CN113484232B - 基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法及确定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法及装置，该方法考虑型钢与混凝土粘结滑移的残余强度确定了新型损伤模型，同时基于滑移等效假说得到粘结滑移过程中损伤变量。在此基础上，进一步提出了基于有损微元生成的损伤演化模型，建立了型钢与混凝土粘结滑移损伤本构模型。该模型能够统一描述粘结滑移曲线峰前及峰后全部特性及其损伤演化规律，且损伤方程形式简单、参数物理意义明确。经验证，理论结果和试验数据具有很好的一致性，表明了该模型的合理性。
Description
技术领域
本公开涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法及确定装置。
背景技术
型钢混凝土复合结构具有承载力高、刚度大和抗震性能好等优势，作为新型组合构件受到了学术和工程界的广泛关注。其中，型钢与约束混凝土间的粘结性能是这类新型组合构件能够良好工作的基础，粘结滑移性能直接影响到型钢混凝土结构受力性能，如构件破坏形态、承载能力及耐久性等。目前，针对型钢与混凝土的粘结性能主要采用推出试验进行测试，通过推出试验得到的粘结滑移本构是型钢混凝土粘结性能研究的关键。
目前型钢混凝土与混凝土之间的粘结滑移关系多采用多段式拟合，模型较难推广。
发明内容
提供该公开内容部分以便以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。该公开内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
本公开实施例提供了一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法及确定装置，能够统一描述粘结滑移曲线峰前及峰后全部特性及其损伤演化规律，且损伤方程形式简单、参数物理意义明确，易于推广。
第一方面，本公开实施例提供了基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法，包括：根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式；
假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等；无损微元转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说，根据损伤变量公式得到损伤演化方程；
基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式。
结合第一方面的实施例，在一些实施例中，所述根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式，包括：
取微元体，假定S为微元粘结界面总面积，S1为损伤区域面积，S2为未损伤区域面积，则得到
S＝S1+S2 式1
由损伤力学，则可得到常用损伤变量表达式
D＝S1/S 式2
作用在未损伤区域有效剪应力为有效应力，表达式为
τ’＝P/S2 式3
式3中，P为推出试验中推力值，τ’为有效应力；
由静力平衡关系得到
P＝τS＝τ′S2 式4
式4中，τ为切向名义应力；
根据式1～4，得到式5
τ＝τ’(1-D) 式5
对名义应力进行修正，得到损伤模型为：
τ＝τ′1(1-D)+τ″1D 式6
式6中：τ′1为切向有效应力；τ″1为有损部分所承受的剪切应力，其值等于残余强度τ″1＝τr；
根据滑移等效性假说
k’1指切向有效应力对应的剪切刚度； s指任意滑移值，切向有效应力τ′1＝ks，k为剪切刚度，
τcr指粘结滑移曲线直线段中最大粘结强度；s0指粘结滑移曲线中粘结强度为τcr时对应的滑移值，得到在推出试验条件下型钢与混凝土粘结界面的粘结强度τ-滑移s关系式表达为：
τ＝ks(1-D)+τrD 式7
由此损伤变量D表示为：
结合第一方面的实施例，在一些实施例中，假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等，具体为：
假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，界面的微元总数为t(t→+∞)，无损微元记其数量为m，有损微元记其数量为n，则有t＝m+n，微元的面积记为A0。
结合第一方面的实施例，在一些实施例中，所述根据损伤变量公式得到损伤演化方程，包括：
根据式2损伤变量的定义，则可将损伤变量进一步表达为
式9：0≤n≤t，所以损伤变量D∈[0,1]；
粘结滑移破坏是一个从局部开始、渐进演化的过程，最弱处首先产生缺陷，并不断衍生新缺陷，最终导致破坏，因此，将界面粘结破坏的损伤演化过程看成是无损微元不断转化为有损微元的过程，则一个小的滑移s过程中，新的有损微元的数量n(s+Δs)是原有数量n(s)加上在Δs内由无损微元转化为有损微元的数量，即
