CN116720368B - 钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法，包括：获取试验数据；建立第一曲线；通过特征点计算特征点处的弯拉强度数据；建立第二曲线；将每个分段进行曲线拟合获取弯拉本构模型；将弯拉本构模型修正为抗拉本构模型。本发明钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法及系统，考虑了弓形钢纤维对混凝土的二次增强作用，在开裂脱粘段和脱粘段之间加入锚固增强段，对于现有的本构模型能起到较好的优化补充作用；本发明使用简单，所需参数较少，均可以通过常规切口梁试验获得，并通过弯拉本构模型间接转化求得，计算结果更准确更贴近实测结果，可为弓形钢纤维混凝土的设计分析提供参考，具有重要的工程应用价值。

Description

钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法及系统

技术领域

本发明涉及混凝土试验技术领域，具体涉及钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法及系统。

背景技术

混凝土作为现代工程建设中至关重要的组成部分，具有着材料来源广泛、抗压强度高和耐久性能好等突出特点，但其抗拉强度低、韧性差、易开裂等缺点也同样不可忽略，混凝土结构的破坏以受拉开裂破坏为主。通过在混凝土中掺入钢纤维的方式，可以很大程度的弥补混凝土的不足，达到增强、增韧和阻裂的作用，这种增强增韧效果在当掺入弓形钢纤维时更加明显，弓形钢纤维两端部的弯钩不仅可以更好地使其与混凝土基体锚固，还可以增加接触面积，因此弓形钢纤维的掺入对混凝土特性有着显著的影响。

掌握弓形钢纤维混凝土的破坏过程和增强机理并建立合理实用的本构关系，对于工程结构设计分析而言至关重要。目前现有的本构模型大多以平直型钢纤维为研究对象，并未考虑异型钢纤维对其力学性能和本构模型的影响，所提的模型并不一定适用于其他类型钢纤维(如弓形)。对于钢纤维混凝土单轴受拉本构模型的研究，目前大多采用的方法是开展钢纤维混凝土轴心受拉试验得到应力应变关系曲线，该方法虽然可以直接分析，获得单轴受拉本构模型，但受制于钢纤维在构件中的分布不均而导致受拉偏心等试验条件和试验手段的制约，往往操作困难且结果可能存在偏差。

近些年，国外研究学者通过间接分析法，建立了弯拉强度与抗拉强度的转换关系，将易得到的弯拉本构模型转换为抗拉本构模型，该方法有效避免了试验条件和手段的制约。但该方法未考虑弓形钢纤维的锚固作用，所建立的本构模型无法正确反映弓形钢纤维混凝土的力学特性。因此，在钢纤维混凝土广泛应用于大型建筑、隧道、桥梁和大坝等工程建设中的今天，提出一种能够高效、准确分析力学特性和损伤破坏规律的钢纤维混凝土本构模型的建立方法，是目前亟需解决的难题。

发明内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法及系统。

第一方面，本申请实施例提供了钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法，包括：

对弓形钢纤维混凝土试件进行单点加载切口梁试验获取试验数据；

从所述试验数据中提取荷载数据和裂口宽度数据，并根据所述荷载数据和所述裂口宽度数据直接的对应关系建立第一曲线；

从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据；

根据所述特征点处的所述弯拉强度数据和对应的所述裂口宽度数据建立第二曲线，并通过所述特征点将所述第二曲线进行分段；

将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型；

根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型。

在一种可能的实现方式中，从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据包括：

获取所述第一曲线中斜率变化超过预设值的点作为所述特征点；

根据下式计算所述特征点处的弯拉强度数据：

式中，f为所述特征点处残余的弯拉强度数据；F为所述特征点处的荷载数据；l为所述弓形钢纤维混凝土试件的跨度；b为所述弓形钢纤维混凝土试件的宽度；h为所述弓形钢纤维混凝土试件的有效高度，即所述特征点处对应的裂口顶端至所述弓形钢纤维混凝土试件顶部的距离。

