CN115438720A - 管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents

管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、设备和存储介质 Download PDF

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CN115438720A
CN115438720A CN202210959250.2A CN202210959250A CN115438720A CN 115438720 A CN115438720 A CN 115438720A CN 202210959250 A CN202210959250 A CN 202210959250A CN 115438720 A CN115438720 A CN 115438720A
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corner
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黄林冲
张燕丽
梁禹
蒋凯
梁尔斌
王建伟
杜风华
李树良
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China Railway 14th Bureau Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供了管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、设备和存储介质，通过获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分得到若干个环向接头弯曲模式，再根据截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式，并根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式后，根据临界弯矩表达式生成环向接头内力分布区域图，以及在获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值后，根据实测弯矩值、实测轴力值和环向接头内力分布区域图得到实际环向接头弯曲模式的技术方案，能够充分考虑环向接头处的非线性特性，简单高效的得到各临界弯矩的高可靠性计算公式，根据工程中所获得的弯矩和轴力值在内力区域分布图中的位置确定接头的变形模式，从而能够高效指导工程。

Description

管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、设备和存储介质
技术领域
本发明涉及装配式车站施工监测技术领域，特别是涉及一种装配式车站的管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、计算机设备和存储介质。
背景技术
装配式车站结构是我国城市轨道交通工程中的一种新兴结构，也是我国在大力发展新型绿色建造方式的重要方向之一。装配式车站结构根据不同部位的承载和使用要求，将工厂所预制成型的构件通过环向接缝装配成整环结构，再将各个整环结构通过纵向接缝装配成整体车站结构，此方法具有建造效率高、节约能源、减少污染等特点，极大改善了地铁车站建造过程中常遇见的问题。
为保证预制构件接头部位的强度等级不低于预制构件的混凝土强度等级，其接头的连接方式一般采用榫槽和螺栓的固定方式。但是装配式车站相较于传统现浇车站，由于其环向接头的刚度不连续等现象，降低了其承受外部荷载时体现的整体性，使结构的整体抗力产生了一定程度的下降，其接头处的混凝土易于开裂，连接接头之间的螺栓也会因此而失效，即实际工程中环向接头的稳定性会直接影响装配式车站结构的安全性能，对环向接头处的受力状态和弯曲模式进行准确地监测分析具有重要的现实意义和工程应用价值。
然而，由于装配式结构环向接头处的非线性特性，现有针对环向接头的计算理论模型并不完善，更未见能够简单有效监测识别环向接头形变且能真正有效指导工程施工的环向接头弯曲模式识别方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种管片环向接头弯曲模式识别方法，通过实际工程测得的接头位置的实际弯矩值和实际轴力值，结合基于环向接头各个弯曲模式进行受力形变理论分析生成的内力分布区域图确定变形位置区域并进行接头弯曲模式识别，解决现有技术环向接头计算理论模型不完善问题的同时，简单高效的给出了各临界弯矩的高可靠性计算公式，实时准确地确定接头的变形模式，进而有效指导工程施工，为装配式车站结构的安全性能提供可靠保障。
为了实现上述目的，有必要针对上述技术问题，提供了一种管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、计算机设备和存储介质。
第一方面，本发明实施例提供了一种管片环向接头弯曲模式识别方法，所述方法包括以下步骤：