n(s+Δs)＝n(s)+pm(s)Δs＝n(s)+p(t-n(s))Δs 式
式中：p为无损微元转化为有损微元的生成率；
界面间缺陷的增长与已存在缺陷密切相关，已有缺陷越多越容易生成新的缺陷，因此，有损微元的生成率p不再为常数，而是有损微元数量n(s)的增函数，设为
式12中：r为有损微元的自然生成率，即在没有限制的环境下的生成率；
将式12代入式11，得到有损微元的增长方程为
将式13改写为微分形式，即为
将损伤变量表达式9代入式14，可得到损伤变量D的微分表达式为
对式15进行积分，得到损伤演化方程的表达式为
式16中：a＝ln(t/n0-1)反映了初始损伤程度，n0为初始时刻有损微元的数量；r反映了损伤增长的快慢；
进一步将式16变换为
ln(1/D-1)＝a-rs 式17
按式8计算损伤变量，将计算结果代入式17，并进行线性拟合，就得到参数α和r的值，即可得出损伤演化方程。
结合第一方面的实施例，在一些实施例中，基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式，包括：
将损伤演化方程式16代入式7，即可得到型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式为
第二方面，本公开实施例提供了一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构确定装置，包括损伤变量确定模块，所述损伤变量确定模块用于根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式；
损伤演化确定模块，所述损伤演化确定模块用于假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等；无损微元转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说，根据损伤变量公式得到损伤演化方程；
本构方程模块，所述本构方程模块用于基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式。
结合第二方面的实施例，在一些实施例中，所述根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式，包括：
取微元体，假定S为微元粘结界面总面积，S1为损伤区域的面积， S2为未损伤区域面积，则得到
S＝S1+S2 式1
由损伤力学，则可得到常用损伤变量表达式
D＝S1/S 式2
作用在未损伤区域有效剪应力为有效应力，表达式为
τ’＝P/S2 式3
式3中，P为推出试验中推力值，τ’为有效应力；
由静力平衡关系得到
P＝τS＝τ′S2 式4
式4中，τ为切向名义应力；
根据式1～4，得到式5
τ＝τ’(1-D) 式5
对名义应力进行修正，得到损伤模型为：
τ＝τ′1(1-D)+τ″1D 式6
式6中：τ为切向名义应力；τ′1为切向有效应力；τ″1为有损部分所承受的剪切应力，其值等于残余强度τ″1＝τr；
根据滑移等效性假说
k’1指切向有效应力对应的剪切刚度； s指任意滑移值，切向有效应力τ′1＝ks，k为剪切刚度，
τcr指粘结滑移曲线直线段中最大粘结强度；s0指粘结滑移曲线中粘结强度为τcr时对应的滑移值，得到在推出试验条件下型钢与混凝土粘结界面的粘结强度τ-滑移s关系式表达为：
τ＝ks(1-D)+τrD 式7
由此损伤变量D表示为：
结合第二方面的实施例，在一些实施例中，根据式2损伤变量的定义，则可将损伤变量进一步表达为
式9：0≤n≤t，所以损伤变量D∈[0,1]；
粘结滑移破坏是一个从局部开始、渐进演化的过程，最弱处首先产生缺陷，并不断衍生新缺陷，最终导致破坏，因此，将界面粘结破坏的损伤演化过程看成是无损微元不断转化为有损微元的过程，则一个小的滑移s过程中，新的有损微元的数量n(s+Δs)是原有数量n(s)加上在Δs内由无损微元转化为有损微元的数量，即
n(s+Δs)＝n(s)+pm(s)Δs＝n(s)+p(t-n(s))Δs 式
式中：p为无损微元转化为有损微元的生成率；
界面间缺陷的增长与已存在缺陷密切相关，已有缺陷越多越容易生成新的缺陷，因此，有损微元的生成率p不再为常数，而是有损微元数量n(s)的增函数，设为
式12中：r为有损微元的自然生成率，即在没有限制的环境下的生成率；
将式12代入式11，得到有损微元的增长方程为
将式13改写为微分形式，即为
将损伤变量表达式9代入式14，可得到损伤变量D的微分表达式为
对式15进行积分，得到损伤演化方程的表达式为
式16中：a＝ln(t/n0-1)反映了初始损伤程度，n0为初始时刻有损微元的数量；r反映了损伤增长的快慢；
进一步将式16变换为
ln(1/D-1)＝a-rs 式17
按式8计算损伤变量，将计算结果代入式17，并进行线性拟合，就得到参数α和r的值，即可得出损伤演化方程。
