CN110118698B - 一种组合混凝土结构的构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种组合混凝土结构的构建方法，包括以下步骤：1）对组合混凝土结构的功能需求进行分析；2）提供若干备选的水泥基材料，用于构成组合混凝土结构；3）预设若干备选的构成组合混凝土结构的组合形式、形状和尺寸参数；4）对备选的各水泥基材料的组合效果进行分析，对备选的组合混凝土结构的受力性能进行分析；5）根据水泥基材料的组合效果，进行组合界面安全性分析；6）根据组合混凝土结构的受力性能，进行组合混凝土结构的承载能力和正常使用能力分析；7）根据分析结果，选择优化组合施工。本发明提供的一种组合混凝土结构的构建方法，结构功能兼顾，安全适用可靠，技术经济合理，符合可持续发展的要求。

Description

一种组合混凝土结构的构建方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种组合混凝土结构的构建方法。
背景技术
混凝土材料，是用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌和养护而得，属于水泥基材料。混凝土结构是房屋建筑、桥梁建筑等工程中的基本结构形式，应用范围极广。然而，目前混凝土结构在设计和施工中通常只采用单一的混凝土材料，有时会造成不必要的浪费。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种组合混凝土结构的构建方法，使组合后的混凝土结构达到结构功能兼顾、安全适用可靠、技术经济合理的要求。
为实现上述目的及其他相关目标，本发明提供一种组合混凝土结构的构建方法，包括以下步骤：
1)对组合混凝土结构的功能需求进行分析；
2)提供若干备选的水泥基材料，用于构成组合混凝土结构；
3)预设若干备选的构成组合混凝土结构的组合形式、形状和尺寸参数；
4)对步骤2)中备选的各水泥基材料的组合效果进行分析，对步骤3)中备选的组合混凝土结构的受力性能进行分析；
5)根据步骤4)中水泥基材料的组合效果，进行组合界面安全性分析；
6)根据步骤4)中组合混凝土结构的受力性能，进行组合混凝土结构的承载能力和正常使用能力分析；
7)根据步骤5)和6)中获得的分析结果，选择优化组合施工。
优选地，步骤1)中，所述组合混凝土结构按实际建筑结构的空间布置和功能分区进行选取。从而实现组合混凝土结构的功能要求，如房屋建筑中的墙体，除了满足间隔空间的需求外，还要满足防水、保温、隔热、隔音等要求。
优选地，步骤2)中，所述水泥基材料性能具有一定的功能参数并能符合组合混凝土结构功能需求。从而实现组合混凝土结构功能所需的水泥基材料组成，如要实现楼面的防水与隔音要求，就需要采用具有隔音、防水作用的水泥基型材，通过选取具有特殊组分的水泥基材料，如泡沫混凝土等，来满足其功能。
优选地，步骤3)中，所述构成组合混凝土结构的组合形式根据组合混凝土构件的类型和受力特点按规则布置。所述构件的类型为梁、柱、板、墙等构件。所述构件的受力特点是指梁、板构件承受弯剪力，柱、墙构件承受压力。所述规则为在使布置的水泥基材料的力学和功能参数满足构件的受力和功能需求条件下排列。
优选地，步骤3)中，所述构成组合混凝土结构的形状根据组合混凝土构件的外形和组合形式选择规则的几何形状。所述规则的几何形状为单轴或多轴对称形状。
优选地，步骤3)中，所述构成组合混凝土结构的尺寸参数符合国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中对于构件尺寸的要求。所述构成组合混凝土结构的尺寸参数能够满足工程设计需求。
实现构成组合混凝土结构的组合形式、形状和尺寸参数，如框架结构中的组合T形梁，梁的上部为楼板，要满足防水、隔声、隔热等功能要求，同时要满足受力要求，因此需要根据结构所处的环境类别、楼面荷载的形式和大小确定楼面功能材料的厚度，楼面功能材料的布置顺序，混凝土板的厚度以及梁的尺寸等。
优选地，步骤4)中，所述选用的水泥基材料的组合效果分析原则为，测试的组合材料功能参数是否满足所需功能的规范要求，从而实现水泥基材料的组合效果，如框架结构中的组合T形梁，可以通过试验对其上部楼板的防水性能进行检测，得到功能性防水材料在模拟服役环境下的渗透系数等参数，对比规程中的限值，判断其防水效果是否满足要求，同样的，对于隔音材料的效果，也可以通过试验进行测定。
优选地，步骤4)中，所述水泥基材料的组合效果选自水泥基材料的防水、保温、隔热、或隔音性能中的一种或多种组合。
优选地，步骤4)中，所述组合混凝土结构的受力性能按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中弹性或弹塑性方法进行测算，及进行相应的力学试验，从而实现组合混凝土结构的受力性能，如通过试验或有限元模拟，对组合T形梁的受力性能进行分析，包括荷载-位移曲线，裂缝发展过程，破坏模式等，以承载力为例，若承载力大于作用于梁上的荷载效应，则承载力满足要求。
优选地，步骤5)中，所述组合界面按公式(1)进行满足安全性判定，
公式(1)为：R>S，
其中，R为组合界面的抗力，S为作用于组合界面的荷载效应。作为组合界面的荷载效应S，将规范组合界面的荷载效应S的限值规定或组合界面失效时的荷载效应S值作为组合界面的抗力R。
更优选地，所述组合界面安全性还要计算组合界面的相对滑移量、最大裂缝宽度、界面剪应力。
所述荷载效应包括有相对滑移量、最大裂缝宽度、界面剪应力。所述组合界面在受力过程中满足式(1)则判定为满足安全性。有效性的分析可以通过界面试验或有限元建模进行分析，例如，以有限元分析为例，首先需要建立界面两侧材料的模型，输入其基本力学参数和界面参数，然后施加荷载进行界面受力行为的分析，得到界面的黏结力-滑移曲线，界面处裂缝的开展过程，计算相对滑移量、最大裂缝宽度、界面剪应力等，将得到的模拟结果与限值进行对比，判断界面的安全性。
进一步优选地，所述组合界面的相对滑移量符合公式(2)，
公式(2)为：s≤[s]，
其中，s为试验或数值模拟得出的相对滑移量，mm；[s]为规范规定的或工程要求的滑移量限值，mm。
进一步优选地，所述组合界面的最大裂缝宽度符合公式(3)，
公式(3)为：w≤[w]，
其中，w为试验或数值模拟得出的最大裂缝宽度，mm；[w]为规范规定的或工程要求的最大裂缝宽度，mm。
进一步优选地，所述组合界面的界面剪应力符合公式(4)，
公式(4)为：τ≤[τ]，
其中，τ为试验或数值模拟得出的界面剪应力，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa。
更进一步优选地，所述组合界面中，对于一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(5)，
公式(5)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ1(θ1,σ)]，
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ1(θ1,σ)]是一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ1和σ的函数；θ1为一侧材料的摩擦角。