在一种可能的实现方式中，通过所述特征点将所述第二曲线进行分段包括：

将所述第二曲线依次分为理想粘结段、开裂脱粘段、锚固增强段和脱粘段；

其中：

所述理想粘结段为所述弯拉强度随着裂口宽度的增加呈正比例关系增大直至第一峰值的区间；

所述开裂脱粘段为所述理想粘结段后随着所述裂口宽度增大，所述弯拉强度呈减小趋势直至谷值的区间；

所述锚固增强段为所述开裂脱粘段后所述荷载数据随所述裂口宽度的增加而增大直至第二峰值的区间；

所述脱粘段为所述锚固增强段后所述荷载数据随着所述裂口宽度的增加而减小至钢纤维拔出的区间。

在一种可能的实现方式中，将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型包括：

根据下式对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合：

根据下式对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合：

式中，σ为所述弯拉本构模型中任一应变ε对应的弯拉强度；ε_l为区段内的左侧应变；σ_l为区段内左侧应变对应的应力；ε_r为区段内的右侧应变；σ_r为区段内右侧应变对应的应力；a₀,a₁,a₂,a₃,m,n为待定拟合系数；其中ε_l和ε_r根据对应的裂口宽度和所述弓形钢纤维混凝土试件的特征长度的比值计算；h为所述弓形钢纤维混凝土试件高度。

在一种可能的实现方式中，将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型包括：

将对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段、所述锚固增强段和所述脱粘段分别拟合后的关系函数作为所述弯拉本构模型：

式中，ε_a为所述理想粘结段和所述开裂脱粘段之间特征点对应的应变，ε_b为所述开裂脱粘段和所述锚固增强段之间特征点对应的应变，ε_c为所述锚固增强段和所述脱粘段之间特征点对应的应变，ε_d为所述脱粘段结束处特征点对应的应变，E为所述弓形钢纤维混凝土试件弹性阶段的弹性模量，f_L为ε_a对应的弯拉强度，f_R,0.2为ε_b对应的弯拉强度，f_R,2为ε_c对应的弯拉强度。

在一种可能的实现方式中，根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型包括：

在所述理想粘结段和所述开裂粘结段，将钢纤维混凝土开裂部分的残余抗拉强度假定为常数，并根据弯拉强度对应的开裂高度计算弯拉强度和抗拉强度的转化关系；

在所述锚固增强段，假定开裂高度的变化和弯拉强度的变化的绝对值呈正比，并假定ε_b对应的残余抗拉强度符合第三曲线；所述第三曲线为弯拉强度f_L对应抗拉强度和弯拉强度f_R,1对应抗拉强度所确定的曲线；通过计算各弯拉强度对应的开裂高度计算各特征点的抗拉强度，并将计算结果作为弯拉强度和抗拉强度的转化关系。

第二方面，本申请实施例公开了钢纤维混凝土抗拉本构模型建立系统，包括：

试验模块，被配置为对弓形钢纤维混凝土试件进行单点加载切口梁试验获取试验数据；

提取模块，被配置为从所述试验数据中提取荷载数据和裂口宽度数据，并根据所述荷载数据和所述裂口宽度数据直接的对应关系建立第一曲线；

特征点模块，被配置为从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据；

分段模块，被配置为根据所述特征点处的所述弯拉强度数据和对应的所述裂口宽度数据建立第二曲线，并通过所述特征点将所述第二曲线进行分段；

弯拉本构模块，被配置为将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型；

抗拉本构模块，被配置为根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型。

在一种可能的实现方式中，所述特征点模块还被配置为：

获取所述第一曲线中斜率变化超过预设值的点作为所述特征点；

根据下式计算所述特征点处的弯拉强度数据：

式中，f为所述特征点处残余的弯拉强度数据；F为所述特征点处的荷载数据；l为所述弓形钢纤维混凝土试件的跨度；b为所述弓形钢纤维混凝土试件的宽度；h为所述弓形钢纤维混凝土试件的有效高度，即所述特征点处对应的裂口顶端至所述弓形钢纤维混凝土试件顶部的距离。