第三方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当上述一个或多个程序被上述一个或多个处理器执行，使得上述一个或多个处理器实现如第一方面上述的基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法。
第四方面，本公开实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面上述的基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法的步骤。
本公开实施例提供的基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法，该方法考虑型钢与混凝土粘结滑移的残余强度确定了新型损伤模型，同时基于滑移等效假说得到粘结滑移过程中损伤变量。在此基础上，进一步提出了基于有损微元生成的损伤演化模型，建立了型钢与混凝土粘结滑移损伤本构模型。该模型能够统一描述粘结滑移曲线峰前及峰后全部特性及其损伤演化规律，且损伤方程形式简单、参数物理意义明确。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
图1是根据本公开的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法的一个实施例的流程图；
图2是根据本公开的一种型钢推出试验原理示意图；
图3是根据本公开的粘结滑移典型曲线图；
图4是根据本公开的粘结界面单元受力分析图；
图5是根据本公开的粘结界面微单元受力分析图；
图6是根据本公开的微单元结构图；
图7是根据本公开的型钢与混凝土粘结滑移曲线；
图8是根据本公开的损伤变量D与粘结滑移s关系图；
图9是根据本公开的损伤演化本构与试验曲线对比图；
图10是根据本公开实施例提供的电子设备的基本结构的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
请参考图1，其示出了根据本公开的基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法的一个实施例的流程。该基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法，可以应用于型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算，但是并不进行限定。如图1所示，该型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法包括以下步骤：
步骤101，根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式；
在这里，型钢与混凝土界面粘结滑移本构关系主要依靠型钢推出试验获得(参见图2)，其典型粘结滑移曲线见图3，其一般分为上升段(OA)、破坏段(AB)、下降段(BC)、残余阶段(CD)。
推出过程混凝土与型钢之间的粘结界面会产生微元损伤。随着微观缺陷部位的逐渐发展，开始在宏观上影响材料的性能响应，导致宏观力学性能的劣化损伤。这里采用损伤力学理论中损伤变量来描述滑移过程引起的界面损伤。
取微元体如图4，假定S为微元粘结界面总面积，S1为损伤部分的面积，S2为未损伤区域面积，则得到式1。
S＝S1+S2 式1
由损伤力学，则可得到常用损伤变量表达式
D＝S1/S 式2
作用在未损伤区域有效剪应力为有效应力，表达式为
τ’＝P/S2 式3
式3中，P为推出试验中推力值，τ’为有效应力；
由静力平衡关系得到
P＝τS＝τ′S2 式4
式4中，τ为切向名义应力；
根据式1～4，得到式5
τ＝τ’(1-D) 式5
由式5可知，当粘结界面达到完全损伤(即D＝1)以后，界面所受名义应力τ＝0，显然与实际具有残余粘结强度τr不符。因此，本发明提出了新型损伤模型为：对名义应力进行修正，得到损伤模型为：
τ＝τ′1(1-D)+τ″1D 式6
式6中：τ为切向名义应力；τ′1为切向有效应力；τ″1为有损部分所承受的剪切应力，其值等于残余强度τ″1＝τr；该模型如图5所示，空白部分表示未损伤，阴影部分表示有损伤。
根据滑移等效性假说
切向有效应力τ′1＝ks，k’1指切向有效应力对应的剪切刚度；s指任意滑移值，k为剪切刚度，
(图3线性上升段OA斜率)，τcr指粘结滑移曲线直线段中最大粘结强度；s0指粘结滑移曲线中粘结强度为τcr时对应的滑移值，得到在推出试验条件下型钢与混凝土粘结界面的粘结强度τ-滑移s关系式表达为：
τ＝ks(1-D)+τrD 式7
由此损伤变量D表示为：
步骤102，假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等；无损微元转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说，根据损伤变量公式得到损伤演化方程。