获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式；所述截面处参数信息包括截面尺寸参数和截面材料参数；
根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式；
根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式；
根据各个受力状态下的临界弯矩表达式，得到环向接头内力分布区域图；
获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值，并根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式。
进一步地，所述获取环向接头的截面处参数信息的步骤包括：
通过实际测量或者根据装配式车站设计图，得到所述截面尺寸参数；所述截面尺寸参数包括接头截面宽度、接头截面高度、接头长度、螺栓离受压区混凝土边缘的高度和螺栓有效面积；
根据材料物理性能标准，得到所述截面材料参数；所述截面材料参数包括混凝土弹性模量、螺栓弹性模量、螺栓屈服强度和混凝土受压屈服强度。
进一步地，所述根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式的步骤包括：
根据环向接头接缝处的接触状态和环向接头连接材料的受力阶段，对所述环向接头弯曲模式进行划分，得到所述环向接头弯曲模式；所述环向接头弯曲模式包括第一弯曲模式、第二弯曲模式、第三弯曲模式、第四弯曲模式和第五弯曲模式；
所述第一弯曲模式为环向接头未张开的接缝全部接触状态；
所述第二弯曲模式为环向接头张开且螺栓未承受拉力状态；
所述第三弯曲模式为螺栓承受弹性拉力状态；
所述第四弯曲模式为螺栓承受塑性拉力且混凝土受压区弹性受力状态；
所述第五弯曲模式为凝土受压区进入塑性状态。
进一步地，所述根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式的步骤包括：
根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，确定各个环向接头弯曲模式的力平衡条件和变形协调条件；
根据各个环向接头弯曲模式的力平衡条件和变形协调条件，得到对应的弯矩转角表达式。
进一步地，所述弯矩转角表达式包括第一弯矩转角表达式、第二弯矩转角表达式、第三弯矩转角表达式、第四弯矩转角表达式和第五弯矩转角表达式；
所述根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式的步骤包括：
根据各个环向接头弯曲模式的弯矩转角表达式和对应的临界状态，得到对应的临界接头转角；所述临界接头转角包括接头临界分离转角、螺栓临界受力转角、螺栓临界屈服转角和混凝土受压区上缘处临界塑性转角；
根据所述临界接头转角和弯矩转角表达式，确定各个受力状态下的相邻环向接头弯曲模式间的临界弯矩表达式。
进一步地，所述轴力类型包括压力、0和拉力，与之对应的受力状态包括压弯受力状态、纯弯受力状态和拉弯受力状态；
所述根据所述临界接头转角和弯矩转角表达式，确定各个受力状态下的相邻环向接头弯曲模式间的临界弯矩表达式的步骤包括：
当所述轴力类型为压力时，根据所述第一弯矩转角表达式、第二弯矩转角表达式和接头临界分离转角，确定第一临界弯矩表达式，并根据所述第二弯矩转角表达式、第三弯矩转角表达式和所述螺栓临界受力转角，确定第二临界弯矩表达式；所述第一临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000041
其中，MY1表示作用在环向接头处的第一临界正弯矩；N表示作用在环向接头处的轴向力，N>0；H表示接头截面高度；
所述第二临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000042
其中，MY2表示作用在环向接头处的第二临界正弯矩；hb表示螺栓距离受压区边缘处的高度；
当所述轴力类型为0时，根据所述第三弯矩转角表达式、第四弯矩转角表达式和螺栓临界屈服转角，确定第三临界弯矩表达式；所述第三临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000043
其中，MC表示作用在环向接头处的第三临界正弯矩；hb表示螺栓距离受压区边缘处的高度；Eb表示螺栓的弹性模量；Ec表示混凝土弹性模量；Tb表示螺栓屈服时所受的拉力；fb表示螺栓屈服时的应力；b表示接头截面宽度；
当所述轴力类型为拉力时，根据所述第四弯矩转角表达式、第五弯矩转角表达式和混凝土受压区上缘处临界塑性转角，确定第四临界弯矩表达式；所述第四临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000051
其中，ML表示作用在环向接头处的第四临界正弯矩；σb表示混凝土进入塑性时的应力。
进一步地，所述根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式的步骤包括：
根据所述实测弯矩值和实测轴力值，得到对应的环向接头内力坐标值；