更进一步优选地，所述组合界面中，对于另一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(6)，
公式(6)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ2(θ2,σ)]，
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ2(θ2,σ)]是另一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ2和σ的函数；θ2为另一侧材料的摩擦角。
更进一步优选地，所述组合界面在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，所述界面剪应力符合公式(7)，
公式(7)为：
Figure BDA0002046425790000041
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa；f(θ,σ)是界面的容许剪应力，MPa，是θ和σ的函数；G为组合界面的剪切模量MPa；[γ]是材料界面区域能承受的最大剪应变；f(θ,σ,G)是界面的容许剪应变，是θ、σ和G的函数；θ为组合界面的摩擦角。
更进一步优选地，所述组合界面出现同时受拉和受压的情况，所述组合界面的界面剪应力还要符合公式(8)，
公式(8)为：f(M,Fσ)≤[σt]，
其中，[σt]为组合界面的抗拉黏结强度，MPa；f(M,Fσ)为界面法向应力分布，MPa，是M和Fσ的函数；M为弯矩，N·m；Fσ为轴力，N。
更优选地，所述组合界面安全性还要确定组合界面两侧材料的基本力学性能，并基于外部荷载作用，利用材料力学方法确定组合界面处的内力形式。
进一步优选地，所述组合界面两侧材料的基本力学性能包括但不限于强度、弹性模量、摩擦系数和本构关系。所述组合界面两侧材料的基本力学性能根据材料试样的基本试验确定。所述本构关系为反映纯力学性质的胡克定律、牛顿内摩擦定律(牛顿粘性定律)、圣维南理想塑性定律等；反映热力学性质的克拉珀龙理想气体状态方程、傅里叶热传导方程等。
进一步优选地，所述组合界面处的内力形式按GB50010《混凝土结构设计规范》第5节“结构分析”中的规定进行确定。
优选地，所述组合混凝土结构选自组合混凝土梁、组合混凝土柱、组合混凝土板中的一种或多种组合。
优选地，步骤6)中，所述组合混凝土结构的承载能力包括以下内容：
a)所述组合混凝土结构中水平构件的正截面受弯承载力Mcu不小于混凝土结构的受弯承载力M(M≤Mcu)，且所述水平构件的正截面受弯承载力Mcu符合公式(9)、(10)，
公式(9)为：
Figure BDA0002046425790000051
公式(10)为：fcbx+f1'A′1+f2'A'2-σ1A1-σ2A2+Naw＝0，
其中，M为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受弯承载力，N；Mcu为组合混凝土结构中水平构件的正截面受弯承载力，N；fc为水平构件受压区的抗压强度，MPa；b为水平构件的截面宽度，mm；h0为水平构件的截面高度，mm；x为界面受压区高度，mm；f1'，为水平构件受压区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′1为水平构件受压区一侧组合材料的受压面积，mm2；a′1为水平构件受压区一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；f2'为水平构件受压区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；A'2为水平构件受压区另一侧组合材料的受压面积，mm2；a'2为水平构件受压区另一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；Maf为组合混凝土结构截面中腹板部分所承受的轴向合力对翼缘部分和纵向受拉区合力点的力矩，N·mm；σ1为水平构件受拉区一侧组合材料的应力，MPa；A1为水平构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；σ2为水平构件受拉区另一侧组合材料的应力，MPa；A2为水平构件受拉区另一侧组合材料的受拉面积，mm2；Naw为组合混凝土结构截面中腹板部分所承受的轴向合力，N；
b)所述组合混凝土结构中水平构件的斜截面受剪承载力Vcu不小于混凝土结构的受剪承载力Vb(Vb≤Vcu)，所述水平构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(11)，
公式(11)为：
Figure BDA0002046425790000052
当集中力起控制作用时，所述水平构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(12)，
公式(12)为：
Figure BDA0002046425790000053
其中，Vb为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受剪承载力，N；Vcu为组合混凝土结构中水平构件的斜截面受剪承载力，N；u1，v1，u2，v2为待定系数；fc为水平构件受压区的抗压强度，MPa；b为水平构件的截面宽度，mm；h0为水平构件的截面算高度，mm；f1为水平构件受拉区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A1为水平构件中布置的用于承受剪力的组合材料面积，mm2；s为水平构件一侧组合材料用于承受剪力布置时的间距，mm；f2为水平构件受拉区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；b为水平构件截面宽度，mm；tw为水平构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的宽度，mm；hw为水平构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的高度，mm；λ为组合混凝土结构的截面剪跨比；
上述u1，v1，u2，v2按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中第6.3.4条规定进行计算确定。
c)所述组合混凝土结构中竖向构件的正截面受压承载力Nu不小于混凝土结构的受压承载力N(N≤Nu)，且所述竖向构件的正截面受压承载力Nu符合公式(13)、(14)，
公式(13)为：Nu＝fcbx+f1′A′1+f′2A′2-σ1A1-σ2A2+Naw，
公式(14)为：
Figure BDA0002046425790000061