在一种可能的实现方式中，所述分段模块还被配置为：

将所述第二曲线依次分为理想粘结段、开裂脱粘段、锚固增强段和脱粘段；

其中：

所述理想粘结段为所述弯拉强度随着裂口宽度的增加呈正比例关系增大直至第一峰值的区间；

所述开裂脱粘段为所述理想粘结段后随着所述裂口宽度增大，所述弯拉强度呈减小趋势直至谷值的区间；

所述锚固增强段为所述开裂脱粘段后所述荷载数据随所述裂口宽度的增加而增大直至第二峰值的区间；

所述脱粘段为所述锚固增强段后所述荷载数据随着所述裂口宽度的增加而减小至钢纤维拔出的区间。

在一种可能的实现方式中，弯拉本构模块还被配置为：

根据下式对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合：

根据下式对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合：

式中，σ为所述弯拉本构模型中任一应变ε对应的弯拉强度；ε_l为区段内的左侧应变；σ_l为区段内左侧应变对应的应力；ε_r为区段内的右侧应变；σ_r为区段内右侧应变对应的应力；a₀,a₁,a₂,a₃,m,n为待定拟合系数；其中ε_l和ε_r根据对应的裂口宽度和所述弓形钢纤维混凝土试件的特征长度的比值计算；h为所述弓形钢纤维混凝土试件高度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法及系统，考虑了弓形钢纤维对混凝土的二次增强作用，在开裂脱粘段和脱粘段之间加入锚固增强段，对于现有的本构模型能起到较好的优化补充作用；本发明使用简单，所需参数较少，均可以通过常规切口梁试验获得，并通过弯拉本构模型间接转化求得，计算结果更准确更贴近实测结果，可为弓形钢纤维混凝土的设计分析提供参考，具有重要的工程应用价值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本申请实施例方法步骤示意图；

图2为本申请实施例中切口梁试验所得弓形钢纤维掺量为30kg/m³组部分构件的荷载-裂口宽度曲线；

图3为本申请实施例通过各特征点弯拉强度平均值绘制而成的简化弯拉强度-裂口宽度曲线；

图4为本申请实施例中钢纤维混凝土弯拉本构关系理论曲线；

图5为本申请实施例中拟合及修正得到的弓形钢纤维掺量为30kg/m³的拟合曲线和试验曲线；

图6为本申请实施例利用弯拉本构转化的考虑弓形钢纤维二次增强作用的本构模型曲线。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请实施例的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其它操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请结合参阅图1，为本发明实施例所提供的钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法的流程示意图，所述钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法具体可以包括以下步骤S1-步骤S6所描述的内容。

S1：对弓形钢纤维混凝土试件进行单点加载切口梁试验获取试验数据；

S2：从所述试验数据中提取荷载数据和裂口宽度数据，并根据所述荷载数据和所述裂口宽度数据直接的对应关系建立第一曲线；

S3：从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据；

S4：根据所述特征点处的所述弯拉强度数据和对应的所述裂口宽度数据建立第二曲线，并通过所述特征点将所述第二曲线进行分段；

S5：将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型；

S6：根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型。

本申请实施例实施时，需要先获取试验数据，其中单点加载切口梁试验属于现有技术，本申请实施例在此不多做复述，本申请实施例只是需要使用其所产生的试验数据。应当理解的是，荷载数据和裂口宽度数据应当是对应的，即裂口宽度数据应当是在该荷载数据下所产生的裂开宽度。基于此可以建立第一曲线。

在第一曲线使用的过程中，不同于普通的钢筋混凝土，钢纤维混凝土的变形破坏规律会受到多种综合因素的影响从而呈现多个不同的破坏区间，所以在本申请实施例中，需要通过特征点划分这些破坏区间，应当理解的是，特征点可以划分这些区间，也可以作为这些区间中的数据补充。通过这些特征点对应的数据可以计算特征点处的弯拉强度数据。基于这些弯拉强度数据，可以生成第二曲线，进而通过特征点对第二曲线进行分段拟合形成弯拉本构模型，弯拉本构模型是一种分段函数，从而可以更好的表征出钢纤维混凝土在变形破坏过程中的应力应变关系。通过将弯拉本构模型中的弯拉强度转化为抗拉强度既可将弯拉本构模型修正为抗拉本构模型。