根据所述环向接头内力坐标值，确定对应于所述环向接头内力分布区域图的实际变形位置区域；
根据所述实际变形位置区域，得到对应的实际环向接头弯曲模式。
第二方面，本发明实施例提供了一种管片环向接头弯曲模式识别系统，所述系统包括：
模式划分模块，用于获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式；所述截面处参数信息包括截面尺寸参数和截面材料参数；
形变分析模块，用于根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式；
临界分析模块，用于根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式；
内力图生成模块，用于根据各个受力状态下的临界弯矩表达式，得到环向接头内力分布区域图；
模式识别模块，用于获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值，并根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
上述本申请提供了一种管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、计算机设备及存储介质，通过所述方法，实现了获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分得到若干个环向接头弯曲模式，再根据截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式，并根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式后，根据临界弯矩表达式生成环向接头内力分布区域图，以及在获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值后，根据实测弯矩值、实测轴力值和环向接头内力分布区域图得到实际环向接头弯曲模式的技术方案。与现有技术相比，该管片环向接头弯曲模式识别方法，能够充分考虑环向接头处的非线性特性，基于力平衡条件和变形协调条件建立受力形变分析模型，解决现有技术环向接头计算理论模型不完善问题的同时，简单高效的给出了各临界弯矩的高可靠性计算公式，实时准确地确定环向接头的变形模式，进而有效指导工程施工，为装配式车站结构的安全性能提供可靠保障。
附图说明
图1是本发明实施例中管片环向接头弯曲模式识别方法的应用场景示意图；
图2是本发明实施例中管片环向接头弯曲模式识别方法的流程示意图；
图3是本发明实施例中管片环向接头结构及尺寸示意图；
图4中a和b分别表示图3示出的管片环向接头在第一弯曲模式下的受力与变形分布示意图；
图5中a和b分别表示图3示出的管片环向接头在第二弯曲模式下的受力与变形分布示意图；
图6中a和b分别表示图3示出的管片环向接头在第三弯曲模式下的受力与变形分布示意图；
图7中a和b分别表示图3示出的管片环向接头在第四弯曲模式下的受力与变形分布示意图；
图8中a和b分别表示图3示出的管片环向接头在第五弯曲模式下的受力与变形分布示意图；
图9中a和b分别表示图3示出的管片环向接头对应的接头内力分布区域示意图；
图10是本发明实施例中管片环向接头弯曲模式识别系统的结构示意图；
图11是本发明实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明，显然，以下所描述的实施例是本发明实施例的一部分，仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的管片环向接头弯曲模式识别方法可以应用于如图1所示的终端或服务器上。其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。本发明考虑到榫槽式等接头结构形式对接头的抗弯刚度影响较小，为了方便计算理论模型的建立，服务器或终端可按照本发明的管片环向接头弯曲模式识别方法预先基于采集的实际监测工程中环向接头的截面处参数信息，采用具有代表性的平截面与螺栓固定方式进行理论模型推导生成对应的内力分布区域图，再结合通过布置在环向接头位置的应变计实时采集的弯矩值和轴力值进行简单、高效且可靠的弯曲模式识别，用于服务器或终端的其他应用需求，以有效指导工程施工；下述实施例将对本发明的管片环向接头弯曲模式识别方法进行详细说明。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种管片环向接头弯曲模式识别方法，包括以下步骤：
S11、获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式；所述截面处参数信息包括截面尺寸参数和截面材料参数，用于环向接头的理论模型推导使用；其中，环向接头如图3所示，对应获取环向接头的截面处参数信息的步骤包括：
通过实际测量或者根据装配式车站设计图，得到所述截面尺寸参数；所述截面尺寸参数包括接头截面宽度、接头截面高度、接头长度、螺栓离受压区混凝土边缘的高度和螺栓有效面积；
根据材料物理性能标准，得到所述截面材料参数；所述截面材料参数包括混凝土弹性模量、螺栓弹性模量、螺栓屈服强度和混凝土受压屈服强度；