其中，N为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受压承载力，N；Nu为组合混凝土结构中竖向构件的正截面受压承载力，N；fc为竖向构件受压区的抗压强度，MPa；b为竖向构件的截面宽度，mm；x为界面受压区高度，mm；f1′为竖向构件受压区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′1为竖向构件受压区一侧组合材料的受压面积，mm2；f′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的受压面积，mm2；σ1为竖向构件受拉区一侧组合材料的应力，MPa；A1为竖向构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；σ2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的应力，MPa；A2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的受拉面积，mm2；Naw为竖向构件的腹板部分所承受的轴向合力，N；e为竖向构件的轴力作用点至一侧组合材料和另一侧组合材料合力点之间的距离，mm；h0为竖向构件的截面高度，mm；a′1为竖向构件受压区一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；a′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；M为组合混凝土截面中腹板部分所承受的受压承载力对翼缘部分和纵向受拉区合力点的力矩，N·mm；
d)所述组合混凝土结构中竖向构件的斜截面受剪承载力Vcu不小于混凝土结构的受剪承载力Vb(Vb≤Vcu)，且所述竖向构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(15)，
公式(15)为：
其中，Vb为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的混凝土结构的受剪承载力，N；Vcu为组合混凝土结构中竖向构件的斜截面受剪承载力，N；λ为组合混凝土结构的截面剪跨比；u2，v2为待定系数；fc为竖向构件受压区的抗压强度，MPa；b为竖向构件的截面宽度，mm；h0为竖向构件的截面高度，mm；f1为竖向构件受拉区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A1为竖向构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；s为竖向构件一侧组合材料用于承受剪力布置时的间距，mm；f2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；tw为竖向构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的宽度，mm；hw为竖向构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的高度，mm；m2为待定系数；N为轴向压力设计值，N。
上述u2，v2按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中第6.3.12条规定进行计算确定。上述m2按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中第6.3.12条规定进行计算确定为0.07。
优选地，步骤a)或b)中，所述水平构件为组合梁。
优选地，步骤c)或d)中，所述竖向构件为组合柱。
优选地，步骤6)中，所述组合混凝土结构的正常使用能力按公式(16)计算组合混凝土结构的抗弯刚度，按公式(17)计算组合混凝土结构的轴向刚度，按公式(18)计算组合混凝土结构的抗剪刚度，
公式(16)为：EI＝E1I1+E2I2+...+EnIn，
公式(17)为：EA＝E1A1+E2A2+...+EnAn，
公式(18)为：GA＝G1A1+G2A2+...+GnAn，
其中，EI为整个组合混凝土结构截面的抗弯刚度，N·m2；EA为整个组合混凝土结构截面的轴向刚度，N；GA为整个组合混凝土结构截面的抗剪刚度，N；EnIn为第n个参与受力的组合材料的抗弯刚度，N·m2；EnAn为第n个参与受力的组合材料的轴向刚度，N；GnAn为第n个参与受力的组合材料的抗剪刚度，N。
优选地，步骤6)中，所述组合混凝土结构的正常使用能力按国家标准GB50010《混凝土设计规范》中7.1节“裂缝控制验算”中的式7.1.2计算组合混凝土结构的最大裂缝宽度。
更优选地，所述组合混凝土结构的最大裂缝宽度的计算应按荷载的短期效应的组合进行计算，同时应考虑荷载长期效应组合的影响，若组合混凝土结构的最大裂缝宽度小于容许限值，则裂缝宽度验算满足要求。
优选地，步骤6)中，所述组合混凝土结构的正常使用能力按国家标准GB50010《混凝土设计规范》中的7.2节“受弯构件挠度验算”中的式7.2.3计算组合混凝土结构的挠度。
更优选地，所述组合混凝土结构的挠度计算应按荷载的短期效应的组合进行计算，同时应考虑荷载长期效应组合的影响。若组合混凝土结构的挠度小于容许限值，则挠度验算满足要求。
优选地，步骤7)中，所述优化组合在满足安全性、适用性以及耐久性的条件下，根据评价指标筛选组合。
更优选地，所述评价指标选自成本、受力合理性、施工方便性中的一种或多种组合。
所述优化组合基于成本、受力合理性、施工方便性等评价指标，从多种组合中挑选出最合理的一个。例如组合墙中，要实现隔音、隔热需求，就要确定两种材料的先后布置顺序，可以从以下角度进行优化分析，两种材料与内测和外侧材料的黏结潜力，不同布置下两种材料的厚度需求，不同布置下界面的传力路径，整个组合墙的成本等，最终确定组合墙的最优设计方案。
所述“组合混凝土结构”是指，随着众多新型水泥基材料的出现，可以结合不同水泥基材料的特点，设计出优化的混凝土结构，满足可持续性的技术需求，甚至可以达到无筋形式，方便应用3D打印技术。其中以工程用水泥基纤维增强材料(Engineeredcementitious composite，ECC)为主的具有高延性的水泥基材料，克服了传统混凝土拉伸延性小的缺点，可以将其应用于混凝土构件性能优化中，因此，在设计中可以通过水泥基材料的组合对混凝土结构进行优化设计，从而满足可持续性。而由于“组合混凝土结构”的特点，其设计方法与传统的混凝土结构会有较大的不同，现在的混凝土结构设计方法不能完全适用于组合混凝土结构的设计中，需要针对“组合混凝土结构”制定相应的设计方法。
如上所述，本发明提供的一种组合混凝土结构的构建方法，充分考虑各水泥基材料的特点对混凝土性能的影响，并且设计周期短，可进行合理的组合混凝土结构设计。具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种组合混凝土结构的构建方法，在进行组合混凝土结构设计时，结构功能兼顾，充分保障所需功能的实现，发挥组合混凝土结构的优点，同时，在此基础上，满足结构的受力需求。
(2)本发明提供的一种组合混凝土结构的构建方法，安全适用可靠，组合混凝土结构在承载力极限状态和正常使用极限状态下分别保证安全和适用，同时保证在两种极限状态下的可靠性。
