CN112627361B - 一种预埋件的分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预埋件的分析方法和装置，所述预埋件中包括多个锚筋，预埋件的分析方法包括：获取预埋件的尺寸数据和荷载，所述预埋件的尺寸数据包括所述预埋件的几何尺寸、所述锚筋的空间位置，所述预埋件的荷载包括所述预埋件的受到的力和弯矩；通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程；基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。本发明实施例能够提高对于预埋件性能评估的准确程度。

Description

一种预埋件的分析方法及装置

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种预埋件的分析方法及装置。

背景技术

预埋件，或称预制埋件，是预先通过埋藏方式安装在隐蔽工程内的构件，是建筑结构中经常采用的节点形式，是连接钢构件和混凝土的枢纽。预埋件的承载能力直接关系到钢构件内力能否安全可靠的传递给混凝土，因此预埋件的结构承载力对于建筑安全具有重大意义。

预埋件通常以钢板等材料制作，并预先埋置在混凝土中，由于混凝土材料本身的材料属性，例如断裂和破坏机理还不明确，且预埋件的受力机理复杂，通常需要承受复杂的力及力矩，此外，还具有较多的非线性因素，导致对于预埋件在复杂载荷条件下的使用情况分析较为困难。使用时，需要将结构的内力值、应力值、应变值等参数的计算值与相应的材料的实际参数进行比较，以确定结构的承载力是否满足使用需求，现有的方法对于预埋件的性能评估准确性低。

发明内容

本发明实施例提供一种预埋件的分析方法及装置，以解决现有的方法对于预埋件的性能评估准确性低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种预埋件的分析方法，所述预埋件中包括多个锚筋，包括以下步骤：

获取预埋件的尺寸数据和荷载，所述预埋件的尺寸数据包括所述预埋件的几何尺寸、所述锚筋的尺寸和所述锚筋的空间位置，所述预埋件的荷载包括所述预埋件的受到的力和弯矩；

通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程；

基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

可选的，所述基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值包括：

预设所述预埋件的第一中性轴；

基于所确定的每一所述锚筋的平衡方程调整迭代校验所述第一中性轴，以确定满足受力平衡的第二中性轴；

将所述第二中性轴导入所述所述锚筋的平衡方程，以获得位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

可选的，所述确定满足受力平衡的第二中性轴之后，还包括：

将所述第二中性轴作为所述预埋件的受拉区和受压区的分界线，以确定所述预埋件的受拉区和受压区。

可选的，所述预埋件的几何尺寸包括所述预埋件的长度、高度和厚度；及/或

所述锚筋的尺寸包括所述锚筋的横截面积；及/或

所述锚筋的空间位置包括各所述锚筋相对于所述预埋件的形心的位置；及/或

所述预埋件的荷载包括所述预埋件的形心处的力及弯矩。

可选的，所述基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值之后，还包括：

根据位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值判断所述预埋件的承载力是否满足预设使用载荷；

若所述预埋件的承载力不满足预设使用载荷，则调整预埋件的尺寸数据，并返回通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程的步骤。

第二方面，本发明实施例提供了一种预埋件的分析装置，所述预埋件中包括多个锚筋，包括：

参数获取模块，用于获取预埋件的尺寸数据和荷载，所述预埋件的尺寸数据包括所述预埋件的几何尺寸、所述锚筋的尺寸和所述锚筋的空间位置，所述预埋件的荷载包括所述预埋件的受到的力和弯矩；

平衡方程确定模块，用于通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程；

参数计算模块，用于基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

可选的，所述参数计算模块包括：

预设子模块，用于预设所述预埋件的第一中性轴；

确定子模块，用于基于所确定的每一所述锚筋的平衡方程调整迭代校验所述第一中性轴，以确定满足受力平衡的第二中性轴；

导入子模块，用于将所述第二中性轴导入所述所述锚筋的平衡方程，以获得位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

可选的，还包括：

确定模块，用于将所述第二中性轴作为所述预埋件的受拉区和受压区的分界线，以确定所述预埋件的受拉区和受压区。

可选的，所述预埋件的几何尺寸包括所述预埋件的长度、高度和厚度；及/或

所述锚筋的尺寸包括所述锚筋的横截面积；及/或

所述锚筋的空间位置包括各所述锚筋相对于所述预埋件的形心的位置；及/或

所述预埋件的荷载包括所述预埋件的形心处的力及弯矩。

可选的，还包括：

判断模块，用于根据位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值判断所述预埋件的承载力是否满足预设使用载荷；

返回模块，用于若所述预埋件的承载力不满足预设使用载荷，则调整预埋件的尺寸数据，并返回通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程的步骤。