在这里，在上节损伤变量定义的基础上，假设粘结界面由无数微元组成，仅包括无损和有损两种类型的微元，界面的微元总数为t(t→+∞)，如图6所示，白色部分表示无损微元，记其数量为m，阴影部分表示有损微元，记其数量为n，则有t＝m+n。并进一步假设：①微元的面积都相等，记为A0；②无损微元转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；③微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说。
根据式2损伤变量的定义，则可将损伤变量进一步表达为
式9：0≤n≤t，所以损伤变量D∈[0,1]；
粘结滑移破坏是一个从局部开始、渐进演化的过程，最弱处首先产生缺陷，并不断衍生新缺陷，最终导致破坏，因此，将界面粘结破坏的损伤演化过程看成是无损微元不断转化为有损微元的过程，则一个小的滑移s过程中，新的有损微元的数量n(s+Δs)是原有数量n(s)加上在Δs内由无损微元转化为有损微元的数量，即
n(s+Δs)＝n(s)+pm(s)Δs＝n(s)+p(t-n(s))Δs 式
式中：p为无损微元转化为有损微元的生成率；
界面间缺陷的增长与已存在缺陷密切相关，已有缺陷越多越容易生成新的缺陷，因此，有损微元的生成率p不再为常数，而是有损微元数量n(s)的增函数，设为
式12中：r为有损微元的自然生成率，即在没有限制的环境下的生成率；
将式12代入式11，得到有损微元的增长方程为
将式13改写为微分形式，即为
将损伤变量表达式9代入式14，可得到损伤变量D的微分表达式为
对式15进行积分，得到损伤演化方程的表达式为
式16中：a＝ln(t/n0-1)反映了初始损伤程度，n0为初始时刻有损微元的数量；r反映了损伤增长的快慢；
进一步将式16变换为
ln(1/D-1)＝a-rs 式17
按式8计算损伤变量，将计算结果代入式17，并进行线性拟合，就得到参数α和r的值，即可得出损伤演化方程。
步骤103，基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式。
将损伤演化方程式16代入式7，即可得到型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式为
下面结合具体示例对本申请进行说明，用以辅助理解本申请所公开的发明构思，但并不对本申请起限定作用。
为了验证此本构模型的合理性，对Zhang et.al《Bond-slip behavior betweencorroded I-shaped steel and concrete in a subsea tunnel》一文中的锈蚀型钢与混凝土界面粘结滑移τ-s曲线进行分析，验证过程详细分析了锈蚀率为3％型钢与混凝土界面的τ-s曲线(图7)。
根据图7，按照式(8)得到损伤变量D与粘结滑移s的关系见图8：
按上式8计算损伤变量，将计算结果代入式17，并进行线性拟合，就得到参数α和r，α＝4.4169、r＝3.7164。将α和r带入式(18)即可得到损伤演化方程(式19)，将其计算结果与试验结果对比(图9)，本文建立的本构方程与试验数据吻合良好，可以反映粘结滑移上升段、破坏段、下降段、残余段等特性，从而验证了本文损伤本构模型的合理性。
本公开实施例提供的基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法，该方法考虑型钢与混凝土粘结滑移的残余强度确定了新型损伤模型，同时基于滑移等效假说得到粘结滑移过程中损伤变量。在此基础上，进一步提出了基于有损微元生成的损伤演化模型，建立了型钢与混凝土粘结滑移损伤本构模型。该模型能够统一描述粘结滑移曲线峰前及峰后全部特性及其损伤演化规律，且损伤方程形式简单、参数物理意义明确。
进一步，作为对上述各图所示方法的实现，本公开提供了一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构确定装置，该装置实施例与图1所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
本实施例的基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构确定装置包括：损伤变量确定模块，所述损伤变量确定模块用于根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式；
损伤演化确定模块，所述损伤演化确定模块用于假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等；无损微元转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说，根据损伤变量公式得到损伤演化方程；
本构方程模块，所述本构方程模块用于基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式。