(3)本发明提供的一种组合混凝土结构的构建方法，技术经济合理，实现组合混凝土结构功能一体化的技术，在体现先进性的同时，要兼具成本优势，保证组合结构符合可持续发展的要求。
附图说明
图1显示为本发明的一种组合混凝土结构的构建方法的流程示意图。
图2显示为本发明中组合界面安全性验算的结构示意图。
图3显示为本发明中一种组合梁正截面受弯承载力计算的结构示意图。
图4显示为本发明中一种组合柱正截面受压承载力计算的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如流程图1所示，构建组合混凝土结构水平构件。
对组合混凝土结构的功能需求进行分析，组合混凝土结构按实际建筑结构的空间布置和功能分区进行选取，如建筑结构中的梁构件，需利用再生原料取得一部分的环境效益，又得保证结构安全性和耐久性，则功能要求为可以承受一定荷载的水泥基材料并搭配一定的再生材料。
选择若干备选的水泥基材料，用于构成组合混凝土结构，水泥基材料性能具有一定的功能参数并能符合组合混凝土结构功能需求。根据上述要求，选用强度等级为C30的普通混凝土材料，以及强度等级为C30再生骨料取代率为100％的再生混凝土材料。
预设若干备选的构成组合混凝土结构的组合形式、形状和尺寸参数。选择组合形式根据组合混凝土构件的类型和受力特点按规律布置，根据上述要求，组合混凝土梁主要承受弯矩，梁上部受压、下部受拉，因此将混凝土按上下方式布置。构成组合混凝土结构的形状根据组合混凝土构件的外形和组合形式选择规则的几何形状，根据上述要求，组合混凝土梁选用为矩形，则上部区域选为矩形，下部区域也选为矩形。构成组合混凝土结构的尺寸参数满足工程设计需求，并符合国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中对于构件尺寸的要求。
对备选的各水泥基材料的组合效果进行分析，组合效果分析原则为，测试的组合材料功能参数满足所需功能的规范要求；对选用的混凝土进行强度测试，使选用的两种混凝土材料满足强度要求。组合混凝土结构的受力性能按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中弹性或弹塑性方法对按上述方法组合后的混凝土构件进行测算，及进行相应的力学试验。由上述步骤获得组合混凝土结构样品1#。
然后，根据水泥基材料的组合效果，进行组合界面安全性分析，组合界面按公式(1)进行计算，所述公式(1)为：R>S，其中，R为组合界面的抗力，S为作用于界面的荷载效应。作为组合界面的荷载效应S，将规范组合界面的荷载效应S的限值规定或组合界面失效时的荷载效应S值作为组合界面的抗力R。
其中，组合界面安全性的分析原则包括以下内容：a1)确定界面两侧材料的基本力学性能；a2)基于外部荷载作用，利用材料力学方法确定组合界面处的内力形式；a3)计算组合界面的相对滑移量、最大裂缝宽度、界面剪应力。
在a1)中，所述组合界面两侧材料的基本力学性能根据材料试样的基本试验确定。
在a2)中，所述组合界面处的内力形式按GB50010《混凝土结构设计规范》第5节“结构分析”中的规定进行确定。
在a3)中，所述组合界面中，相对滑移量符合公式(2)，所述公式(2)为：s≤[s]，其中，s为试验或数值模拟得出的相对滑移量，mm；[s]为规范规定的或工程要求的滑移量限值，mm。
在a3)中，所述组合界面中，最大裂缝宽度符合公式(3)，所述公式(3)为：w≤[w]，其中，w为试验或数值模拟得出的最大裂缝宽度，mm；[w]为规范规定的或工程要求的最大裂缝宽度，mm。
在a3)中，所述组合界面中，界面剪应力符合公式(4)，所述公式(4)为：τ≤[τ]，其中，τ为试验或数值模拟得出的界面剪应力，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa。
对于公式(4)，在一个具体实施的实施例中，如图2所示，所述组合界面中，对于一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(5)，所述公式(5)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ1(θ1,σ)]，其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ1(θ1,σ)]是一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ1和σ的函数；θ1为一侧材料的摩擦角。
如图2所示，所述组合界面中，对于另一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(6)，所述公式(6)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ2(θ2,σ)]，其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ2(θ2,σ)]是另一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ2和σ的函数；θ2为另一侧材料的摩擦角。
所述组合界面在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，所述界面剪应力符合公式(7)，所述公式(7)为：
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa；f(θ,σ)是界面的容许剪应力，MPa，是θ和σ的函数；G为组合界面的剪切模量MPa；[γ]是材料界面区域能承受的最大剪应变；f(θ,σ,G)是界面的容许剪应变，是θ、σ和G的函数；θ为组合界面的摩擦角。
所述组合界面出现同时受拉和受压的情况，所述组合界面的界面剪应力还要符合公式(8)，所述公式(8)为：f(M,Fσ)≤[σt]，其中，[σt]为组合界面的抗拉黏结强度，MPa；f(M,Fσ)为界面法向应力分布，MPa，是M和Fσ的函数；M为弯矩，N·m；Fσ为轴力，N。
再根据组合混凝土结构的受力性能，进行组合混凝土结构的承载能力和正常使用能力分析。
其中，组合混凝土梁属于水平构件，如图3所示，水平构件的承载能力包括以下内容：