本发明实施例通过构建每一锚筋的平衡方程，并计算预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值，从而确定预埋件的承载力，有助于提高对于预埋件性能评估的准确程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明一实施例中预埋件的结构示意图；

图2是本发明一实施例中预埋件的又一结构示意图；

图3是本发明一实施例中预埋件的分析方法的流程图；

图4是本发明一实施例中预埋件的分析装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种预埋件的分析方法。

所述预埋件中包括多个锚筋，如图1和图2所示，预埋件中包括多个锚筋，在一个具体实施方式中，具体为包括20个锚筋，编号为1#至20#。

如图3所示，该预埋件的分析方法包括以下步骤：

步骤301：获取预埋件的尺寸数据和荷载。

本实施例中，预埋件的尺寸数据包括预埋件的几何尺寸、锚筋的尺寸和锚筋的空间位置，预埋件的荷载包括所述预埋件的受到的力和弯矩。

应当理解的是，由于预埋件本身的复杂性，所以其计算方法通用性较差，例如，对于圆形预埋件和矩形预埋件来说，现有的经验公式只适用满足一定条件的标准预埋件，例如，对于矩形预埋件来说，需要满足一定的锚筋排列条件，如果锚筋排列方式不同的话，现有的经验公式也是不适用的。所以实际实施时，需要根据应用情况确定预埋件的形状，并进一步确定相应的尺寸。

本实施例中以矩形预埋件为例说明。所需测量的预埋件的几何尺寸包括所述预埋件的长度、高度和厚度。

实施时，可以根据实际的使用情况，例如预埋件的实际应用场景、与该预埋件连接的连接件的外部轮廓尺寸等确定预埋件的尺寸。例如，如果预埋件为圆形，则所需确定的尺寸为预埋件的直径。

锚筋的尺寸主要包括锚筋的横截面积，一般来说，可以认为锚筋的截面为圆形，本实施例中以锚筋的直径为32毫米为例说明。

如图1和图2所示，锚筋的空间位置为各锚筋相对于预埋件的形心的位置，对于矩形预埋件来说，其形心为其几何中心，或者说是两条对角线的交点。锚筋的空间位置也是根据预埋件的应用场景来确定的，通常是根据基材内各物项的空间布置情况，确定各锚筋的位置。

预埋件的荷载为施加于预埋件上的力和弯矩，具体的，包括等效在所述预埋件的形心处的力及弯矩。应当理解的是，预埋件的受力较为复杂，但是这些荷载可以平移到预埋件的形心处。本实施例中以作用在埋板形心处的荷载有拉力Fx＝3.6x10⁵N，弯矩Mz＝1.0x10⁸N.mm，弯矩My＝2.4x10⁹N.mm为例说明。

此外，还可能需要获取混凝土的承载力等级、锚筋的弹性模量等相关参数，由于这些参数是根据所选择的材料所能直接确定的，例如可以根据混凝土的标号确定其承载力等级，根据锚筋的牌号确定其弹性模量等，因此此处不再赘述。本实施例中以混凝土的承载力等级为C60、锚板材质为Q235B、锚筋牌号为HRB500为例说明。

步骤302：通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程。

设想预埋件是由无数层纵向纤维组成的，假定截面应变保持平面且不考虑混凝土的抗拉承载力和锚筋的抗压承载力。将截面离散为若干单轴受力的纤维，截面变形后仍为平面，纤维的非线性行为完全由每个纤维所代表材料的单轴本构关系确定。

M_x＝∑F_iy_i+E_b(αM_x+βI_xy+γI_x)……(2)

M_y＝∑F_ix_i+E_b(αM_y+βI_y+γI_xy)……(3)

其中，A＝∫∫dxdy；M_x＝∫∫ydxdy；M_y＝∫∫xdxdy；I_x＝∫∫y²dxdy；I_y＝∫∫x²dxdy；I_xy＝∫∫xydxdy。

上述公式中，N为过预埋板形心的拉(或压)力，E_a为锚筋弹性模量，α、β、γ为常量，A为锚筋混凝土横截面面积，E_b为混凝土弹性模量，M_x为过预埋板形心且绕水平形心轴的弯矩，M_y为过预埋板形心且绕竖向形心轴的弯矩，I_x为对截面x轴的惯性矩，I_y为截面对y轴的惯性矩，I_xy为截面对x、y轴的惯性矩。

在确定了预埋件及其包括的锚筋的尺寸及材质等参数后，也就确定了材料的本构关系，确定了锚筋的尺寸和空间位置等参数后，实际上也就确定了其截面的几何和及力学特性，因此，可以基于这些数据建立其平衡方程。