在一种可能的实现方式中，从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据包括：

获取所述第一曲线中斜率变化超过预设值的点作为所述特征点；

根据下式计算所述特征点处的弯拉强度数据：

式中，f为所述特征点处残余的弯拉强度数据；F为所述特征点处的荷载数据；l为所述弓形钢纤维混凝土试件的跨度；b为所述弓形钢纤维混凝土试件的宽度；h为所述弓形钢纤维混凝土试件的有效高度，即所述特征点处对应的裂口顶端至所述弓形钢纤维混凝土试件顶部的距离。

本申请实施例实施时，在上述实施例基础上，请参阅图2，示出了第一曲线，即荷载-裂口宽度曲线；在该曲线中，取裂口宽度为0，0.05mm，0.2mm，0.5mm，1.5mm，2.5mm，3.5mm所对应的点作为特征点利用外荷载基于上式计算各裂口宽度对应的弯拉强度f_R,j，并依次记为0、f_L、f_R,0.2、f_R,1、f_R2,、f_R,3、f_R,4。然后计算得到各特征点弯拉强度平均值并绘制简化的弯拉强度-裂口宽度曲线，即第二曲线，见图3。

在一种可能的实现方式中，通过所述特征点将所述第二曲线进行分段包括：

将所述第二曲线依次分为理想粘结段、开裂脱粘段、锚固增强段和脱粘段；

其中：

所述理想粘结段为所述弯拉强度随着裂口宽度的增加呈正比例关系增大直至第一峰值的区间；

所述开裂脱粘段为所述理想粘结段后随着所述裂口宽度增大，所述弯拉强度呈减小趋势直至谷值的区间；

所述锚固增强段为所述开裂脱粘段后所述荷载数据随所述裂口宽度的增加而增大直至第二峰值的区间；

所述脱粘段为所述锚固增强段后所述荷载数据随着所述裂口宽度的增加而减小至钢纤维拔出的区间。

本申请实施例实施时，通过上述特征点将第二曲线划分为理想粘结段、开裂脱粘段、锚固增强段和脱粘段，四个阶段划分过程为：

(1)理想粘结阶段：当裂口宽度小于0.05mm时，弯拉强度随着裂口宽度的增加呈正比例关系增大，且在0.05mm时达到第一峰值；

(2)开裂脱粘阶段：当裂口宽度由0.05mm增至0.2mm时，此时阶段内随着裂口宽度增大，钢纤维与混凝土逐渐脱粘，而钢纤维弯钩处的锚固作用尚不明显，弯拉强度呈减小趋势；

(3)锚固增强段：当裂口宽度由0.2mm增至1.5mm时，此阶段钢纤维的锚固作用充分发挥，故外荷载随裂口宽度的增加而增大，且在1.5mm时，荷载达到第二峰值；

(4)脱粘段：当裂口宽度由1.5mm增至3.5mm时，钢纤维已被拉直或被拉断，钢纤维逐渐被拔出，外荷载随着滑移量(裂口宽度)的增加而减小，直至拔脱。

在一种可能的实现方式中，将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型包括：

根据下式对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合：

根据下式对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合：

式中，σ为所述弯拉本构模型中任一应变ε对应的弯拉强度；ε_l为区段内的左侧应变；σ_l为区段内左侧应变对应的应力；ε_r为区段内的右侧应变；σ_r为区段内右侧应变对应的应力；a₀,a₁,a₂,a₃,m,n为待定拟合系数；其中ε_l和ε_r根据对应的裂口宽度和所述弓形钢纤维混凝土试件的特征长度的比值计算；h为所述弓形钢纤维混凝土试件高度。

