组合型钢一般都含有封闭区域，使其内部的混凝土处于密闭状态，造成混凝土内的水分难以流失，相对湿度大，干燥收缩与干燥徐变应变都很小，构件截面上的徐变应变不均匀，进而影响构件的整体收缩徐变值。同时，超高层结构的结构形式一般为向上收进的，在自重等其他恒荷载的作用下会产生持续作用的偏心压力，这种偏心压力同样会造成构件截面的收缩徐变不均匀，进而影响水平构件产生附加内力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计算过程简明、计算结果精确的基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，包括如下步骤：

1)根据组合构件截面的材料组成、徐变参数与受力特点对巨型组合构件进行纤维单元划分，计算每个纤维单元的形心和面积；

2)根据截面内力、截面材料特性计算每个纤维单元的初始弹性应变与应力；

3)根据每个纤维单元的初始应力，按照收缩徐变模型计算每个纤维单元的收缩徐变值，并与弹性应变迭加得到每个纤维单元的总应变量；

4)计算每个纤维单元的虚拟应力，并积分得到截面上的虚拟内力，通过虚拟内力计算出巨型组合构件截面的总应变。

所述的对巨型组合构件进行纤维单元划分的规律为：

a)截面内的混凝土与钢材划分为不同的纤维单元；

b)截面内徐变参数不同的混凝土划分为不同的纤维单元

c)对于不同的受力特点，采用不同的纤维单元划分方法：

对于轴心受压构件，按材料的不同以及收缩徐变参数的不同划分纤维单元；

对于偏心受压构件，根据偏心力作用的位置划分纤维单元：若偏心力作用在截面的对称轴上，则相同材料垂直于对称轴方向的应力是相同的，将纤维单元沿着该对称轴方向均匀划分；若偏心压力作用在截面的任意位置，则根据截面的形状特征将截面沿不同方向划分为多个纤维单元。

所述的步骤2)的具体计算方法如下：

各纤维单元截面上形心(x，y)处的纤维应变ε(x，y)可以用截面形心位置的弹性应变ε₀和绕截面形心轴的曲率

表达为：

对应于应变ε(x，y)的应力σ(x，y)通过弹性模量E(x，y)求得：

截面上所有由纤维束的应力σ(x，y)所引起的截面内力和弯矩由积分求得：

其中N为截面内力，M_y、M_x分别为截面上绕y轴与绕x轴作用的弯矩，K_s为截面刚度矩阵，A为纤维单元的面积：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}\∫E(x,y)\mathrm{dA}& \∫E(x,y)\mathrm{xdA}& \∫E(x,y)\mathrm{ydA}\\ \∫E(x,y)\mathrm{xdA}& \∫E(x,y)x^2\mathrm{dA}& \∫E(x,y)\mathrm{xydA}\\ \∫E(x,y)\mathrm{ydA}& \∫E(x,y)\mathrm{xydA}& \∫E(x,y)y^2\mathrm{dA}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y}_i\\ \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x_i}^2& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i{y}_i\\ \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i{y}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y_i}^2\end{array}\right];$ i＝1，…，n

通过矩阵求逆可以得到截面柔度矩阵K_s ^-1，然后根据纤维单元截面所受的力即求得纤维单元截面的弹性应变：

根据纤维单元截面的弹性应变和材料的弹性模量可以计算出纤维单元的初始应力：σ₀＝Eε₀。

所述的步骤3)中计算收缩徐变值的具体计算方法如下：

加载龄期为t′时常应力作用下的应变ε(t)；

ε(t)＝J(t，t′)σ+ε_sh(t)

其中，σ为轴向应力，ε_sh(t)为收缩应变，J(t，t′)为徐变函数；

随时间变化的收缩应变利用极限收缩乘以考虑相对湿度、时间效应以及尺寸效应的相关系数来表示：

ε_sh(t)＝-ε_sh∞k_hS(t)