需要说明的是，上述截面尺寸参数和截面材料参数是对应与平截面与螺栓固定方式的环向接头给出的，实际应用中可根据工程实际所用的接头结构对参数内容进行调整，并不影响本发明识别方法的应用效果；
预设分类标准原则上可根据实际应用分析需求确定，本实施例为了提高理论建模分析的可靠性，优选根据实际应用中可能出现的环向接头接缝处的不同接触状态和环向接头连接材料的不同受力阶段，对环向接头弯曲模式进行划分，得到具有代表性的弯曲模式分类标准；具体地，所述根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式的步骤包括：
根据环向接头接缝处的接触状态和环向接头连接材料的受力阶段，对所述环向接头弯曲模式进行划分，得到所述环向接头弯曲模式；所述环向接头弯曲模式包括第一弯曲模式、第二弯曲模式、第三弯曲模式、第四弯曲模式和第五弯曲模式；所述第一弯曲模式为环向接头未张开的接缝全部接触状态；所述第二弯曲模式为环向接头张开且螺栓未承受拉力状态；所述第三弯曲模式为螺栓承受弹性拉力状态；所述第四弯曲模式为螺栓承受塑性拉力且混凝土受压区弹性受力状态；所述第五弯曲模式为凝土受压区进入塑性状态。
通过上述步骤得到装配式结构管片环向接头弯曲模式分类后，就以此为基础对各种接头弯曲模式进行受力形变协调分析，按照下述方法步骤建立理论计算模型。
S12、根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式；
其中，受力变形状态分析可理解为分析环向接头受正弯矩和轴力共同作用时截面受力和变形状态，以及受压区域的压力和受压区域的形变量，基于力的平衡条件和变形协调条件建立模型进行理论分析。具体地，所述根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式的步骤包括：
根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，确定各个环向接头弯曲模式的力平衡条件和变形协调条件；
根据各个环向接头弯曲模式的力平衡条件和变形协调条件，得到对应的弯矩转角表达式；
具体地，对上述5种环向接头弯曲模式进行受力分析及其变形协调分析，得到各个弯曲模式对应的弯矩转角表达式的过程如下：
第一弯曲模式分析：
根据图4所示的第一弯曲模式下环向接头受正弯矩M和轴力N作用时左截面的受力和变形状态、受压区域的压力Ecε1b和Ecε2b、以及受压区域的变形量ε1B和ε2B，根据力的平衡条件和变形协调条件可得：
Figure BDA0003792390180000101
Figure BDA0003792390180000102
其中，N表示作用在环向接头处的轴向力，假设压力为正；Ec表示混凝土弹性模量；b表示接头截面宽度；ε1表示环向接头处于压弯受力状态且接头还未张开时上缘处的应变；ε2表示环向接头处于压弯受力状态且接头还未张开时下缘处的应变；H表示环向接头截面高度；θ表示环向接头在轴力和弯矩作用下产生的转角；B表示环向接头长度；M表示作用在环向接头处的正弯矩；
将(1)与(2)联立可得(3)式示出的弯矩转角表达式：
Figure BDA0003792390180000103
且由式(3)可以看出环向接头在第一弯曲模式中，其弯矩与转角之间为线性关系。
第二弯曲模式分析：
根据图5所示的第二弯曲模式下环向接头受正弯矩M和轴力N作用下的受力与变形状态，此时环向接头出现轻微的张开，接头下缘处由于开裂而不受力，且受拉区还未延伸至螺栓处，螺栓还未受力，受压区高度为h，根据力的平衡条件和变形协调条件可得：
Figure BDA0003792390180000111
Figure BDA0003792390180000112
其中，ε表示环向接头张开时上缘处的应变；h表示环向接头张开时的受压区高度；
将(4)与(5)联立可得(6)式示出的弯矩转角表达式：
Figure BDA0003792390180000113
且由式(6)可以看出环向接头在第二弯曲模式中，其弯矩与转角之间为非线性关系，且此时弯矩与转角之间的关系受到轴力的影响。
第三弯曲模式分析：
根据图6所示的第三弯曲模式下环向接头受正弯矩M和轴力N作用下的受力与变形状态，螺栓受到拉力T且变形量为ε'B，根据力的平衡条件和变形协调条件可得：
Figure BDA0003792390180000114
Figure BDA0003792390180000115
其中，ε′表示环向接头张开时，螺栓处的应变；hb表示螺栓距离受压区边缘处的高度；T表示环向接头张开时，螺栓所受的拉力；Ag表示螺栓孔的面积；Eb表示螺栓的弹性模量；
将(7)与(8)联立可得(9)式示出的弯矩转角表达式：
Figure BDA0003792390180000121
式中，
Figure BDA0003792390180000122
且由式(9)可以看出环向接头在第三弯曲模式中，当轴力N不为0时，其弯矩与转角之间为非线性关系。
第四弯曲模式分析：
根据图7所示的第四弯曲模式下环向接头受正弯矩M和轴力N作用下的受力与变形状态，此时螺栓已屈服，根据螺栓材料的理想弹塑性假设，在此弯曲模式下螺栓的拉力恒为Tb，根据力的平衡条件和变形协调条件可得：