本实施例实施时，由于钢纤维的拉拔曲线与钢纤维混凝土的弯拉强度-裂口宽度曲线相对应，根据拉拔曲线，可按如图4对钢纤维混凝土的弯拉本构进行拟合。纵坐标σ_a、σ_b、σ_c分别对应弯拉强度f_L、f_R,0.2、f_R,2，横坐标ε_a、ε_b、ε_c为弯拉强度对应的应变，通过裂口宽度和构件特征长度l_cr的比值求得，如式2，构件特征长度l_cr可由弹性模量E与弯拉强度比例极限平均值f_Lm的关系表达式，如

式3，和应力应变比例极限关系，如式4，联立求得。

计算可得构件特征长度l_cr＝1.65h，弯拉强度对应应变计算公式如式5所示。计算ε_a、ε_b、ε_c(分别为裂口宽度0.05mm、0.2mm、1.5mm对应的应变)分别为0.00020、0.00081、0.0061。

随后在涉及到凹凸性的分段采用三次插值函数进行拟合，如式6，其余分段采用一衰减函数进行拟合，如式7。

式中：σ为本构关系中任一应变ε所对应的弯拉强度；ε为本构关系中的任一应变；ε_l为各区段内的左侧应变，按表1选用；σ_l为各区段内左侧应变所对应的应力，按表1选用；ε_r为表1各区段内右侧应变所对应的应力，按表1选用；a₀,a₁,a₂,a₃为待定系数；m,n为待定系数。

表1.本构关系基本参数表

注：括弧外为按图4中的符号表示，为统一表示，括弧内为结合此次试验值的表示。

在一种可能的实现方式中，将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型包括：

将对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段、所述锚固增强段和所述脱粘段分别拟合后的关系函数作为所述弯拉本构模型：

式中，ε_a为所述理想粘结段和所述开裂脱粘段之间特征点对应的应变，ε_b为所述开裂脱粘段和所述锚固增强段之间特征点对应的应变，ε_c为所述锚固增强段和所述脱粘段之间特征点对应的应变，ε_d为所述脱粘段结束处特征点对应的应变，E为所述弓形钢纤维混凝土试件弹性阶段的弹性模量，f_L为ε_a对应的弯拉强度，f_R,0.2为ε_b对应的弯拉强度，f_R,2为ε_c对应的弯拉强度。

本申请实施例实施时，拟合和修正的钢纤维混凝土弯拉本构模型表达式为：

式中：σ——弯拉强度；ε_a——对应于裂口宽度0.05mm的应变；ε_b——对应于裂口宽度0.2mm的应变；ε_c——对应于裂口宽度1.5mm的应变；ε_d——对应于裂口宽度3.5mm的应变。钢纤维混凝土弯拉本构模型曲线与试验曲线对比如图5。

在一种可能的实现方式中，根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型包括：

在所述理想粘结段和所述开裂粘结段，将钢纤维混凝土开裂部分的残余抗拉强度假定为常数，并根据弯拉强度对应的开裂高度计算弯拉强度和抗拉强度的转化关系；

在所述锚固增强段，假定开裂高度的变化和弯拉强度的变化的绝对值呈正比，并假定ε_b对应的残余抗拉强度符合第三曲线；所述第三曲线为弯拉强度f_L对应抗拉强度和弯拉强度f_R,1对应抗拉强度所确定的曲线；通过计算各弯拉强度对应的开裂高度计算各特征点的抗拉强度，并将计算结果作为弯拉强度和抗拉强度的转化关系。

本申请实施例实施时，请参阅图6，由弯拉强度转化的抗拉强度σ_j为：

式中：h_sp为截面有效高度；h_kl为截面开裂高度；σ_j为弯拉强度f_R,j所对应的抗拉强度。

弓形钢纤维在理想粘结段和开裂粘结段尚未发挥作用，将钢纤维混凝土开裂部分的残余抗拉强度假定为常数，并将弯拉强度f_R,1、f_R,4对应的开裂高度h_kl分别设为0.66h_sp、0.9h_sp，可直接计算出弯拉强度f_L、f_R,1与f_R,4对应的抗拉强度σ_L、σ₁与σ₄的转化关系式。

