CN109933838B - 一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法 - Google Patents

一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法，其计算方法包括以下步骤：S1，确定装配式组合梁截面几何参数，板高解析式为：
Figure DDA0001942126250000011
其中：εct为混凝土计算名义拉应变；εp0为混凝土板上边缘的预压应变；εt为混凝土极限拉应变；S2，根据微段内组合梁内力的平衡关系。优点在于：随着荷载的增加，滑移亦随之增加；在不同阶段，开裂滑移增值增加的速度随荷载增加而增加，表现出明显的非线性；装配式组合梁受拉区的预制混凝土桥道板板缝开裂将导致组合梁滑移较常规组合梁加大，考虑此影响的话将导致滑移计算结果准确，组合梁刚度和承载力计算无误，结果准确，保证结果计算精度和结构安全性。

Description

一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法。
背景技术
现有栓钉剪力连接件在钢—混凝土组合梁内的滑移计算，通常都是针对常规现浇施工的整体混凝土桥道板组合结构，基于结构连续受力，建立微段梁内混凝土板和钢梁的静力平衡微分方程，并依据滑移本构和边界条件求得各种荷载作用下梁内栓钉剪力连接件的滑移分布解析式。
以上方法未考虑装配式施工的钢—混凝土组合梁桥，受拉区预制桥道板开裂乃至破坏特征有别于现浇施工的整体桥道板。
而装配式组合梁受拉区预制板接缝处，仅有纵向预应力钢束通长布置，所以一旦开裂后裂缝的发展速率远高于板内裂缝的发展速率，占主导地位，所以板缝处裂缝发展对结构受力性能影响较大，导致顶板混凝土结构不连续。使得板缝附近桥道板内的栓钉呈现出以板缝为界分别向两端产生方向相反的滑移，致使沿着梁长的滑移曲线在开裂区段呈现出与各块预制板对应的锯齿状滑移分布。导致组合梁滑移加大，若不考虑此影响的话将导致滑移计算结果偏小，组合梁刚度和承载力计算误差，结果偏大，影响结果计算精度和结构安全性。
为解决上述问题，我们提出了一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，而提出的一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法，其计算方法包括以下步骤：
S1，确定装配式组合梁截面几何参数，板高解析式为：
Figure GDA0003579320920000021
其中：εct为混凝土计算名义拉应变；εp0为混凝土板上边缘的预压应变；εt为混凝土极限拉应变；
S2，根据微段内组合梁内力的平衡关系，建立微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程：
Figure GDA0003579320920000022
S3，建立钢桁梁与混凝土板曲率计算方程：
Figure GDA0003579320920000023
S4，建立滑移—剪切应力关系计算公式：
Figure GDA0003579320920000024
S5，联立式(I)、(II)和(III)求得滑移—荷载微分方程：
剪弯段滑移微分方程为：
s”-α2s＝Pβ；
通解为：
Figure GDA0003579320920000031
纯弯段滑移微分方程为：
s”-α2s＝0；
通解为：
s2(x)＝C3eαx+C4e-αx (V)；
S6，确定组合梁在外荷载作用下的边界条件：
s1(0)＝0、s2(L/2)＝0、s1(L0)＝s2(L0)和s'1(L0)＝s'2(L0)；
S7，联立式(IV)、(IV)和(V)，求解得到组合梁弹性阶段时滑移s计算公式；
Figure GDA0003579320920000032
Figure GDA0003579320920000033
S8，利用粘结-滑移理论，定义开裂后弯矩与开裂前弯矩的差值为弹塑性阶段弯矩增值ΔM；
ΔM＝Mct-Mcr (IX)；
S9，求出在ΔM作用下，联立式(VI)、(VII)和(IX)求解得到钢桁顶面与混凝土板底面因预制板缝开裂造成的滑移Δsp；
Figure GDA0003579320920000034
Figure GDA0003579320920000041
S10，装配式组合梁从开裂到破坏阶段，钢桁顶面与混凝土底面的界面滑移值：
sp＝s+Δsp (XII)。
在上述的全装配式组合梁桥考虑板缝开裂导致的结构不连续影响下的剪力连接件滑移计算方法中，S1中“板高”即为由于制桥道板板缝处初始裂缝出现，使得该截面混凝土逐步退出工作，截面特性发生变化，主要变化的截面几何参数且未开裂部分。
在上述的全装配式组合梁桥考虑板缝开裂导致的结构不连续影响下的剪力连接件滑移计算方法中，未开裂部分的板高