b1)如图3所示，所述组合混凝土结构中水平构件的正截面受弯承载力Mcu不小于混凝土结构的受弯承载力M(M≤Mcu)，且所述水平构件的正截面受弯承载力Mcu符合公式(9)、(10)，所述公式(9)为：所述公式(10)为：fcbx+f1'A′1+f2'A'2-σ1A1-σ2A2+Naw＝0，其中，M为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受弯承载力，N；Mcu为组合混凝土结构中水平构件的正截面受弯承载力，N；fc为水平构件受压区的抗压强度，MPa；b为水平构件的截面宽度，mm；h0为水平构件的截面高度，mm；x为界面受压区高度，mm；f1'，为水平构件受压区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′1为水平构件受压区一侧组合材料的受压面积，mm2；a′1为水平构件受压区一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；f2'为水平构件受压区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；A'2为水平构件受压区另一侧组合材料的受压面积，mm2；a'2为水平构件受压区另一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；Maf为组合混凝土结构截面中腹板部分所承受的轴向合力对翼缘部分和纵向受拉区合力点的力矩，N·mm；σ1为水平构件受拉区一侧组合材料的应力，MPa；A1为水平构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；σ2为水平构件受拉区另一侧组合材料的应力，MPa；A2为水平构件受拉区另一侧组合材料的受拉面积，mm2；Naw为组合混凝土结构截面中腹板部分所承受的轴向合力，N。
b2)如图3所示，所述组合混凝土结构中水平构件的斜截面受剪承载力Vcu不小于混凝土结构的受剪承载力Vb(Vb≤Vcu)，所述水平构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(11)，所述公式(11)为：当集中力起控制作用时，所述水平构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(12)，所述公式(12)为：
Figure BDA0002046425790000123
其中，Vb为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受剪承载力，N；Vcu为组合混凝土结构中水平构件的斜截面受剪承载力，N；u1，v1，u2，v2为待定系数；fc为水平构件受压区的抗压强度，MPa；b为水平构件的截面宽度，mm；h0为水平构件的截面算高度，mm；f1为水平构件受拉区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A1为水平构件中布置的用于承受剪力的组合材料面积，mm2；s为水平构件一侧组合材料用于承受剪力布置时的间距，mm；f2为水平构件受拉区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；b为水平构件截面宽度，mm；tw为水平构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的宽度，mm；hw为水平构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的高度，mm；λ为组合混凝土结构的截面剪跨比。上述u1，v1，u2，v2按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中第6.3.4条规定进行计算确定。
其中，组合混凝土结构的正常使用能力包括以下内容：
c1)按公式(16)计算组合混凝土结构的抗弯刚度，按公式(17)计算组合混凝土结构的轴向刚度，按公式(18)计算组合混凝土结构的抗剪刚度，所述公式(16)为：EI＝E1I1+E2I2+...+EnIn，所述公式(17)为：EA＝E1A1+E2A2+...+EnAn，所述公式(18)为：GA＝G1A1+G2A2+...+GnAn，其中，EI为整个组合混凝土结构截面的抗弯刚度，N·m2；EA为整个组合混凝土结构截面的轴向刚度，N；GA为整个组合混凝土结构截面的抗剪刚度，N；EnIn为第n个参与受力的组合材料的抗弯刚度，N·m2；EnAn为第n个参与受力的组合材料的轴向刚度，N；GnAn为第n个参与受力的组合材料的抗剪刚度，N；
c2)按国家标准GB50010《混凝土设计规范》中7.1节“裂缝控制验算”中的式7.1.2计算组合混凝土结构的最大裂缝宽度；
c3)按国家标准GB50010《混凝土设计规范》中的7.2节“受弯构件挠度验算”中的式7.2.3计算组合混凝土结构的挠度。
步骤c2)中，所述组合混凝土结构的最大裂缝宽度的计算应按荷载的短期效应的组合进行计算，同时应考虑荷载长期效应组合的影响，若组合混凝土结构的最大裂缝宽度小于容许限值，则裂缝宽度验算满足要求。
步骤c3)中，所述组合混凝土结构的挠度计算应按荷载的短期效应的组合进行计算，同时应考虑荷载长期效应组合的影响。若组合混凝土结构的挠度小于容许限值，则挠度验算满足要求。
将上述获得的分析结果，在满足安全性、适用性以及耐久性的条件下，根据评价指标筛选优化组合后，最终确定最优方案再施工。
实施例2
如流程图1所示，构建组合混凝土结构竖向构件。
对组合混凝土结构的功能需求进行分析，组合混凝土结构按实际建筑结构的空间布置和功能分区进行选取，如建筑结构中的柱构件，需利用部分海水和海砂资源，又得保证结构的耐久性，则功能要求为具有一定的轴向承载力，并采取相应措施保障海水海砂混凝土的耐久性。
选择构成组合混凝土结构的水泥基材料，水泥基材料性能具有一定的功能参数并能符合组合混凝土结构功能需求。根据上述要求，选用强度等级为C50的纤维增强水泥基材料ECC，以及强度等级为C30的海水海砂混凝土材料。
选择构成组合混凝土结构的组合形式、形状和尺寸参数。选择组合形式根据组合混凝土构件的类型和受力特点按规律布置，根据上述要求，组合混凝土柱主要承受轴向压力，则将混凝土按外壳包裹内芯的方式布置，使用耐久性较好的ECC包裹住海水海砂混凝土以满足耐久性要求。构成组合混凝土结构的形状根据组合混凝土构件的外形和组合形式选择规则的几何形状，根据上述要求，组合混凝土柱选用矩形柱，则外壳选为中心开口的矩形，内芯选为矩形。构成组合混凝土结构的尺寸参数满足工程设计需求，并符合国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中对于构件尺寸的要求。
对选用的水泥基材料的组合效果进行分析，组合效果分析原则为，测试的组合材料功能参数满足所需功能的规范要求；对选用的混凝土进行强度测试，使选用的两种混凝土材料满足强度要求，ECC抗拉强度达10MPa，极限拉伸应变为10％。组合混凝土结构的受力性能按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中弹性或弹塑性方法对按上述方法组合后的混凝土构件进行测算，及进行相应的力学试验。由上述步骤获得组合混凝土结构样品2#。作为组合界面的荷载效应S，将规范组合界面的荷载效应S的限值规定或组合界面失效时的荷载效应S值作为组合界面的抗力R。
然后，根据水泥基材料的组合效果，进行组合界面安全性分析，组合界面按公式(1)进行计算，所述公式(1)为：R>S，其中，R为组合界面的抗力，S为作用于界面的荷载效应。
其中，组合界面安全性的分析原则包括以下内容：a1)确定界面两侧材料的基本力学性能；a2)基于外部荷载作用，利用材料力学方法确定组合界面处的内力形式；a3)计算组合界面的相对滑移量、最大裂缝宽度、界面剪应力。
在a1)中，所述组合界面两侧材料的基本力学性能根据材料试样的基本试验确定。
在a2)中，所述组合界面处的内力形式按GB50010《混凝土结构设计规范》第5节“结构分析”中的规定进行确定。