弓形钢纤维在锚固增强段为构件提供锚固增强作用，为了考虑弓形钢纤维锚固增强段二次峰值的影响，补充假定开裂高度h_kl的变化与弯拉强度变化的绝对值呈正比，如式8，并认为f_R,0.2对应的残余抗拉强度σ_R,0.2落在由σ_L与σ₁确定的曲线上。

计算得出弯拉强度f_R,2与f_R,3对应的开裂高度h_kl分别为0.7296h_sp、0.8328h_sp，并得到各特征点的抗拉强度：

σ_L＝0.7f_L(1.6-d)

σ₁＝0.45f_R,1K_h

σ₂＝0.419f_R,2K_h

σ₃＝0.791f_R,3K_h

σ₄＝0.358f_R,4K_h

式中：K_h为截面高度影响系数，且

将抗拉强度表达式代入弯拉本构模型中得到钢纤维混凝土抗拉强度本构表达式为：

基于同样的发明构思，还提供了钢纤维混凝土抗拉本构模型建立系统，包括：

试验模块，被配置为对弓形钢纤维混凝土试件进行单点加载切口梁试验获取试验数据；

提取模块，被配置为从所述试验数据中提取荷载数据和裂口宽度数据，并根据所述荷载数据和所述裂口宽度数据直接的对应关系建立第一曲线；

特征点模块，被配置为从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据；

分段模块，被配置为根据所述特征点处的所述弯拉强度数据和对应的所述裂口宽度数据建立第二曲线，并通过所述特征点将所述第二曲线进行分段；

弯拉本构模块，被配置为将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型；

抗拉本构模块，被配置为根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型。

在一种可能的实现方式中，所述特征点模块还被配置为：

获取所述第一曲线中斜率变化超过预设值的点作为所述特征点；

根据下式计算所述特征点处的弯拉强度数据：

式中，f为所述特征点处残余的弯拉强度数据；F为所述特征点处的荷载数据；l为所述弓形钢纤维混凝土试件的跨度；b为所述弓形钢纤维混凝土试件的宽度；h为所述弓形钢纤维混凝土试件的有效高度，即所述特征点处对应的裂口顶端至所述弓形钢纤维混凝土试件顶部的距离。

在一种可能的实现方式中，所述分段模块还被配置为：

将所述第二曲线依次分为理想粘结段、开裂脱粘段、锚固增强段和脱粘段；

其中：

所述理想粘结段为所述弯拉强度随着裂口宽度的增加呈正比例关系增大直至第一峰值的区间；

所述开裂脱粘段为所述理想粘结段后随着所述裂口宽度增大，所述弯拉强度呈减小趋势直至谷值的区间；

所述锚固增强段为所述开裂脱粘段后所述荷载数据随所述裂口宽度的增加而增大直至第二峰值的区间；

所述脱粘段为所述锚固增强段后所述荷载数据随着所述裂口宽度的增加而减小至钢纤维拔出的区间。

在一种可能的实现方式中，弯拉本构模块还被配置为：

根据下式对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合：

根据下式对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合：

式中，σ为所述弯拉本构模型中任一应变ε对应的弯拉强度；ε_l为区段内的左侧应变；σ_l为区段内左侧应变对应的应力；ε_r为区段内的右侧应变；σ_r为区段内右侧应变对应的应力；a₀,a₁,a₂,a₃,m,n为待定拟合系数；其中ε_l和ε_r根据对应的裂口宽度和所述弓形钢纤维混凝土试件的特征长度的比值计算；h为所述弓形钢纤维混凝土试件高度。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显然本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网格设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法，其特征在于，包括：