在一些可选的实施方式中，在一些实施例中，所述根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式，包括：
取微元体，假定S为微元粘结界面总面积，S1为损伤区域面积，S2为未损伤区域面积，则得到
S＝S1+S2 式1
由损伤力学，则可得到常用损伤变量表达式
D＝S1/S 式2
作用在未损伤区域有效剪应力为有效应力，表达式为
τ’＝P/S2 式3
式3中，P为推出试验中推力值，τ’为有效应力；
由静力平衡关系得到
P＝τS＝τ′S2 式4
式4中，τ为切向名义应力；
根据式1～4，得到式5
τ＝τ’(1-D) 式5
对名义应力进行修正，得到损伤模型为：
τ＝τ′1(1-D)+τ″1D 式6
式6中：τ为切向名义应力；τ′1为切向有效应力；τ″1为有损部分所承受的剪切应力，其值等于残余强度τ″1＝τr；
根据滑移等效性假说
k’1指切向有效应力对应的剪切刚度； s指任意滑移值，切向有效应力τ′1＝ks，k为剪切刚度，
τcr指粘结滑移曲线直线段中最大粘结强度；s0指粘结滑移曲线中粘结强度为τcr时对应的滑移值，得到在推出试验条件下型钢与混凝土粘结界面的粘结强度τ-滑移s关系式表达为：
τ＝ks(1-D)+τrD 式7
由此损伤变量D表示为：
根据式2损伤变量的定义，则可将损伤变量进一步表达为
式9：0≤n≤t，所以损伤变量D∈[0,1]；
粘结滑移破坏是一个从局部开始、渐进演化的过程，最弱处首先产生缺陷，并不断衍生新缺陷，最终导致破坏，因此，将界面粘结破坏的损伤演化过程看成是无损微元不断转化为有损微元的过程，则一个小的滑移s过程中，新的有损微元的数量n(s+Δs)是原有数量n(s)加上在Δs内由无损微元转化为有损微元的数量，即
n(s+Δs)＝n(s)+pm(s)Δs＝n(s)+p(t-n(s))Δs 式
式中：p为无损微元转化为有损微元的生成率；
界面间缺陷的增长与已存在缺陷密切相关，已有缺陷越多越容易生成新的缺陷，因此，有损微元的生成率p不再为常数，而是有损微元数量n(s)的增函数，设为
式12中：r为有损微元的自然生成率，即在没有限制的环境下的生成率；
将式12代入式11，得到有损微元的增长方程为
将式13改写为微分形式，即为
将损伤变量表达式9代入式14，可得到损伤变量D的微分表达式为
对式15进行积分，得到损伤演化方程的表达式为
式16中：a＝ln(t/n0-1)反映了初始损伤程度，n0为初始时刻有损微元的数量；r反映了损伤增长的快慢；
进一步将式16变换为
ln(1/D-1)＝a-rs 式17
按式8计算损伤变量，将计算结果代入式17，并进行线性拟合，就得到参数α和r的值，即可得出损伤演化方程。
下面参考图10，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD (平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图10示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，电子设备可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的程序或者从存储装置908加载到随机访问存储器(RAM)903中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM903中，还存储有电子设备900操作所需的各种程序和数据。处理装置901、ROM 902以及RAM 903 通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。
通常，以下装置可以连接至I/O接口905：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置906；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置 907；包括例如磁带、硬盘等的存储装置908；以及通信装置909。通信装置909可以允许电子设备与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图10示出了具有各种装置的电子设备，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置909从网络上被下载和安装，或者从存储装置908被安装，或者从ROM 6902被安装。在该计算机程序被处理装置901执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