在a3)中，所述组合界面中，相对滑移量符合公式(2)，所述公式(2)为：s≤[s]，其中，s为试验或数值模拟得出的相对滑移量，mm；[s]为规范规定的或工程要求的滑移量限值，mm。
在a3)中，所述组合界面中，最大裂缝宽度符合公式(3)，所述公式(3)为：w≤[w]，其中，w为试验或数值模拟得出的最大裂缝宽度，mm；[w]为规范规定的或工程要求的最大裂缝宽度，mm。
在a3)中，所述组合界面中，界面剪应力符合公式(4)，所述公式(4)为：τ≤[τ]，其中，τ为试验或数值模拟得出的界面剪应力，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa。
对于公式(4)，在一个具体实施的实施例中，如图2所示，所述组合界面中，对于一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(5)，所述公式(5)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ1(θ1,σ)]，其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ1(θ1,σ)]是一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ1和σ的函数；θ1为一侧材料的摩擦角。
如图2所示，所述组合界面中，对于另一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(6)，所述公式(6)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ2(θ2,σ)]，其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ2(θ2,σ)]是另一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ2和σ的函数；θ2为另一侧材料的摩擦角。
所述组合界面在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，所述界面剪应力符合公式(7)，所述公式(7)为：
Figure BDA0002046425790000151
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa；f(θ,σ)是界面的容许剪应力，MPa，是θ和σ的函数；G为组合界面的剪切模量MPa；[γ]是材料界面区域能承受的最大剪应变；f(θ，σ，G)是界面的容许剪应变，是θ、σ和G的函数；θ为组合界面的摩擦角。
所述组合界面出现同时受拉和受压的情况，所述组合界面的界面剪应力还要符合公式(8)，所述公式(8)为：f(M，Fσ)≤[σt]，其中，[σt]为组合界面的抗拉黏结强度，MPa；f(M，Fσ)为界面法向应力分布，MPa，是M和Fσ的函数；M为弯矩，N·m；Fσ为轴力，N。
再根据组合混凝土结构的受力性能，进行组合混凝土结构的承载能力和正常使用能力分析。
其中，组合混凝土柱属于竖向构件，如图4所示，竖向构件的承载能力包括以下内容：
b1)如图4所示，所述组合混凝土结构中竖向构件的正截面受压承载力Nu不小于混凝土结构的受压承载力N(N≤Nu)，且所述竖向构件的正截面受压承载力Nu符合公式(13)、(14)，所述公式(13)为：Nu＝fcbx+f1′A′1+f′2A′2-σ1A1-σ2A2+Naw，所述公式(14)为：
Figure BDA0002046425790000161
其中，N为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受压承载力，N；Nu为组合混凝土结构中竖向构件的正截面受压承载力，N；fc为竖向构件受压区的抗压强度，MPa；b为竖向构件的截面宽度，mm；x为界面受压区高度，mm；f1′为竖向构件受压区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′1为竖向构件受压区一侧组合材料的受压面积，mm2；f′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的受压面积，mm2；σ1为竖向构件受拉区一侧组合材料的应力，MPa；A1为竖向构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；σ2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的应力，MPa；A2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的受拉面积，mm2；Naw为竖向构件的腹板部分所承受的轴向合力，N；e为竖向构件的轴力作用点至一侧组合材料和另一侧组合材料合力点之间的距离，mm；h0为竖向构件的截面高度，mm；a′1为竖向构件受压区一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；a′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；M为组合混凝土截面中腹板部分所承受的受压承载力对翼缘部分和纵向受拉区合力点的力矩，N·mm。
b2)如图4所示，所述组合混凝土结构中竖向构件的斜截面受剪承载力Vcu不小于混凝土结构的受剪承载力Vb(Vb≤Vcu)，且所述竖向构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(15)，所述公式(15)为：
Figure BDA0002046425790000171
其中，Vb为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的混凝土结构的受剪承载力，N；Vcu为组合混凝土结构中竖向构件的斜截面受剪承载力，N；λ为组合混凝土结构的截面剪跨比；u2，v2为待定系数；fc为竖向构件受压区的抗压强度，MPa；b为竖向构件的截面宽度，mm；h0为竖向构件的截面高度，mm；f1为竖向构件受拉区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A1为竖向构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；s为竖向构件一侧组合材料用于承受剪力布置时的间距，mm；f2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；tw为竖向构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的宽度，mm；hw为竖向构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的高度，mm；m2为待定系数；N为轴向压力设计值，N。
其中，组合混凝土结构的正常使用能力包括以下内容：