对弓形钢纤维混凝土试件进行单点加载切口梁试验获取试验数据；

从所述试验数据中提取荷载数据和裂口宽度数据，并根据所述荷载数据和所述裂口宽度数据之间的对应关系建立第一曲线；

从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据；

根据所述特征点处的所述弯拉强度数据和对应的所述裂口宽度数据建立第二曲线，并通过所述特征点将所述第二曲线进行分段；

将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型；

根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型；

从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据包括：

获取所述第一曲线中斜率变化超过预设值的点作为所述特征点；

通过所述特征点将所述第二曲线进行分段包括：

将所述第二曲线依次分为理想粘结段、开裂脱粘段、锚固增强段和脱粘段；

其中：

所述理想粘结段为所述弯拉强度随着裂口宽度的增加呈正比例关系增大直至第一峰值的区间；

所述开裂脱粘段为所述理想粘结段后随着所述裂口宽度增大，所述弯拉强度呈减小趋势直至谷值的区间；

所述锚固增强段为所述开裂脱粘段后所述荷载数据随所述裂口宽度的增加而增大直至第二峰值的区间；

所述脱粘段为所述锚固增强段后所述荷载数据随着所述裂口宽度的增加而减小至钢纤维拔出的区间；

将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型包括：

对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合；

对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合；

将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型包括：

将对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段、所述锚固增强段和所述脱粘段分别拟合后的关系函数作为所述弯拉本构模型；

根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型包括：

在所述理想粘结段和所述开裂粘结段，将钢纤维混凝土开裂部分的残余抗拉强度假定为常数，并根据弯拉强度对应的开裂高度计算弯拉强度和抗拉强度的转化关系；

在所述锚固增强段，假定开裂高度的变化和弯拉强度的变化的绝对值呈正比，并假定ε_b对应的残余抗拉强度符合第三曲线；所述第三曲线为弯拉强度f_L对应抗拉强度和弯拉强度f_R,1对应抗拉强度所确定的曲线；通过计算各弯拉强度对应的开裂高度计算各特征点的抗拉强度，并将计算结果作为弯拉强度和抗拉强度的转化关系。

2.根据权利要求1所述的钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法，其特征在于，从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据还包括：

根据下式计算所述特征点处的弯拉强度数据：

式中，f为所述特征点处残余的弯拉强度数据；F为所述特征点处的荷载数据；l为所述弓形钢纤维混凝土试件的跨度；b为所述弓形钢纤维混凝土试件的宽度；h为所述弓形钢纤维混凝土试件的有效高度，即所述特征点处对应的裂口顶端至所述弓形钢纤维混凝土试件顶部的距离。

3.根据权利要求2所述的钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法，其特征在于，根据下式对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合：

根据下式对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合：

式中，σ为所述弯拉本构模型中任一应变ε对应的弯拉强度；ε_l为区段内的左侧应变；σ_l为区段内左侧应变对应的应力；ε_r为区段内的右侧应变；σ_r为区段内右侧应变对应的应力；a₀,a₁,a₂,a₃,m,n为待定拟合系数；其中ε_l和ε_r根据对应的裂口宽度和所述弓形钢纤维混凝土试件的特征长度的比值计算；h为所述弓形钢纤维混凝土试件高度。

4.根据权利要求3所述的钢纤维混凝土抗拉本构模型建立方法，其特征在于，根据下式将对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段、所述锚固增强段和所述脱粘段分别拟合后的关系函数作为所述弯拉本构模型：

式中，ε_a为所述理想粘结段和所述开裂脱粘段之间特征点对应的应变，ε_b为所述开裂脱粘段和所述锚固增强段之间特征点对应的应变，ε_c为所述锚固增强段和所述脱粘段之间特征点对应的应变，ε_d为所述脱粘段结束处特征点对应的应变，E为所述弓形钢纤维混凝土试件弹性阶段的弹性模量，f_L为ε_a对应的弯拉强度，f_R,0.2为ε_b对应的弯拉强度，f_R,2为ε_c对应的弯拉强度。