其中ε_sh∞为极限收缩应变，k_h为湿度影响系数，S(t)为收缩随时间变化的函数；徐变函数J(t，t′)的公式为：

$J\left({t,t}^{\′}\right)=\frac{1}{E\left(t^{\′}\right)}+C_0(t,t^{\′})+C_d({t,t}^{\′},t_0)$

其中

为瞬时弹性应变柔度函数，E(t′)为加载龄期t′时混凝土的弹性模量，C₀(t，t′)为基本徐变柔度函数，C_d(t，t′，t₀)为干燥徐变柔度函数，t表示混凝土龄期，t′表示混凝土加载龄期，t₀为养护龄期。

所述的步骤4)的具体计算方法如下：

41)根据纤维总应变值计算出纤维的虚拟应力值：

42)通过虚拟应力积分得出构件截面上的虚拟内力

$\left\{\begin{array}{c}\tilde{N}\\ {\tilde{M}}_y\\ {\tilde{M}}_x\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}\∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{dA}\\ \∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{xdA}\\ \∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{ydA}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i\\ \mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i{x}_i\\ \mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i{y}_i\end{array}\right\}$

43)根据虚拟内力计算出纤维截面的应变值：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明在混凝土收缩徐变B3预测模型与纤维模型分析方法的基础上推导了巨型组合构件的收缩徐变计算方法，并将其应用于超高层结构的竖向变形差异计算当中，该方法计算过程简明、计算结果精确，能够应用于任意截面形式的组合构件收缩徐变计算当中，具有工程应用的可操作性，更好的满足工程建筑发展需要；

2、本发明收缩徐变模型采用Bazant提出的B3模型，B3模型公式概念明确、物理意义清晰。经过美国西北大学收缩徐变数据库内试验数据的拟合检验，并与ACI模型和CEB-FIP(1990)模型相比较，证明其预测精度最高。

附图说明

图1为本发明计算方法流程图；

图2为本发明实施例中的巨型柱选取的示意图；

图3为本发明纤维单元划分的示例；

图4为本发明实施例1实施后得到的徐变随时间的变化规律示意图；

图5为本发明实施例2中的截面形式以及纤维单元的划分与标号示意图；

图6为本发明实施例2中为验算巨柱截面弹性变形而在软件中模拟的纤维模型示意图。

图2中，图2a为巨型柱示意图，图2b为图2a中A处截面图，图2c为图2b中B处放大图；

图3中，图3a为轴心受压构件的纤维单元划分示意图，图3b为单轴偏心受压构件的纤维单元划分示意图，图3c为任意位置偏心受压构件的纤维单元划分示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，该方法考虑了构件中钢骨对于混凝土的影响，一部分混凝土处于封闭的钢骨内，相对湿度较大，干燥收缩与徐变应变小，同外部暴露于空气中的混凝土收缩徐变参数不同，计算时分开考虑，并按照平截面假定协调最终变形，包括如下步骤：

第一步，根据组合构件截面的材料组成、徐变参数与受力特点对巨型组合构件进行纤维单元划分，计算每个纤维单元的形心和面积。

对巨型组合构件进行纤维单元划分的规律为：

a)截面内的混凝土与钢材划分为不同的纤维单元；

b)截面内徐变参数不同的混凝土划分为不同的纤维单元

c)对于不同的受力特点，采用不同的纤维单元划分方法：

对于轴心受压构件，按材料的不同以及收缩徐变参数的不同划分纤维单元；

对于偏心受压构件，根据偏心力作用的位置划分纤维单元：若偏心力作用在截面的对称轴上，则相同材料垂直于对称轴方向的应力是相同的，将纤维单元沿着该对称轴方向均匀划分；若偏心压力作用在截面的任意位置，则根据截面的形状特征将截面沿不同方向划分为多个纤维单元。