Figure BDA0003792390180000123
Figure BDA0003792390180000124
其中，Tb表示螺栓屈服时所受的拉力；
将(10)与(11)联立可得(12)式示出的弯矩转角表达式：
Figure BDA0003792390180000125
且由式(12)中可以看出环向接头在第四弯曲模式中，其弯矩与转角之间为非线性关系。
第五弯曲模式分析：
根据图8所示的第五弯曲模式下环向接头受正弯矩M和轴力N作用下的受力与变形状态，此时混凝土受压区进入塑性阶段，根据混凝土材料的理想弹塑性假设，混凝土进入塑性阶段的区域h1随着接头的张开而逐渐向下延伸，根据力的平衡条件和变形协调条件可得：
Figure BDA0003792390180000131
Figure BDA0003792390180000132
其中，σb表示混凝土进入塑性时的应力；h1表示环向接头受压区进入塑性的区域高度；
将(13)与(14)联立可得(15)式示出的弯矩转角表达式：
Figure BDA0003792390180000133
且由式(15)中可以看出环向接头在第五弯曲模式中，其弯矩与转角之间为非线性关系。
综上所述，上述5种弯曲模式对应的弯矩转角计算公式如下：
Figure BDA0003792390180000134
S13、根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式；其中，弯矩转角表达式包括分别如上式(3)、(6)、(9)、(12)、(15)所示的第一弯矩转角表达式、第二弯矩转角表达式、第三弯矩转角表达式、第四弯矩转角表达式和第五弯矩转角表达式；具体地，所述根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式的步骤包括：
根据各个环向接头弯曲模式的弯矩转角表达式和对应的临界状态，得到对应的临界接头转角；所述临界接头转角包括接头临界分离转角、螺栓临界受力转角、螺栓临界屈服转角和混凝土受压区上缘处临界塑性转角；
具体地，可理解为：
在第一种弯曲模式下，当式(1)中所示ε2为0时，环向接头处于临界分离的状态，将ε2＝0代入式(1)和式(2)中可得环向接头临界分离时环向接头的转角，即接头临界分离转角为：
Figure BDA0003792390180000141
在第二种弯曲模式下，当接头受拉区延伸至螺栓处，螺栓处于临界受力状态，将h＝hb代入式(4)和式(5)中可得螺栓临界受力时环向接头的转角，即螺栓临界受力转角为：
Figure BDA0003792390180000142
在第三种弯曲模式下，当接头继续张开，螺栓承受的拉力随之增大，直至螺栓开始屈服，将螺栓屈服时所受的拉力Tb＝fbAg代入式(7)和式(8)中可得螺栓临界屈服时接头的转角，即螺栓临界屈服转角为：
Figure BDA0003792390180000143
其中，fb表示螺栓屈服时的应力；
在第四种弯曲模式下，当接头继续张开，受压区混凝土承受的拉力随之增大，直至混凝土受压区上缘处进入塑性阶段，将混凝土进入塑性时的应变εb＝σb/Ec代入式(10)和式(11)中的应变ε可得混凝土受压区上缘处临界塑性阶段时接头的转角，即混凝土受压区上缘处临界塑性转角为：
Figure BDA0003792390180000144
根据所述临界接头转角和弯矩转角表达式，确定各个受力状态下的相邻环向接头弯曲模式间的临界弯矩表达式；其中，轴力类型包括压力、0和拉力，与之对应的受力状态包括压弯受力状态、纯弯受力状态和拉弯受力状态；具体地，所述根据所述临界接头转角和弯矩转角表达式，确定各个受力状态下的相邻环向接头弯曲模式间的临界弯矩表达式的步骤包括：
当所述轴力类型为压力时，根据所述第一弯矩转角表达式、第二弯矩转角表达式和接头临界分离转角，确定第一临界弯矩表达式，并根据所述第二弯矩转角表达式、第三弯矩转角表达式和所述螺栓临界受力转角，确定第二临界弯矩表达式；所述第一临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000151
其中，MY1表示作用在环向接头处的第一临界正弯矩；N表示作用在环向接头处的轴向力，N>0；H表示接头截面高度；
所述第二临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000152
其中，MY2表示作用在环向接头处的第二临界正弯矩；hb表示螺栓距离受压区边缘处的高度；
具体地，轴力为压力的分析过程为：
考虑计算理论模型中所施加的弯矩均为正弯矩，由式(16)中可以看出第一弯曲模式I和第二弯曲模式II中的轴力均为压力，当环向接头处于临界分离状态，即θ＝θ1时，将(17)式代入可得如式(21)所示的第一弯曲模式I和第二弯曲模式II的临界弯矩计算公式；
当环向接头处于螺栓临界受力状态，即θ＝θ2时，将(18)式代入可得如式(22)所示的第二弯曲模式II和第三弯曲模式III的临界弯矩计算公式；
当环向接头处于螺栓临界屈服状态，即θ＝θ3时，发现第三弯曲模式III和第四弯曲模式IV无临界弯矩。