步骤303：基于所确定的平衡方程计算位于预埋件的受拉区的锚筋的拉力值，以及预埋件的受压区的应力值和应变值。

本发明实施例通过构建每一锚筋的平衡方程，并计算预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值作为预埋件，从而确定预埋件的承载力，有助于提高对于预埋件性能评估的准确程度。

在一个可选的具体实施方式中，该步骤303包括：

预设所述预埋件的第一中性轴；

基于所确定的每一所述锚筋的平衡方程调整迭代校验所述第一中性轴，以确定满足受力平衡的第二中性轴；

将所述第二中性轴导入所述所述锚筋的平衡方程，以获得位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

这里，第一中性轴为预先假设的该预埋件的中性轴，在假设了该第一中性轴之后，验证所假设的第一中性轴是否满足平衡方程，如果满足，该第一中性轴也就是预埋件实际上的中性轴，如果不满足，则通过多次迭代校验，直至得到满足平衡方程的第二中性轴，当其满足确定满足受力平衡时，可以认为得到的第二中性轴为预埋件基本符合实际情况的中性轴。

应当理解的是，一般来说，

可选的，所述确定满足受力平衡的第二中性轴之后，还包括：

将所述第二中性轴作为所述预埋件的受拉区和受压区的分界线，以确定所述预埋件的受拉区和受压区。

对于预埋件来说，设想混凝土是由无数层纵向纤维组成的，假定横截面保持平面，则纵向纤维从缩短到伸长是逐渐连续变化的，其中必定有一个既不缩短也不伸长的中性层。中性层是锚筋混凝土上受拉区与受压区的分界面，该中性层与横截面的交线称为中性轴，变形时横截面是绕中性轴旋转的。

中性轴是预埋件受拉区和受压区的分界线，混凝土受拉性能很差，在预埋件设计的计算过程中，一般不考虑混凝土的抗拉承载力，只考虑受拉侧锚筋的抗拉承载力；而混凝土的受压性能很好，出于保守考虑，一般不考虑受压区锚筋的抗压承载力，仅由混凝土承压。也就是说，预埋件主要通过位于其受拉区的锚筋承受拉力，通过其位于受压区的混凝土承受压力。因此，中性轴决定着受拉锚筋的数量及其拉力值，以及混凝土受压区域及其应力分布。

可选的，所述基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值之后，还包括：

根据位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值参数判断所述预埋件的承载力是否满足预设使用载荷；

若所述预埋件的承载力不满足预设使用载荷，则调整预埋件的尺寸数据，并返回通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程的步骤。

本实施例的技术方案可以应用于检验已有建筑物是否满足使用需求，还可以用于结构设计，实施时，可以先提出相应的设计方案，然后通过该方法校验是否满足使用需求，如果不满足，则调整预埋件的尺寸数据，例如可以调整锚筋的位置、数量等，然后根据调整后的参数再次计算位于预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及预埋件的受压区的应力值和应变值，直至满足使用需求，即可作为实际使用的预埋件。

这样，通过预先进行结构承载力的校验，能够提高结构，同时提高了预埋件设计的安全性和经济性。

本实施例中，经过计算，得到处于受拉区的锚筋的拉力值如表1所示，受压区混凝土各角点应力和应变结果如表2所示。

表1受拉区各锚筋计算结果

表2受压区混凝土各角点应力和应变结果(负号表示压，正号表示拉)

角点编号	J1	J2	J3	J4
					应力值(Mpa)	-11.8877	-14.774	0	0
应变	-0.000330214	-0.000410000	0.001511000	0.001431000

注：J1为横截面左下角点；J2为横截面右下角点；J3为中性轴与横截面左边缘的交点；J4为中性轴与横截面右边缘的交点。

本发明实施例通过构建每一锚筋的平衡方程，并计算预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值，从而确定预埋件的承载力，有助于提高对于预埋件性能评估的准确程度。

本发明实施例还提供了一种预埋件的分析装置400，如图4所示，所述预埋件中包括多个锚筋，所述预埋件的分析装置400包括：

参数获取模块401，用于获取预埋件的尺寸数据和荷载，所述预埋件的尺寸数据包括所述预埋件的几何尺寸、所述锚筋的尺寸和所述锚筋的空间位置，所述预埋件的荷载包括所述预埋件的受到的力和弯矩；

平衡方程确定模块402，用于通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程；

参数计算模块403，用于基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

可选的，所述参数计算模块403包括：

预设子模块，用于预设所述预埋件的第一中性轴；

确定子模块，用于基于所确定的每一所述锚筋的平衡方程调整迭代校验所述第一中性轴，以确定满足受力平衡的第二中性轴；

导入子模块，用于将所述第二中性轴导入所述所述锚筋的平衡方程，以获得位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