第二步，根据截面内力、截面材料特性计算每个纤维单元的初始弹性应变与应力，具体计算方法如下：

各纤维单元截面上形心(x，y)处的纤维应变ε(x，y)可以用截面形心位置的轴向应变ε₀和绕截面形心轴的曲率

表达为：

对应于应变ε(x，y)的应力σ(x，y)通过弹性模量E(x，y)求得：

截面上所有由纤维束的应力σ(x，y)所引起的截面内力和弯矩由积分求得：

其中N为截面内力，M_y、M_x分别为截面上绕y轴与绕x轴作用的弯矩，K_s为截面刚度矩阵，A为纤维单元的面积：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}\∫E(x,y)\mathrm{dA}& \∫E(x,y)\mathrm{xdA}& \∫E(x,y)\mathrm{ydA}\\ \∫E(x,y)\mathrm{xdA}& \∫E(x,y)x^2\mathrm{dA}& \∫E(x,y)\mathrm{xydA}\\ \∫E(x,y)\mathrm{ydA}& \∫E(x,y)\mathrm{xydA}& \∫E(x,y)y^2\mathrm{dA}\end{array}\right]$ (4)

$=\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y}_i\\ \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x_i}^2& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i{y}_i\\ \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i{y}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y_i}^2\end{array}\right];i=1,...,n$

通过矩阵求逆可以得到截面柔度矩阵K_s ^-1，然后根据纤维单元截面所受的力即可求得纤维单元截面的弹性应变：

第三步，根据每个纤维单元的初始应力，按照收缩徐变模型计算每个纤维单元的收缩徐变值，并与弹性应变迭加得到每个纤维单元的总应变量，收缩徐变模型采用Bazant提出的B3模型，B3模型将混凝土的应变分为弹性应变、徐变应变、收缩应变，徐变应变包括基本徐变应变和干燥徐变应变。

计算收缩徐变值的具体计算方法如下：

加载龄期为t′时常应力作用下的应变；

ε(t)＝J(t，t′)σ+ε_sh(t)        (6)

σ为轴向应力，ε(t)为应变，ε_sh(t)为收缩应变；

随时间变化的收缩应变可以利用极限收缩乘以考虑相对湿度、时间效应以及尺寸效应的相关系数来表示：

ε_sh(t，t₀)＝-ε_sh∞k_hS(t)        (7)

ε_sh∞为极限收缩应变，k_h为湿度影响系数，S(t)为收缩随时间变化的函数；

对于由荷载引起的变形，包括弹性变形、基本徐变变形以及干燥徐变变形，可以用徐变函数J(t，t′)表示：

$J\left({t,t}^{\′}\right)=\frac{1}{E\left(t^{\′}\right)}+C_0(t,t^{\′})+C_d({t,t}^{\′},t_0)---\left(8\right)$

为瞬时弹性应变柔度函数，其中E(t′)为加载龄期t′时混凝土的弹性模量，C₀(t，t′)为基本徐变柔度函数，C_d(t，t′，t₀)为干燥徐变柔度函数，t表示混凝土龄期，t′表示混凝土加载龄期，t₀为养护龄期。

第四步，利用纤维模型的方法逆向求解巨型组合构件的整体截面应变值，首先根据每个纤维单元的收缩徐变应变计算其虚拟应力，并积分得到截面上的虚拟内力，通过虚拟内力计算出巨型组合构件截面的总应变，具体计算方法如下：

41)根据纤维总应变值计算出纤维的虚拟应力值：

(x，y)代表纤维单元的形心坐标数据；

42)通过虚拟应力积分得出构件截面上的虚拟内力

$\left\{\begin{array}{c}\tilde{N}\\ {\tilde{M}}_y\\ {\tilde{M}}_x\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}\∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{dA}\\ \∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{xdA}\\ \∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{ydA}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i\\ \mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i{x}_i\\ \mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i{y}_i\end{array}\right\}---\left(9\right)$