c1)按公式(16)计算组合混凝土结构的抗弯刚度，按公式(17)计算组合混凝土结构的轴向刚度，按公式(18)计算组合混凝土结构的抗剪刚度，所述公式(16)为：EI＝E1I1+E2I2+...+EnIn，所述公式(17)为：EA＝E1A1+E2A2+...+EnAn，所述公式(18)为：GA＝G1A1+G2A2+...+GnAn，其中，EI为整个组合混凝土结构截面的抗弯刚度，N·m2；EA为整个组合混凝土结构截面的轴向刚度，N；GA为整个组合混凝土结构截面的抗剪刚度，N；EnIn为第n个参与受力的组合材料的抗弯刚度，N·m2；EnAn为第n个参与受力的组合材料的轴向刚度，N；GnAn为第n个参与受力的组合材料的抗剪刚度，N；
c2)按国家标准GB50010《混凝土设计规范》中7.1节“裂缝控制验算”中的式7.1.2计算组合混凝土结构的最大裂缝宽度；
c3)按国家标准GB50010《混凝土设计规范》中的7.2节“受弯构件挠度验算”中的式7.2.3计算组合混凝土结构的挠度。
步骤c2)中，所述组合混凝土结构的最大裂缝宽度的计算应按荷载的短期效应的组合进行计算，同时应考虑荷载长期效应组合的影响，若组合混凝土结构的最大裂缝宽度小于容许限值，则裂缝宽度验算满足要求。
步骤c3)中，所述组合混凝土结构的挠度计算应按荷载的短期效应的组合进行计算，同时应考虑荷载长期效应组合的影响。若组合混凝土结构的挠度小于容许限值，则挠度验算满足要求。
将上述获得的分析结果，在满足安全性、适用性以及耐久性的条件下，根据评价指标筛选优化组合后，最终确定最优方案再施工。
将上述获得的分析结果，进行优化组合后，最终确定最优方案再施工。
实施例3
将实施例1、2中的组合混凝土样品1#和2#进行测试，测试数据如下表1所示。
表1构建的组合混凝土构件的测试参数
Figure BDA0002046425790000181
由表1可知，按本发明提供的组合混凝土结构构建方法构造的组合混凝土结构，其承载力可以达到现有普通整浇混凝土结构的90％以上，并可以增加额外的功能，满足建筑结构需求，同时按本发明提供的设计方法计算节点承载力结果偏于安全。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种组合混凝土结构的构建方法，包括以下步骤：
1)对组合混凝土结构的功能需求进行分析；
2)提供若干备选的水泥基材料，用于构成组合混凝土结构；
3)预设若干备选的构成组合混凝土结构的组合形式、形状和尺寸参数；
4)对步骤2)中备选的各水泥基材料的组合效果进行分析，对步骤3)中备选的组合混凝土结构的受力性能进行分析；
5)根据步骤4)中水泥基材料的组合效果，进行组合界面安全性分析；
6)根据步骤4)中组合混凝土结构的受力性能，进行组合混凝土结构的承载能力和正常使用能力分析；
7)根据步骤5)和6)中获得的分析结果，选择优化组合施工；
步骤5)中，所述组合界面按公式(1)进行满足安全性判定，
公式(1)为：R>S，
其中，R为组合界面的抗力，S为作用于组合界面的荷载效应；
步骤6)中，所述组合混凝土结构的承载能力包括以下条件中任一项或多项：
C1)所述组合混凝土结构中水平构件的正截面受弯承载力Mcu不小于混凝土结构的受弯承载力M，且所述水平构件的正截面受弯承载力Mcu符合公式(9)、(10)，
公式(9)为：
Figure FDA0002260377570000011
公式(10)为：fcbx+f′1A′1+f′2A′2-σ1A1-σ2A2+Naw＝0，
其中，M为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受弯承载力，N；Mcu为组合混凝土结构中水平构件的正截面受弯承载力，N；fc为水平构件受压区的抗压强度，MPa；b为水平构件的截面宽度，mm；h0为水平构件的截面高度，mm；x为界面受压区高度，mm；f′1，为水平构件受压区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′1为水平构件受压区一侧组合材料的受压面积，mm2；a′1为水平构件受压区一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；f′2为水平构件受压区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′2为水平构件受压区另一侧组合材料的受压面积，mm2；a′2为水平构件受压区另一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；Maf为组合混凝土结构截面中腹板部分所承受的轴向合力对翼缘部分和纵向受拉区合力点的力矩，N·mm；σ1为水平构件受拉区一侧组合材料的应力，MPa；A1为水平构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；σ2为水平构件受拉区另一侧组合材料的应力，MPa；A2为水平构件受拉区另一侧组合材料的受拉面积，mm2；
Naw为组合混凝土结构截面中腹板部分所承受的轴向合力，N；
C2)所述组合混凝土结构中水平构件的斜截面受剪承载力Vcu不小于混凝土结构的受剪承载力Vb，所述水平构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(11)，
公式(11)为：
Figure FDA0002260377570000021
当集中力起控制作用时，所述水平构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(12)，
公式(12)为：
其中，Vb为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受剪承载力，N；Vcu为组合混凝土结构中水平构件的斜截面受剪承载力，N；u1，v1，u2，v2为待定系数；fc为水平构件受压区的抗压强度，MPa；b为水平构件的截面宽度，mm；h0为水平构件的截面算高度，mm；f1为水平构件受拉区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A1为水平构件中布置的用于承受剪力的组合材料面积，mm2；s为水平构件一侧组合材料用于承受剪力布置时的间距，mm；f2为水平构件受拉区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；tw为水平构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的宽度，mm；hw为水平构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的高度，mm；λ为组合混凝土结构的截面剪跨比；
C3)所述组合混凝土结构中竖向构件的正截面受压承载力Nu不小于混凝土结构的受压承载力N，且所述竖向构件的正截面受压承载力Nu符合公式(13)、(14)，
公式(13)为：Nu＝fcbx+f′1A′1+f′2A′2-σ1A1-σ2A2+Naw，
公式(14)为：
Figure FDA0002260377570000023