当所述轴力类型为0时，根据所述第三弯矩转角表达式、第四弯矩转角表达式和螺栓临界屈服转角，确定第三临界弯矩表达式；所述第三临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000161
其中，MC表示作用在环向接头处的第三临界正弯矩；hb表示螺栓距离受压区边缘处的高度；Eb表示螺栓的弹性模量；Ec表示混凝土弹性模量；Tb表示螺栓屈服时所受的拉力；fb表示螺栓屈服时的应力；b表示接头截面宽度；
具体地，轴力为0的分析过程为：
当环向接头处于螺栓临界屈服状态，即θ＝θ3时，将(19)式代入，可得到如(23)式所示的第三弯曲模式III和第四弯曲模式IV的临界弯矩计算公式；
当所述轴力类型为拉力时，根据所述第四弯矩转角表达式、第五弯矩转角表达式和混凝土受压区上缘处临界塑性转角，确定第四临界弯矩表达式；所述第四临界弯矩表达式为：
Figure BDA0003792390180000162
其中，ML表示作用在环向接头处的第四临界正弯矩；σb表示混凝土进入塑性时的应力。
具体地，轴力为拉力的分析过程为：
当环向接头处于螺栓临界屈服状态，即θ＝θ3时，发现第三弯曲模式III和第四弯曲模式IV无临界弯矩；
当环向接头处于混凝土受压区上缘处临界塑性阶段，即θ＝θ4时，将(20)式代入，可得如(24)式所示的第四弯曲模式IV和第五弯曲模式V的临界弯矩计算公式。
综上所述，环向接头的弯曲变形随弯矩发展过程如表1所示：
表1弯曲模式随弯矩发展过程
Figure BDA0003792390180000171
S14、根据各个受力状态下的临界弯矩表达式，得到环向接头内力分布区域图；其中，环向接头内力分布区域图可理解将(21)-(24)对应的四个临界弯矩表达式按照弯矩为横坐标，轴力为纵坐标的方式绘制同一坐标系图上得到分布图，假设混凝土弹性模量Ec＝33GPa、螺栓的弹性模量Eb＝210GPa、螺栓的屈服强度fb＝900MPa、混凝土的受压屈服强度σb＝50MPa、接头截面宽度b＝0.016m、接头截面高度H＝0.25m、接头长度B＝1m、螺栓离受压区混凝土边缘的高度hb＝0.165m、螺栓的有效面积Ag＝7×10-4m2，即得到如图9所示的由临界弯矩表达式将坐标系第一象限划分的对应于不同弯曲模式的区域分布M-N图，且图中标识区域的I、II、III、IV和V分别与5类弯曲模式对应，可直接采用下述方法对后续施工过程中环向接头的受力状态和弯曲模式进行实时监测识别；需要说明的是，图9中的Mmax通过下述公式(25)得到，并在Mmax确定之后，根据上述临界弯矩表达式直接确定Nmax：
Figure BDA0003792390180000172
S15、获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值，并根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式；其中，实测弯矩值和实测轴力值可通过在环向接头位置安装应变计的方式实时获取，此处不作具体限制；
为了保证环向接头受力状态和弯曲模式识别的高效性，本实施例优选的采用坐标定位法来确定实际工程中环向接头的弯曲模式，及时可靠地指导工程施工；具体地，所述根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式的步骤包括：
根据所述实测弯矩值和实测轴力值，得到对应的环向接头内力坐标值；
根据所述环向接头内力坐标值，确定对应于所述环向接头内力分布区域图的实际变形位置区域；
根据所述实际变形位置区域，得到对应的实际环向接头弯曲模式；
具体地，可理解为，以实测轴力值和实测弯矩值分别为X和Y轴坐标值得到环向接头内力分布区域图上的一个坐标点位置，确定环向接头内力坐标值，再根据环向接头内力坐标值在环向接头内力分布区域图上的所属的区域确定实际变形位置区域，最后，根据环向接头内力分布区域图上不同区域与接头弯曲模式的对应的关系，直接识别出当前环向接头的实际环向接头弯曲模式，并且基于上述临界弯曲表达式的确定过程，可直接根据所属环向接头内力分布区域图的区域位置反推出当前环向接头的受力状态。
需要说明的是，虽然本发明上述方案采用的是具有代表性的平截面与螺栓固定方式进行理论模型推导，但由于实际工程中接头处环氧树脂的抗拉强度大于混凝土的抗拉强度，接头接触面受拉后，环氧树脂粘结面并不会与被粘结的混凝土分离，因此，包括凹凸榫面的接头截面在承载过程中保持为平面，仍然可以使用本发明方法进行分析识别；
本申请实施例通过预先根据环向接头接缝处的接触状态和环向接头连接材料的受力阶段划分得到环向接头弯曲模式，再根据环向接头的截面处参数信息对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，结合各个环向接头弯曲模式的力平衡条件、变形协调条件和对应的临界条件建立各临界弯矩模型并依此生成对应的内力分布区域图，用于根据实际工程测得的接头位置处实际弯矩值和实际轴力值进行形变位置区域确定，进而得到对应的弯曲模式和受力状态的技术方案，能够充分考虑环向接头处的非线性特性，基于力平衡条件和变形协调条件建立受力形变分析模型，解决现有技术环向接头计算理论模型不完善问题的同时，简单高效的给出了各临界弯矩的高可靠性计算公式并生成合理有效的内力分布区域图，通过坐标点定位方法简单、实时且准确地确定环向接头的变形模式，为工程施工提供合理有效的指导，进而为装配式车站结构的安全性能提供可靠保障。