43)根据虚拟内力计算出纤维截面的应变值：

由于纤维模型适用于不同类型的截面与材料特性，且其计算结果也能较好地模拟构件的受力与变形之间的关系，针对巨型组合构件复杂的截面形态与受力特性，提出将巨型组合构件的截面离散成纤维单元，针对每个纤维单元不同的受力特点与徐变参数分别计算每个纤维单元的收缩与徐变，最终对所有纤维单元进行积分计算得到构件整体变形。纤维模型理论在结构构件动力荷载下的弹塑性分析中应用广泛，若能将其理论与计算方法应用于收缩与徐变这种非荷载作用工况下，一定能够得到更为准确的预测结果，并应用于工程实践，避免非荷载作用下的不利效应。

选取某超高层建筑结构底部的典型位置巨柱，如图2所示，按照上述方法进行巨型构件在轴向压力作用下的收缩徐变计算。

1.假设条件

为简化计算过程，本实例基本假设条件如下：

(1)假设巨柱所受轴向压力P＝100MN，并且不随时间变化。

(2)考虑到施工过程逐层加载对收缩徐变的影响，假定构件的加载龄期为1年，即构件浇筑完成一年后开始加载。

(3)构件截面形式如图2所示，假定构件外部混凝土相对湿度为60％，内部密闭混凝土湿度为90％。

(4)构件截面尺寸为5m×3m；钢骨尺寸：2200×850×40×40(mm)；钢骨水平间距：1650mm；钢板竖直间距：1400mm；配筋面积：0.42m²。由以上截面信息可以得出：钢材面积(钢骨+钢筋面积)为1.14m²，内部密闭混凝土面积为4.38m²，外部混凝土面积为9.48m²。

2.计算过程

上述巨型构件在轴向压力作用下的收缩徐变计算具体步骤为：

(1)划分纤维单元。如图3a所示，在轴心受压的情况下，将截面分为三个纤维单元，即外部混凝土纤维单元1、内部密闭混凝土纤维单元2、钢材纤维单元3。

(2)计算纤维单元的弹性应变值。由于构件截面只受轴向压力，三个纤维单元的弹性应变值均为：

${\mathrm{\ϵ}}_0=\frac{P}{E_c{A}_c+E_s{A}_s};$

其中E_c、A_c为混凝土的弹性模量与面积，这里的混凝土弹性模量需考虑其时变性能；E_s、A_s为钢材的弹性模量与面积。

(3)计算纤维单元的收缩徐变值。由于钢材不产生收缩徐变，因此其收缩徐变值为0。按照B3模型分别计算外部混凝土与内部密闭混凝土的收缩徐变值，得到外部混凝土收缩ε_sh1、徐变ε_cr1与内部混凝土收缩ε_sh2、徐变ε_cr2，其中内部混凝土是密闭在钢骨内的，因此取其相对湿度为90％，体表比为∞。

(4)计算截面整体应变值。首先计算每个纤维单元的总应变值：

ε₁＝ε₀+ε_sh1+ε_cr1；

ε₂＝ε₀+ε_sh2+ε_cr2；

ε₃＝ε₀。

然后计算每个纤维单元的虚拟应力：

${\widetilde{\mathrm{\σ}}}_1=E_c{\mathrm{\ϵ}}_1;$

${\widetilde{\mathrm{\σ}}}_2=E_c{\mathrm{\ϵ}}_2;$

${\widetilde{\mathrm{\σ}}}_3=E_s{\mathrm{\ϵ}}_3.$

接下来计算截面的虚拟内力：

$\tilde{N}={\widetilde{\mathrm{\σ}}}_1{A}_1+{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_2{A}_2+{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_3{A}_3;$

其中A为每个纤维单元的截面面积。

最终得到截面整体的应变值：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{\tilde{N}}{E_c{A}_c+E_s{A}_s}.$