Figure GDA0003579320920000042
随着裂缝深度的发展一直发生变化，所以装配式组合梁的截面特征值也随之改变，截面特征值计算公式：
Figure GDA0003579320920000043
其中，Ip、Ap为开裂截面的抗弯惯性矩及截面面积。
在上述的全装配式组合梁桥考虑板缝开裂导致的结构不连续影响下的剪力连接件滑移计算方法中，S9中的所述式(X)与(XI)；
其中，
Figure GDA0003579320920000044
；
Figure GDA0003579320920000045
而系数
Figure GDA0003579320920000046
Figure GDA0003579320920000051
与现有的技术相比，本全装配式组合梁桥考虑板缝开裂导致的结构不连续影响下的剪力连接件滑移计算方法的优点在于：
随着荷载的增加，滑移亦随之增加；在不同阶段，开裂滑移增值增加的速度随荷载增加而增加，表现出明显的非线性；
装配式组合梁受拉区的预制混凝土桥道板板缝开裂将导致组合梁滑移较常规组合梁加大，考虑此影响的话将导致滑移计算结果准确，组合梁刚度和承载力计算无误，结果准确，保证结果计算精度和结构安全性。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
实施例
参照表3-7、3-8、3-9 、3-10，一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法，其计算方法包括以下步骤：
S1，确定装配式组合梁截面几何参数，板高解析式为：
Figure GDA0003579320920000052
其中：εct为混凝土计算名义拉应变；εp0为混凝土板上边缘的预压应变；εt为混凝土极限拉应变；
S2，根据微段内组合梁内力的平衡关系，建立微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程：
Figure GDA0003579320920000053
S3，建立钢桁梁与混凝土板曲率计算方程：
Figure GDA0003579320920000061
S4，建立滑移—剪切应力关系计算公式：
Figure GDA0003579320920000062
S5，联立式(I)、(II)和(III)求得滑移—荷载微分方程：
剪弯段滑移微分方程为：
s”-α2s＝Pβ；
通解为：
Figure GDA0003579320920000063
纯弯段滑移微分方程为：
s”-α2s＝0；
通解为：
s2(x)＝C3eαx+C4e-αx (V)；
S6，确定组合梁在外荷载作用下的边界条件：
s1(0)＝0、s2(L/2)＝0、s1(L0)＝s2(L0)和s'1(L0)＝s'2(L0)；
S7，联立式(IV)、(IV)和(V)，求解得到组合梁弹性阶段时滑移s计算公式；
Figure GDA0003579320920000064
Figure GDA0003579320920000065
S8，利用粘结-滑移理论，定义开裂后弯矩与开裂前弯矩的差值为弹塑性阶段弯矩增值ΔM；
ΔM＝Mct-Mcr (IX)；
S9，求出在ΔM作用下，联立式(VI)、(VII)和(IX)求解得到钢桁顶面与混凝土板底面因预制板缝开裂造成的滑移Δsp；
Figure GDA0003579320920000071
Figure GDA0003579320920000072
S10，装配式组合梁从开裂到破坏阶段，钢桁顶面与混凝土底面的界面滑移值：
sp＝s+Δsp (XII)。
S1中所述“板高”即为由于制桥道板板缝处初始裂缝出现，使得该截面混凝土逐步退出工作，截面特性发生变化，主要变化的截面几何参数且未开裂部分。
未开裂部分的所述板高
Figure GDA0003579320920000073
随着裂缝深度的发展一直发生变化，所以装配式组合梁的截面特征值也随之改变，截面特征值计算公式：
Figure GDA0003579320920000074
其中，Ip、Ap为开裂截面的抗弯惯性矩及截面面积。
4、S9中的所述式(X)与(XI)；
其中，
Figure GDA0003579320920000081
；
Figure GDA0003579320920000082
而系数
Figure GDA0003579320920000083
本发明中，基于粘结-滑移理论，装配式组合梁当预制桥道板板缝处初始裂缝出现后，开裂截面的混凝土会退出工作，应力变为零，混凝土的拉伸变形回缩。而裂缝前由混凝土承担的拉力将全部由未开裂部分的混凝土和钢梁共同承担，由此产生滑移Δsp。
由于混凝土开裂所产生的反向应力ftk在开裂处最大，而随着距裂缝截面距离的增大逐渐减小为0，所以界面上的因为开裂而产生的附加滑移Δsp在裂缝附近最大，随着距裂缝截面距离的增大逐渐减小，直至减小为0。