需要说明的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种管片环向接头弯曲模式识别系统，所述系统包括：
模式划分模块1，用于获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式；所述截面处参数信息包括截面尺寸参数和截面材料参数；
形变分析模块2，用于根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式；
临界分析模块3，用于根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式；
内力图生成模块4，用于根据各个受力状态下的临界弯矩表达式，得到环向接头内力分布区域图；
模式识别模块5，用于获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值，并根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式。
关于一种管片环向接头弯曲模式识别系统的具体限定可以参见上文中对于一种管片环向接头弯曲模式识别方法的限定，在此不再赘述。上述一种管片环向接头弯曲模式识别系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
图11示出一个实施例中计算机设备的内部结构图，该计算机设备具体可以是终端或服务器。如图11所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示器和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种管片环向接头弯曲模式识别方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域普通技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
综上，本发明实施例提供的一种管片环向接头弯曲模式识别方法、系统、计算机设备及存储介质，其管片环向接头弯曲模式识别方法实现了获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分得到若干个环向接头弯曲模式，再根据截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式，并根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式后，根据临界弯矩表达式生成环向接头内力分布区域图，以及在获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值后，根据实测弯矩值、实测轴力值和环向接头内力分布区域图得到实际环向接头弯曲模式的技术方案，该方法能够充分考虑环向接头处的非线性特性，基于力平衡条件和变形协调条件建立受力形变分析模型，解决现有技术环向接头计算理论模型不完善问题的同时，简单高效的给出了各临界弯矩的高可靠性计算公式并生成合理有效的内力分布区域图，通过坐标点定位方法简单、实时且准确地确定环向接头的变形模式，为工程施工提供合理有效的指导，进而为装配式车站结构的安全性能提供可靠保障。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种管片环向接头弯曲模式识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式；所述截面处参数信息包括截面尺寸参数和截面材料参数；
根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式；
根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式；
根据各个受力状态下的临界弯矩表达式，得到环向接头内力分布区域图；
获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值，并根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式。
2.如权利要求1所述的管片环向接头弯曲模式识别方法，其特征在于，所述获取环向接头的截面处参数信息的步骤包括：
通过实际测量或者根据装配式车站设计图，得到所述截面尺寸参数；所述截面尺寸参数包括接头截面宽度、接头截面高度、接头长度、螺栓离受压区混凝土边缘的高度和螺栓有效面积；
根据材料物理性能标准，得到所述截面材料参数；所述截面材料参数包括混凝土弹性模量、螺栓弹性模量、螺栓屈服强度和混凝土受压屈服强度。
3.如权利要求1所述的管片环向接头弯曲模式识别方法，其特征在于，所述根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式的步骤包括：