可选的，还包括：

确定模块，用于将所述第二中性轴作为所述预埋件的受拉区和受压区的分界线，以确定所述预埋件的受拉区和受压区。

可选的，所述预埋件的几何尺寸包括所述预埋件的长度、高度和厚度；及/或

所述锚筋的尺寸包括所述锚筋的横截面积；及/或

所述锚筋的空间位置包括各所述锚筋相对于所述预埋件的形心的位置；及/或

所述预埋件的荷载包括所述预埋件的形心处的力及弯矩。

可选的，还包括：

判断模块，用于根据位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值判断所述预埋件的承载力是否满足预设使用载荷；

返回模块，用于若所述预埋件的承载力不满足预设使用载荷，则调整预埋件的尺寸数据，并返回通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程的步骤。

本实施例的预埋件的分析装置400能够实现上述预埋件的分析方法实施例的各个步骤，并能实现基本相同的技术效果，此处不再赘述。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种预埋件的分析方法，所述预埋件中包括多个锚筋，其特征在于，包括以下步骤：

获取预埋件的尺寸数据和荷载，所述预埋件的尺寸数据包括所述预埋件的几何尺寸、所述锚筋的尺寸和所述锚筋的空间位置，所述预埋件的荷载包括所述预埋件的受到的力和弯矩；

通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程；

基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值；

所述基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值，包括：

预设所述预埋件的第一中性轴；

基于所确定的每一所述锚筋的平衡方程调整迭代校验所述第一中性轴，以确定满足受力平衡的第二中性轴；

将所述第二中性轴导入所述锚筋的平衡方程，以获得位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

2.如权利要求1所述的预埋件的分析方法，其特征在于，所述确定满足受力平衡的第二中性轴之后，还包括：

将所述第二中性轴作为所述预埋件的受拉区和受压区的分界线，以确定所述预埋件的受拉区和受压区。

3.如权利要求1至2中任一项所述的预埋件的分析方法，其特征在于，

所述预埋件的几何尺寸包括所述预埋件的长度、高度和厚度；及/或

所述锚筋的尺寸包括所述锚筋的横截面积；及/或

所述锚筋的空间位置包括各所述锚筋相对于所述预埋件的形心的位置；及/或

所述预埋件的荷载包括所述预埋件的形心处的力及弯矩。

4.如权利要求1所述的预埋件的分析方法，其特征在于，所述基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值之后，还包括：

根据受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值判断所述预埋件的承载力是否满足预设使用载荷；

若所述预埋件的承载力不满足预设使用载荷，则调整预埋件的尺寸数据，并返回通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程的步骤。

5.一种预埋件的分析装置，所述预埋件中包括多个锚筋，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取预埋件的尺寸数据和荷载，所述预埋件的尺寸数据包括所述预埋件的几何尺寸、所述锚筋的尺寸和所述锚筋的空间位置，所述预埋件的荷载包括所述预埋件的受到的力和弯矩；

平衡方程确定模块，用于通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程；

参数计算模块，用于基于所确定的平衡方程计算位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值；

所述参数计算模块包括：

预设子模块，用于预设所述预埋件的第一中性轴；

确定子模块，用于基于所确定的每一所述锚筋的平衡方程调整迭代校验所述第一中性轴，以确定满足受力平衡的第二中性轴；

导入子模块，用于将所述第二中性轴导入所述锚筋的平衡方程，以获得位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值。

6.如权利要求5所述的预埋件的分析装置 ，其特征在于，还包括：

确定模块，用于将所述第二中性轴作为所述预埋件的受拉区和受压区的分界线，以确定所述预埋件的受拉区和受压区。

7.如权利要求5至6中任一项所述的预埋件的分析装置，其特征在于，

所述预埋件的几何尺寸包括所述预埋件的长度、高度和厚度；及/或

所述锚筋的尺寸包括所述锚筋的横截面积；及/或

所述锚筋的空间位置包括各所述锚筋相对于所述预埋件的形心的位置；及/或

所述预埋件的荷载包括所述预埋件的形心处的力及弯矩。

8.如权利要求5所述的预埋件的分析装置，其特征在于，还包括：

判断模块，用于根据位于所述预埋件的受拉区的所述锚筋的拉力值，以及所述预埋件的受压区的应力值和应变值判断所述预埋件的承载力是否满足预设使用载荷；

返回模块，用于若所述预埋件的承载力不满足预设使用载荷，则调整预埋件的尺寸数据，并返回通过所述预埋件的尺寸数据和荷载确定每一所述锚筋的平衡方程的步骤。

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