需要说明的是，本公开的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如HTTP (HyperText TransferProtocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)，广域网(“WAN”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，ad hoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式；假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等；无损微元可以转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说，根据损伤变量公式得到损伤演化方程；基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网 (WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示出了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，模块的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，损伤变量确定模块还可以被描述为“用于根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式的模块”。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD) 等等。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
Claims (5)
1.一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构计算方法，其特征在于，所述方法包括：
根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式；
假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等；无损微元可以转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说，根据损伤变量公式得到损伤演化方程；
基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式；
其中，所述根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式，包括：
取微元体，假定S为微元粘结界面总面积，S1为损伤区域面积，S2为未损伤区域面积，则得到
S＝S1+S2 式1
由损伤力学，则可得到常用损伤变量表达式
D＝S1/S 式2
作用在未损伤区域有效剪应力为有效应力，表达式为
τ’＝P/S2 式3
式3中，P为推出试验中推力值，τ’为有效应力；
由静力平衡关系得到
P＝τS＝τ′S2 式4
式4中，τ为切向名义应力；
根据式1～4，得到式5
τ＝τ’(1-D) 式5
对名义应力进行修正，得到损伤模型为：
式6中：τ′1为切向有效应力；τ″1为有损部分所承受的剪切应力，其值等于残余强度，τ″1＝τr；
根据滑移等效性假说
k’1指切向有效应力对应的剪切刚度；s指任意滑移值，切向有效应力τ′1＝ks，k为剪切刚度，
τcr指粘结滑移曲线直线段中最大粘结强度；s0指粘结滑移曲线中粘结强度为τcr时对应的滑移值，得到在推出试验条件下型钢与混凝土粘结界面的粘结强度τ-滑移s关系式表达为：
τ＝ks(1-D)+τrD 式7
由此损伤变量D表示为：
假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等，具体为：
假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，界面的微元总数为t(t→+∞)，无损微元记其数量为m，有损微元记其数量为n，则有t＝m+n，微元的面积记为A0；
所述根据损伤变量公式得到损伤演化方程，包括：
根据式2损伤变量的定义，则可将损伤变量进一步表达为
式9：0≤n≤t，所以损伤变量D∈[0,1]；
粘结滑移破坏是一个从局部开始、渐进演化的过程，最弱处首先产生缺陷，并不断衍生新缺陷，最终导致破坏，因此，将界面粘结破坏的损伤演化过程看成是无损微元不断转化为有损微元的过程，则一个小的滑移s过程中，新的有损微元的数量n(s+Δs)是原有数量n(s)加上在Δs内由无损微元转化为有损微元的数量，即
n(s+Δs)＝n(s)+pm(s)Δs＝n(s)+p(t-n(s))Δs 式10
式中：p为无损微元转化为有损微元的生成率；
界面间缺陷的增长与已存在缺陷密切相关，已有缺陷越多越容易生成新的缺陷，因此，有损微元的生成率p不再为常数，而是有损微元数量n(s)的增函数，设为
式12中：r为有损微元的自然生成率，即在没有限制的环境下的生成率；
将式12代入式11，得到有损微元的增长方程为
将式13改写为微分形式，即为
将损伤变量表达式9代入式14，可得到损伤变量D的微分表达式为