根据环向接头接缝处的接触状态和环向接头连接材料的受力阶段，对所述环向接头弯曲模式进行划分，得到所述环向接头弯曲模式；所述环向接头弯曲模式包括第一弯曲模式、第二弯曲模式、第三弯曲模式、第四弯曲模式和第五弯曲模式；
所述第一弯曲模式为环向接头未张开的接缝全部接触状态；
所述第二弯曲模式为环向接头张开且螺栓未承受拉力状态；
所述第三弯曲模式为螺栓承受弹性拉力状态；
所述第四弯曲模式为螺栓承受塑性拉力且混凝土受压区弹性受力状态；
所述第五弯曲模式为凝土受压区进入塑性状态。
4.如权利要求1所述的管片环向接头弯曲模式识别方法，其特征在于，所述根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式的步骤包括：
根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，确定各个环向接头弯曲模式的力平衡条件和变形协调条件；
根据各个环向接头弯曲模式的力平衡条件和变形协调条件，得到对应的弯矩转角表达式。
5.如权利要求3所述的管片环向接头弯曲模式识别方法，其特征在于，所述弯矩转角表达式包括第一弯矩转角表达式、第二弯矩转角表达式、第三弯矩转角表达式、第四弯矩转角表达式和第五弯矩转角表达式；
所述根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式的步骤包括：
根据各个环向接头弯曲模式的弯矩转角表达式和对应的临界状态，得到对应的临界接头转角；所述临界接头转角包括接头临界分离转角、螺栓临界受力转角、螺栓临界屈服转角和混凝土受压区上缘处临界塑性转角；
根据所述临界接头转角和弯矩转角表达式，确定各个受力状态下的相邻环向接头弯曲模式间的临界弯矩表达式。
6.如权利要求5所述的管片环向接头弯曲模式识别方法，其特征在于，所述轴力类型包括压力、0和拉力，与之对应的受力状态包括压弯受力状态、纯弯受力状态和拉弯受力状态；
所述根据所述临界接头转角和弯矩转角表达式，确定各个受力状态下的相邻环向接头弯曲模式间的临界弯矩表达式的步骤包括：
当所述轴力类型为压力时，根据所述第一弯矩转角表达式、第二弯矩转角表达式和接头临界分离转角，确定第一临界弯矩表达式，并根据所述第二弯矩转角表达式、第三弯矩转角表达式和所述螺栓临界受力转角，确定第二临界弯矩表达式；所述第一临界弯矩表达式为：
Figure FDA0003792390170000031
其中，MY1表示作用在环向接头处的第一临界正弯矩；N表示作用在环向接头处的轴向力，N>0；H表示接头截面高度；
所述第二临界弯矩表达式为：
Figure FDA0003792390170000032
其中，MY2表示作用在环向接头处的第二临界正弯矩；hb表示螺栓距离受压区边缘处的高度；
当所述轴力类型为0时，根据所述第三弯矩转角表达式、第四弯矩转角表达式和螺栓临界屈服转角，确定第三临界弯矩表达式；所述第三临界弯矩表达式为：
Figure FDA0003792390170000033
其中，MC表示作用在环向接头处的第三临界正弯矩；hb表示螺栓距离受压区边缘处的高度；Eb表示螺栓的弹性模量；Ec表示混凝土弹性模量；Tb表示螺栓屈服时所受的拉力；fb表示螺栓屈服时的应力；b表示接头截面宽度；
当所述轴力类型为拉力时，根据所述第四弯矩转角表达式、第五弯矩转角表达式和混凝土受压区上缘处临界塑性转角，确定第四临界弯矩表达式；所述第四临界弯矩表达式为：
Figure FDA0003792390170000041
其中，ML表示作用在环向接头处的第四临界正弯矩；σb表示混凝土进入塑性时的应力。
7.如权利要求1所述的管片环向接头弯曲模式识别方法，其特征在于，所述根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式的步骤包括：
根据所述实测弯矩值和实测轴力值，得到对应的环向接头内力坐标值；
根据所述环向接头内力坐标值，确定对应于所述环向接头内力分布区域图的实际变形位置区域；
根据所述实际变形位置区域，得到对应的实际环向接头弯曲模式。
8.一种管片环向接头弯曲模式识别系统，其特征在于，所述系统包括：
模式划分模块，用于获取环向接头的截面处参数信息，并根据预设分类标准对环向接头弯曲模式进行划分，得到若干个环向接头弯曲模式；所述截面处参数信息包括截面尺寸参数和截面材料参数；
形变分析模块，用于根据所述截面处参数信息，对各个环向接头弯曲模式的环向接头进行受力变形状态分析，分别得到对应的弯矩转角表达式；
临界分析模块，用于根据各个弯矩转角表达式和不同的轴力类型，得到对应不同受力状态下的临界弯矩表达式；
内力图生成模块，用于根据各个受力状态下的临界弯矩表达式，得到环向接头内力分布区域图；
模式识别模块，用于获取实际工程中环向接头的实测弯矩值和实测轴力值，并根据所述实测弯矩值、实测轴力值和所述环向接头内力分布区域图，得到对应的实际环向接头弯曲模式。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一所述方法的步骤。
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