3.计算结果

按照上述方法计算出巨型混合构件在轴向压力作用下的收缩徐变值如下表所示：

表中ε′为不考虑钢骨对混凝土的封闭的影响所得到的截面整体应变值，即内部混凝土与外部混凝土看作一个纤维单元，采用相同的湿度参数与体表比参数。

由上表可以看出，随着时间的延长，ε与ε′之间的误差逐渐增大。主要原因是随着时间的累积，干燥徐变在总徐变值中所占的比重越来越大，而内部密闭混凝土由于相对湿度较大而产生较少的收缩与干燥徐变，与外部混凝土收缩徐变值差异越来越显著，因此误差也越来越大，具体变化趋势可参见图4。由此可见，考虑内部密闭混凝土对整体收缩徐变的影响是非常必要的，在计算时需划分为不同的纤维单元。

实施例2

本实施例选取的巨柱截面与材料等参数的假设条件同实例1。

1.假设条件

本实施例的截面受力为：P＝100MN，M_x＝30MN·m，M_y＝50MN·m。

2.计算过程与结果

(1)划分纤维单元。在偏心受压的情况下，应将截面均匀划分为多个纤维单元，同时将内部混凝土、外部混凝土与钢材分开划分纤维单元。具体的截面纤维单元划分与标号如图5所示。

(2)计算纤维单元的弹性应变值。提取纤维单元的面积、形心以及材料的弹性模量等数据，根据式(4)求出截面刚度矩阵K_s，按照截面所受的内力与式(5)求出截面的弹性应变ε₀＝1.19×10^-4，

为验证本例中纤维单元划分的合理性，选用截面纤维模型计算软件对计算结果进行复核，如图6所示，在软件中施加相同的荷载，计算出的截面弹性应变为：

ε₀＝1.24×10^-4，

由以上结果可以看出，本例中采用的纤维单元截面(图5)所计算出的结果较合理，与软件模拟(图6)得出的结果差值在5％以内，满足精度要求，因此该纤维截面可以被用来继续计算收缩徐变应变。

(3)计算纤维单元的收缩徐变值。根据纤维单元弹性应变计算出纤维单元的应力；取混凝土的龄期为20年，加载龄期为1年，计算出纤维单元的收缩与徐变值，其中钢材纤维的收缩徐变值为0。

(4)计算截面整体应变值。根据求出的弹性应变与收缩徐变应变，按照式(9)求出截面的虚拟内力 $\tilde{N}=266.99\mathrm{MN},$ ${\tilde{M}}_y=109.46\mathrm{MN}\·m,$ ${\tilde{M}}_x=66.26\mathrm{MN}\·m.$ 最终按照式(10)计算出偏心荷载下考虑截面收缩徐变的总应变为：

ε′₀＝3.17×10^-4，

由以上应变值可以看出，在考虑收缩徐变作用后，构件截面除产生较大轴向应变外，沿x轴与y轴的曲率均增大约2.2倍，变化规律与轴向应变类似，所以收缩徐变对于弯曲变形的影响同样较大，在偏心荷载作用下考虑截面曲率的变化是非常必要的，因为这会引起构件内力的重分配。

Claims (5)

1.一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据组合构件截面的材料组成、徐变参数与受力特点对巨型组合构件进行纤维单元划分，计算每个纤维单元的形心和面积；

2)根据截面内力、截面材料特性计算每个纤维单元的初始弹性应变与应力；

3)根据每个纤维单元的初始应力，按照收缩徐变模型计算每个纤维单元的收缩徐变值，并与弹性应变迭加得到每个纤维单元的总应变量；

4)计算每个纤维单元的虚拟应力，并积分得到截面上的虚拟内力，通过虚拟内力计算出巨型组合构件截面的总应变。

2.根据权利要求1所述的一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，其特征在于，所述的对巨型组合构件进行纤维单元划分的规律为：

a)截面内的混凝土与钢材划分为不同的纤维单元；

b)截面内徐变参数不同的混凝土划分为不同的纤维单元

c)对于不同的受力特点，采用不同的纤维单元划分方法：

对于轴心受压构件，按材料的不同以及收缩徐变参数的不同划分纤维单元；

对于偏心受压构件，根据偏心力作用的位置划分纤维单元：若偏心力作用在截面的对称轴上，则相同材料垂直于对称轴方向的应力是相同的，将纤维单元沿着该对称轴方向均匀划分；若偏心压力作用在截面的任意位置，则根据截面的形状特征将截面沿不同方向划分为多个纤维单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，其特征在于，所述的步骤2)的具体计算方法如下：