其中，N为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的受压承载力，N；Nu为组合混凝土结构中竖向构件的正截面受压承载力，N；fc为竖向构件受压区的抗压强度，MPa；b为竖向构件的截面宽度，mm；x为界面受压区高度，mm；f′1为竖向构件受压区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′1为竖向构件受压区一侧组合材料的受压面积，mm2；f′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；A′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的受压面积，mm2；σ1为竖向构件受拉区一侧组合材料的应力，MPa；A1为竖向构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；σ2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的应力，MPa；A2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的受拉面积，mm2；Naw为竖向构件的腹板部分所承受的轴向合力，N；e为竖向构件的轴力作用点至一侧组合材料和另一侧组合材料合力点之间的距离，mm；h0为竖向构件的截面高度，mm；a′1为竖向构件受压区一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；a′2为竖向构件受压区另一侧组合材料的中心距受压区边缘距离，mm；M为组合混凝土截面中腹板部分所承受的受压承载力对翼缘部分和纵向受拉区合力点的力矩，N·mm；
C4)所述组合混凝土结构中竖向构件的斜截面受剪承载力Vcu不小于混凝土结构的受剪承载力Vb，且所述竖向构件的斜截面受剪承载力Vcu符合公式(15)，
公式(15)为：
Figure FDA0002260377570000031
其中，Vb为按国家标准GB50010《混凝土设计规范》计算出的混凝土结构的混凝土结构的受剪承载力，N；Vcu为组合混凝土结构中竖向构件的斜截面受剪承载力，N；λ为组合混凝土结构的截面剪跨比；u2，v2为待定系数；fc为竖向构件受压区的抗压强度，MPa；b为竖向构件的截面宽度，mm；h0为竖向构件的截面高度，mm；f1为竖向构件受拉区一侧组合材料的屈服应力，MPa；A1为竖向构件受拉区一侧组合材料的受拉面积，mm2；s为竖向构件一侧组合材料用于承受剪力布置时的间距，mm；f2为竖向构件受拉区另一侧组合材料的屈服应力，MPa；tw为竖向构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的宽度，mm；hw为竖向构件另一侧组合材料用于承受剪力布置时的腹板部分的高度，mm；m2为待定系数；N为轴向压力设计值，N；
步骤6)中，所述组合混凝土结构的正常使用能力，按公式(16)计算组合混凝土结构的抗弯刚度，按公式(17)计算组合混凝土结构的轴向刚度，按公式(18)计算组合混凝土结构的抗剪刚度，
公式(16)为：EI＝E1I1+E2I2+...+EnIn，
公式(17)为：EA＝E1A1+E2A2+...+EnAn，
公式(18)为：GA＝G1A1+G2A2+...+GnAn，
其中，EI为整个组合混凝土结构截面的抗弯刚度，N·m2；EA为整个组合混凝土结构截面的轴向刚度，N；GA为整个组合混凝土结构截面的抗剪刚度，N；EnIn为第n个参与受力的组合材料的抗弯刚度，N·m2；EnAn为第n个参与受力的组合材料的轴向刚度，N；GnAn为第n个参与受力的组合材料的抗剪刚度，N。
2.根据权利要求1所述的一种组合混凝土结构的构建方法，其特征在于，步骤5)中，所述组合界面安全性还要计算组合界面的相对滑移量、最大裂缝宽度、界面剪应力。
3.根据权利要求2所述的一种组合混凝土结构的构建方法，其特征在于，所述组合界面的相对滑移量符合公式(2)，
公式(2)为：s≤[s]，
其中，s为试验或数值模拟得出的相对滑移量，mm；[s]为规范规定的或工程要求的滑移量限值，mm。
4.根据权利要求2所述的一种组合混凝土结构的构建方法，其特征在于，所述组合界面的最大裂缝宽度符合公式(3)，
公式(3)为：w≤[w]，
其中，w为试验或数值模拟得出的最大裂缝宽度，mm；[w]为规范规定的或工程要求的最大裂缝宽度，mm。
5.根据权利要求2所述的一种组合混凝土结构的构建方法，其特征在于，所述组合界面的界面剪应力符合公式(4)，
公式(4)为：τ≤[τ]，
其中，τ为试验或数值模拟得出的界面剪应力，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa。
6.根据权利要求5所述的一种组合混凝土结构的构建方法，其特征在于，所述界面剪应力还包括以下条件中任一项或多项：
B1)所述组合界面中，对于一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(5)，
公式(5)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ1(θ1,σ)]，
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ1(θ1,σ)]是一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ1和σ的函数；θ1为一侧材料的摩擦角；
B2)所述组合界面中，对于另一侧材料，在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，若压应力σ(x)的最大值小于其抗压强度，则所述界面剪应力符合公式(6)，
公式(6)为：τ+max{f[σ(x)]}≤[τ2(θ2,σ)]，
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ2(θ2,σ)]是另一侧材料的容许剪应力，MPa，是θ2和σ的函数；θ2为另一侧材料的摩擦角；
B3)所述组合界面在弯矩M、剪力Fτ和轴力Fσ作用下，所述界面剪应力符合公式(7)，公式(7)为：
其中，τ为剪应力，MPa；σ为界面处分布的压应力，MPa；f[σ(x)]是界面处由压应力产生的剪应力，是σ的函数，MPa；[τ]为材料界面区域能承受的最大剪应力，MPa；f(θ,σ)是界面的容许剪应力，MPa，是θ和σ的函数；G为组合界面的剪切模量MPa；[γ]是材料界面区域能承受的最大剪应变；f(θ,σ,G)是界面的容许剪应变，是θ、σ和G的函数；
θ为组合界面的摩擦角；
B4)所述组合界面出现同时受拉和受压的情况，所述组合界面的界面剪应力还要符合公式(8)，
公式(8)为：f(M,Fσ)≤[σt]，
其中，[σt]为组合界面的抗拉黏结强度，MPa；f(M,Fσ)为界面法向应力分布，MPa，是M和Fσ的函数；M为弯矩，N·m；Fσ为轴力，N。
7.一种组合混凝土结构的构建分析装置，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的一种组合混凝土结构的构建方法的步骤。
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