将按照以上提出的基于粘结-滑移理论及间断裂缝特征的弹-塑- 裂全过程装配式组合梁的计算理论，计算一片l＝7 000mm的简支PSTC 梁。分别列出PSTC梁开裂前的弹性阶段滑移值(P＝180kN)(表3-7)、开裂后滑移值(P＝220kN(表3-8)、P＝420kN(表3-9))及破坏时滑移值(P＝620kN)(表3-10)的理论计算结果。
Figure GDA0003579320920000091
表3-9 PSTC梁弹塑性阶段滑移值(P＝420kN)(单位：mm)
Figure GDA0003579320920000092
表3-10 PSTC梁破坏阶段滑移值(P＝620kN)(单位：mm)
Figure GDA0003579320920000093
从表3-7、3-8、3-9、3-10可以看出，随着荷载的增加，滑移亦随之增加；在不同阶段，开裂滑移增值增加的速度随荷载增加而增加，表现出明显的非线性。
所以装配式组合梁受拉区的预制混凝土桥道板板缝开裂将导致组合梁滑移较常规组合梁加大，若不考虑此影响的话将导致滑移计算结果偏小，导致组合梁刚度和承载力计算误差，结果偏大，影响结果计算精度和结构安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法，其特征在于，其计算方法包括以下步骤：
S1，确定装配式组合梁截面几何参数，板高解析式为：
Figure FDA0003579320910000011
其中：εct为混凝土计算名义拉应变；εp0为混凝土板上边缘的预压应变；εt为混凝土极限拉应变；
S2，根据微段内组合梁内力的平衡关系，建立微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程：
Figure FDA0003579320910000012
S3，建立钢桁梁与混凝土板曲率计算方程：
Figure FDA0003579320910000013
S4，建立滑移—剪切应力关系计算公式：
Figure FDA0003579320910000014
S5，联立式(I)、(II)和(III)求得滑移—荷载微分方程：
剪弯段滑移微分方程为：
s”-α2s＝Pβ；
通解为：
Figure FDA0003579320910000015
纯弯段滑移微分方程为：
s”-α2s＝0；
通解为：
s2(x)＝C3eαx+C4e-αx (V)；
S6，确定组合梁在外荷载作用下的边界条件：
s1(0)＝0、s2(L/2)＝0、s1(L0)＝s2(L0)和s'1(L0)＝s'2(L0)；
S7，联立式(IV)、(IV)和(V)，求解得到组合梁弹性阶段时滑移s计算公式；
Figure FDA0003579320910000021
Figure FDA0003579320910000022
S8，利用粘结-滑移理论，定义开裂后弯矩与开裂前弯矩的差值为弹塑性阶段弯矩增值ΔM；
ΔM＝Mct-Mcr (IX)；
S9，求出在ΔM作用下，联立式(VI)、(VII)和(IX)求解得到钢桁顶面与混凝土板底面因预制板缝开裂造成的滑移Δsp；
Figure FDA0003579320910000023
Figure FDA0003579320910000024
S10，装配式组合梁从开裂到破坏阶段，钢桁顶面与混凝土底面的界面滑移值：
sp＝s+Δsp (XII)。
2.根据权利要求1所述的一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法，其特征在于，S1中所述“板高”即为由于制桥道板板缝处初始裂缝出现，使得该截面混凝土逐步退出工作，截面特性发生变化，主要变化的截面几何参数且未开裂部分。
3.根据权利要求2所述的一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法，其特征在于，未开裂部分的所述板高
Figure FDA0003579320910000036
随着裂缝深度的发展一直发生变化，所以装配式组合梁的截面特征值也随之改变，截面特征值计算公式：
Figure FDA0003579320910000031
其中，Ip、Ap为开裂截面的抗弯惯性矩及截面面积。
4.根据权利要求1所述的一种装配式剪力连接件全过程滑移计算方法，其特征在于，S9中的所述式(X)与(XI)；
其中，
Figure FDA0003579320910000032
；
Figure FDA0003579320910000033
而系数
Figure FDA0003579320910000034
Figure FDA0003579320910000035
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