5.钢纤维混凝土抗拉本构模型建立系统，其特征在于，包括：

试验模块，被配置为对弓形钢纤维混凝土试件进行单点加载切口梁试验获取试验数据；

提取模块，被配置为从所述试验数据中提取荷载数据和裂口宽度数据，并根据所述荷载数据和所述裂口宽度数据之间的对应关系建立第一曲线；

特征点模块，被配置为从所述第一曲线中提取多个特征点，并通过所述特征点对应的荷载数据和所述弓形钢纤维混凝土试件的尺寸计算所述特征点处的弯拉强度数据；

分段模块，被配置为根据所述特征点处的所述弯拉强度数据和对应的所述裂口宽度数据建立第二曲线，并通过所述特征点将所述第二曲线进行分段；

弯拉本构模块，被配置为将所述第二曲线中每个分段分别进行曲线拟合获取弯拉本构模型；

抗拉本构模块，被配置为根据同等应变条件下弯拉强度和抗拉强度的转化关系，将所述弯拉本构模型修正为抗拉本构模型；

所述特征点模块还被配置为：

获取所述第一曲线中斜率变化超过预设值的点作为所述特征点；

所述分段模块还被配置为：

将所述第二曲线依次分为理想粘结段、开裂脱粘段、锚固增强段和脱粘段；

其中：

所述理想粘结段为所述弯拉强度随着裂口宽度的增加呈正比例关系增大直至第一峰值的区间；

所述开裂脱粘段为所述理想粘结段后随着所述裂口宽度增大，所述弯拉强度呈减小趋势直至谷值的区间；

所述锚固增强段为所述开裂脱粘段后所述荷载数据随所述裂口宽度的增加而增大直至第二峰值的区间；

所述脱粘段为所述锚固增强段后所述荷载数据随着所述裂口宽度的增加而减小至钢纤维拔出的区间；

所述弯拉本构模块还被配置为：

对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合；

对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合；

所述弯拉本构模块还被配置为：

将对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段、所述锚固增强段和所述脱粘段分别拟合后的关系函数作为所述弯拉本构模型；

所述抗拉本构模块还被配置为：

在所述理想粘结段和所述开裂粘结段，将钢纤维混凝土开裂部分的残余抗拉强度假定为常数，并根据弯拉强度对应的开裂高度计算弯拉强度和抗拉强度的转化关系；

在所述锚固增强段，假定开裂高度的变化和弯拉强度的变化的绝对值呈正比，并假定ε_b对应的残余抗拉强度符合第三曲线；所述第三曲线为弯拉强度f_L对应抗拉强度和弯拉强度f_R,1对应抗拉强度所确定的曲线；通过计算各弯拉强度对应的开裂高度计算各特征点的抗拉强度，并将计算结果作为弯拉强度和抗拉强度的转化关系。

6.根据权利要求5所述的钢纤维混凝土抗拉本构模型建立系统，其特征在于，所述特征点模块还被配置为：

根据下式计算所述特征点处的弯拉强度数据：

式中，f为所述特征点处残余的弯拉强度数据；F为所述特征点处的荷载数据；l为所述弓形钢纤维混凝土试件的跨度；b为所述弓形钢纤维混凝土试件的宽度；h为所述弓形钢纤维混凝土试件的有效高度，即所述特征点处对应的裂口顶端至所述弓形钢纤维混凝土试件顶部的距离。

7.根据权利要求6所述的钢纤维混凝土抗拉本构模型建立系统，其特征在于，弯拉本构模块还被配置为：

根据下式对所述理想粘结段、所述开裂脱粘段和所述锚固增强段进行三次插值函数拟合：

根据下式对所述脱粘段进行一阶衰减函数进行拟合：

式中，σ为所述弯拉本构模型中任一应变ε对应的弯拉强度；ε_l为区段内的左侧应变；σ_l为区段内左侧应变对应的应力；ε_r为区段内的右侧应变；σ_r为区段内右侧应变对应的应力；a₀,a₁,a₂,a₃,m,n为待定拟合系数；其中ε_l和ε_r根据对应的裂口宽度和所述弓形钢纤维混凝土试件的特征长度的比值计算；h为所述弓形钢纤维混凝土试件高度。