对式15进行积分，得到损伤演化方程的表达式为
式16中：a＝ln(t/n0-1)反映了初始损伤程度，n0为初始时刻有损微元的数量；r反映了损伤增长的快慢；
进一步将式16变换为
ln(1/D-1)＝a-rs 式17
按式8计算损伤变量，将计算结果代入式17，并进行线性拟合，就可以得到参数α和r的值，即可得出损伤演化方程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式，包括：
将损伤演化方程式16代入式7，即可得到型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式为
3.一种基于损伤理论的型钢与混凝土界面粘结滑移本构确定装置，其特征在于，所述装置包括：
损伤变量确定模块，所述损伤变量确定模块用于根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式；
损伤演化确定模块，所述损伤演化确定模块用于假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等；无损微元转化为有损微元，但有损微元不能转化为无损微元，且该转化过程瞬时完成；微元受载变形破坏过程满足滑移等效性假说，根据损伤变量公式得到损伤演化方程；
本构方程模块，所述本构方程模块用于基于滑移等效性假说，根据损伤演化方程确定型钢与混凝土界面粘结滑移的本构方程表达式；
其中，所述根据型钢混凝土推出试验确定粘结滑移曲线，基于损伤力学理论中损伤变量确定滑移过程引起的界面损伤得到损伤变量公式，包括：
取微元体，假定S为微元粘结界面总面积，S1为损伤区域面积，S2为未损伤区域面积，则得到
S＝S1+S2 式1
由损伤力学，则可得到常用损伤变量表达式
D＝S1/S 式2
作用在未损伤区域有效剪应力为有效应力，表达式为
τ’＝P/S2 式3
式3中，P为推出试验中推力值，τ’为有效应力；
由静力平衡关系得到
P＝τS＝τ′S2 式4
式4中，τ为切向名义应力；
根据式1～4，得到式5
τ＝τ’(1-D) 式5
对名义应力进行修正，得到损伤模型为：
τ＝τ′1(1-D)+τ″1D 式6
式6中：τ′1为切向有效应力；τ″1为有损部分所承受的剪切应力，其值等于残余强度，τ″1＝τr；
根据滑移等效性假说
k’1指切向有效应力对应的剪切刚度；s指任意滑移值，切向有效应力τ′1＝ks，k为剪切刚度，
τcr指粘结滑移曲线直线段中最大粘结强度；s0指粘结滑移曲线中粘结强度为τcr时对应的滑移值，得到在推出试验条件下型钢与混凝土粘结界面的粘结强度τ-滑移s关系式表达为：
τ＝ks(1-D)+τrD 式7
由此损伤变量D表示为：
假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，并进一步假设：微元的面积都相等，具体为：
假设粘结界面由无数微元组成，分为无损和有损两种类型的微元，界面的微元总数为t(t→+∞)，无损微元记其数量为m，有损微元记其数量为n，则有t＝m+n，微元的面积记为A0；
所述根据损伤变量公式得到损伤演化方程，包括：
根据式2损伤变量的定义，则可将损伤变量进一步表达为
式9：0≤n≤t，所以损伤变量D∈[0,1]；
粘结滑移破坏是一个从局部开始、渐进演化的过程，最弱处首先产生缺陷，并不断衍生新缺陷，最终导致破坏，因此，将界面粘结破坏的损伤演化过程看成是无损微元不断转化为有损微元的过程，则一个小的滑移s过程中，新的有损微元的数量n(s+Δs)是原有数量n(s)加上在Δs内由无损微元转化为有损微元的数量，即
n(s+Δs)＝n(s)+pm(s)Δs＝n(s)+p(t-n(s))Δs 式10
式中：p为无损微元转化为有损微元的生成率；
界面间缺陷的增长与已存在缺陷密切相关，已有缺陷越多越容易生成新的缺陷，因此，有损微元的生成率p不再为常数，而是有损微元数量n(s)的增函数，设为
式12中：r为有损微元的自然生成率，即在没有限制的环境下的生成率；
将式12代入式11，得到有损微元的增长方程为
将式13改写为微分形式，即为
将损伤变量表达式9代入式14，可得到损伤变量D的微分表达式为
对式15进行积分，得到损伤演化方程的表达式为
式16中：a＝ln(t/n0-1)反映了初始损伤程度，n0为初始时刻有损微元的数量；r反映了损伤增长的快慢；
进一步将式16变换为
ln(1/D-1)＝a-rs 式17
按式8计算损伤变量，将计算结果代入式17，并进行线性拟合，就得到参数α和r的值，即可得出损伤演化方程。
4.电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1或2所述的方法。
5.一种计算机可读介质，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如权利要求1或2所述的方法。
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