各纤维单元截面上形心(x，y)处的纤维应变ε(x，y)可以用截面形心位置的弹性应变ε₀和绕截面形心轴的曲率

表达为：

对应于应变ε(x，y)的应力σ(x，y)通过弹性模量E(X，y)求得：

截面上所有由纤维束的应力σ(x，y)所引起的截面内力和弯矩由积分求得：

其中N为截面内力，M_y、M_x分别为截面上绕y轴与绕x轴作用的弯矩，K_s为截面刚度矩阵，A为纤维单元的面积：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}\∫E(x,y)\mathrm{dA}& \∫E(x,y)\mathrm{xdA}& \∫E(x,y)\mathrm{ydA}\\ \∫E(x,y)\mathrm{xdA}& \∫E(x,y)x^2\mathrm{dA}& \∫E(x,y)\mathrm{xydA}\\ \∫E(x,y)\mathrm{ydA}& \∫E(x,y)\mathrm{xydA}& \∫E(x,y)y^2\mathrm{dA}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y}_i\\ \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x_i}^2& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i{y}_i\\ \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{x}_i{y}_i& \mathrm{\Σ}{E}_i{A}_i{y_i}^2\end{array}\right];$ i＝1，…，n

通过矩阵求逆可以得到截面柔度矩阵K_s ^-1，然后根据纤维单元截面所受的力即求得纤维单元截面的弹性应变：

根据纤维单元截面的弹性应变和材料的弹性模量可以计算出纤维单元的初始应力：σ₀＝Eε₀。

4.根据权利要求3所述的一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，其特征在于，所述的步骤3)中计算收缩徐变值的具体计算方法如下：

加载龄期为t′时常应力作用下的应变ε(t)：

ε(t)＝J(t，t′)σ+ε_sh(t)

其中，σ为轴向应力，ε_sh(t)为收缩应变，J(t，t′)为徐变函数；

随时间变化的收缩应变利用极限收缩乘以考虑相对湿度、时间效应以及尺寸效应的相关系数来表示：

ε_sh(t)＝-ε_sh∞k_hS(t)

其中ε_sh∞为极限收缩应变，k_h为湿度影响系数，S(t)为收缩随时间变化的函数；

徐变函数J(t，t′)的公式为：

$J\left({t,t}^{\′}\right)=\frac{1}{E\left(t^{\′}\right)}+C_0(t,t^{\′})+C_d({t,t}^{\′},t_0)$

其中

为瞬时弹性应变柔度函数，E(t ′)为加载龄期t′时混凝土的弹性模量，C₀(t，t′)为基本徐变柔度函数，C_d(t，t′，t₀)为干燥徐变柔度函数，t表示混凝土龄期，t′表示混凝土加载龄期，t₀为养护龄期。

5.根据权利要求4所述的一种基于纤维模型的巨型组合构件收缩徐变计算方法，其特征在于，所述的步骤4)的具体计算方法如下：

41)根据纤维总应变值计算出纤维的虚拟应力值：

42)通过虚拟应力积分得出构件截面上的虚拟内力

$\left\{\begin{array}{c}\tilde{N}\\ {\tilde{M}}_y\\ {\tilde{M}}_x\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}\∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{dA}\\ \∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{xdA}\\ \∫\widetilde{\mathrm{\σ}}(x,y)\mathrm{ydA}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i\\ \mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i{x}_i\\ \mathrm{\Σ}{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_i{A}_i{y}_i\end{array}\right\}$

43)根据虚拟内力计算出纤维截面的应变值：

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