一种物理非对称的双钢板-混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法

本申请属于计算机材料科学领域，具体涉及一种物理非对称的双钢板-混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法。

背景技术：

1、已公开的有关双钢板-混凝土组合梁的失效模式判定方法中共有两种结构，其一为对称的双钢板-混凝土组合梁，即上下钢板的厚度、材料性能均相同；其二为非对称的双钢板-混凝土组合梁，即上下钢板的厚度不同、但材料性能相同。厚度不同或相同的上下钢板对于失效模式的判定是在几何层面进行的，在实际应用中，钢板厚度可根据工程需求进行主观设计，当钢板厚度不足时，替换或加厚钢板即可。考虑到构件自重、固定方式、配合尺寸等因素，钢板不能一味的进行加厚，因此仅在几何层面进行设计无法适应所有工况，也就不能全面地判定组合梁是否满足设计要求。另外，钢板的屈服强度具有多个标准，其无法像厚度一样自行设计所需的屈服强度，但给出一个屈服强度界限而判定实际的钢板是否满足要求是一种可行的途径。对于上述问题，现有技术没有给出从材料层面的判定组合梁失效模式的方法。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种物理非对称的双钢板-混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法，从材料层面给出了具有不同屈服强度的双钢板-混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种物理非对称的双钢板-混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法，包括以下步骤：

4、步骤一：获取双钢板-混凝土组合梁的几何参数和物理参数；

5、所述几何参数包括：梁跨外伸长长度h，支点到芯材中线距离l，钢板厚度h，芯材高度c，加载位置的挠度w，芯材宽度b；

6、对几何参数无量纲化后得到：相对厚度高长比相对外伸长度

7、其中：

8、所述物理参数包括：上钢板屈服强度σf，下钢板屈服强度σb，混凝土抗压强度σc，混凝土抗拉强度σt，混凝土抗剪强度τc；

9、对物理参数无量纲化后得到：拉压强度比相对抗压强度剪压比屈服强度因子β；

10、其中：

11、步骤二：确定中性面位置；

12、物理非对称的双钢板组合梁在材料的几何尺寸和材料属性发生变化时，其物理中性面会改变。为了便于计算和理解，定义物理中性面的纵坐标为zp，通过截面平衡条件可以得出zp与材料参数的关系。

13、截面平衡条件为：

14、

15、zp为：

16、

17、为了便于表述和方便理解，将zp的表达式转化为以屈服强度因子β表示：

18、

19、由上式可知：

20、当时，中性面位于上钢板内；

21、当时，中性面位于下钢板内；

22、当时，中性面位于混凝土水平中截面以上的混凝土内；

23、当时，中性面位于混凝土水平中截面以下的混凝土内。

24、步骤三：计算临界破坏荷载

25、临界破坏荷载包括

26、其中，表示弯曲破坏临界荷载，表示部分剪切破坏临界荷载；表示全截面剪切破坏临界荷载；

27、其中，定义为双钢板-混凝土组合梁弯矩达到塑性极限弯矩时的破坏荷载，定义为剪切裂纹遍布混凝土核心且仅在加载位置生成塑性铰时对应的破坏荷载；定义为在钢板的加载位置和支撑处产生塑性铰时对应的破坏荷载；

28、确定中性面位置后，根据功能关系确定双钢板-混凝土组合梁达到塑性极限弯矩时的失效荷载，即

29、

30、其中，mp表示全塑型弯矩，其表达式为表示无量纲前的弯曲破坏临界荷载。

31、

32、根据荷载的无量纲公式可得出：

33、

34、无量纲公式为：

35、

36、其中，p表示无量纲前的临界荷载；表示无量纲后的临界荷载。

37、同理根据能量守恒公式：

38、

39、

40、w＝l·θ；

41、可分别得到和的表达式：

42、

43、步骤四：以为横坐标，以为纵坐标，在同一坐标系下绘制关于和曲线，并取三条曲线的最小值组成失效模式判定图。

44、一般来说，与形成的面积较小，因此在实际应用时可省去直接绘制需要说明的事，和在全区间的公式相同，而在不同的区间需要使用不同的表达式。

45、步骤五：计算混凝土组合梁的高长比和相对厚度并组成坐标，根据组成的坐标判断在所述失效模式判定图中的位置判断失效模式。

46、需要说明的是，步骤四中失效模式判定图的屈服强度因子β和待判定的混凝土组合梁的屈服强度因子相同而几何尺寸不同。因为钢板的屈服强度为通用等级，提前建立失效模式判定图更有意义，这也符合构件设计的逻辑。

47、进一步地，双钢板-混凝土组合梁的混凝土的芯材为普通混凝土、高性能混凝土或超高性能混凝土。

48、由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

49、1.由于钢材的屈服强度具有通用等级，因此本申请能够提前计算工程中常用的钢板的屈服强度从而提前出具失效模式判定图，然后具体根据工程的实际构件尺寸判定其失效模式，此判定方式具有推广性，前瞻性且效率较高。

50、2.本申请能够通过多组β值判断失效模式的变化趋势，能够给实际工程提供指导。

51、3.本申请通过一组β值即可判断不同尺寸的构件的失效模式，方便快捷。

技术特征：

1.一种物理非对称的双钢板-混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1任一项所述的一种物理非对称的双钢板-混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法，其特征在于，

技术总结本申请具体涉及一种物理非对称的双钢板‑混凝土组合梁三点弯曲失效模式判定方法，通过获取组合梁的几何参数和物理参数首先计算中性面位置，以确定后续破坏荷载的区间，然后计算组合梁的临界破坏荷载的表达式并根据临界破坏荷载的最小值建立失效模式判定图，最后根据待判定组合梁的几何参数判定其失效模式。本申请弥补了现有技术缺少对于物理非对称双钢板组合梁失效模式判定的不足，本申请能够针对上下钢板屈服强度不同的组合梁判定其不同尺寸的失效模式。技术研发人员：项春平,张国龙,付东,李效民,夏梦琪,邹炳瑞,聂宵,邵文龙受保护的技术使用者：中国海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27