一种混凝土构件截面正应力的计算方法与流程

本发明涉及混凝土结构，具体涉及一种混凝土构件截面正应力的计算方法。

背景技术：

1、混凝土结构设计时，首先按材料线性进行结构分析，再根据结构分析的内力对混凝土构件进行验算，验算包括应力、裂缝宽度和承载力等。

2、相关技术中，混凝土构件截面正应力的计算方法有近似公式法和试算法。近似公式法具有局限性，只适用于特定的常规截面形式。试算法是不断变换中性轴位置进行试算，寻找出正确的中性轴位置，再根据中性轴计算出弯曲曲率和应力，中性轴的变化既有平动又有转动，从而导致该算法的效率极低。

技术实现思路

1、本申请所要解决的技术问题是相关技术中计算混凝土构件截面正应力时采用近似公式法具有局限性而采用试算法效率低。

2、本申请实施例提供一种混凝土构件截面正应力的计算方法，混凝土构件至少包括混凝土部分，所述计算方法包括以下步骤：

3、步骤s1、基于所述混凝土构件的线弹性模型计算初始应变状态{u0}；

4、步骤s2、将所述混凝土部分的截面划分为多个网格，基于所述初始应变状态{u0}和所述截面的网格计算截面内力{p0}与切线刚度k0；

5、步骤s3、计算不平衡力{e0}，判断所述不平衡力{e0}是否满足设定精度；

6、若是，则进入步骤s6、根据此时的所述初始应变状态{u0}获得应力状态。

7、在一种实施方式中，所述步骤s3、计算不平衡力{e0}，判断所述不平衡力{e0}是否满足设定精度还包括：

8、若否，则进入步骤s4、基于所述不平衡力{e0}计算不平衡应变{du0}，判断所述不平衡应变{du0}是否满足设定精度；

9、若是，则进入步骤s6、根据此时的所述初始应变状态获得应力状态。

10、在一种实施方式中，所述步骤s4、基于所述不平衡力{e0}计算不平衡应变{du0}，判断所述不平衡应变{du0}是否满足设定精度还包括：

11、若否，则进入步骤s5、更新所述初始应变状态，返回所述步骤s2，根据更新后的初始应变状态{u0}进行迭代计算；

12、更新后的初始应变状态{u0}＝更新前的初始应变状态{u0}+{du0}。

13、在一种实施方式中，所述初始应变状态{u0}表示为：

14、其中，εc为形心处轴向应变；为绕截面坐标系x轴弯曲曲率；为绕截面坐标系y轴弯曲曲率。

15、在一种实施方式中，所述步骤s2、将所述混凝土部分的截面划分为多个网格，基于所述初始应变状态{u0}和所述截面的网格计算截面内力{p0}与切线刚度k0包括：

16、基于所述混凝土构件的类型确定非混凝土部分的类型；

17、将所述混凝土部分的截面划分为多个网格，分别计算所述混凝土部分的内力和所述非混凝土部分的内力，二者之和为所述截面内力{p0}；

18、表示为：

19、其中，n为轴力，mx为绕x轴弯矩，my为绕y轴弯矩；

20、基于所述初始应变状态{u0}和截面内力{p0}计算切线刚度k0；

21、计算公式为：

22、在一种实施方式中，所述非混凝土部分包括钢筋、钢材和钢束中的至少一种。

23、在一种实施方式中，计算所述混凝土部分的内力时，所述混凝土部分的截面网格划分采用多节点等参单元、多点高斯积分计算内力。

24、在一种实施方式中，所述不平衡力{e0}的计算公式为：{e0}＝{f}-{p0}；

25、其中，{f}为混凝土构件截面所受外部荷载；{p0}为截面内力。

26、在一种实施方式中，所述不平衡应变{du0}的计算公式为：{du0}＝{e0}/k0；

27、其中，{e0}为不平衡力，k0为切线刚度。

28、在一种实施方式中，所述混凝土构件包括素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土和钢混组合构件中的至少一种。

29、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

30、本申请提供一种混凝土构件截面正应力的计算方法，通过将混凝土构件中混凝土部分的截面划分为多个网格再去计算截面内力，保留了截面的完整信息，适用于任意截面形式；再通过计算不平衡力以及判断是否满足设定精度从而获得应力状态，实现了对任意截面形式的混凝土构件正应力的高效精确计算，相比近似公式法更具有截面普适性，相比试算法效率更高，大幅提升了计算精度和效率，具有广泛的应用范围。

技术特征：

1.一种混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，混凝土构件至少包括混凝土部分，所述计算方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述步骤s3、计算不平衡力{e0}，判断所述不平衡力{e0}是否满足设定精度还包括：

3.如权利要求2所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述步骤s4、基于所述不平衡力{e0}计算不平衡应变{du0}，判断所述不平衡应变{du0}是否满足设定精度还包括：

4.如权利要求1所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述初始应变状态{u0}表示为：

5.如权利要求4所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述步骤s2、将所述混凝土部分的截面划分为多个网格，基于所述初始应变状态{u0}和所述截面的网格计算截面内力{p0}与切线刚度k0包括：

6.如权利要求5所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述非混凝土部分包括钢筋、钢材和钢束中的至少一种。

7.如权利要求6所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，计算所述混凝土部分的内力时，所述混凝土部分的截面网格划分采用多节点等参单元、多点高斯积分计算内力。

8.如权利要求1所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述不平衡力{e0}的计算公式为：{e0}＝{f}-{p0}；

9.如权利要求2所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述不平衡应变{du0}的计算公式为：{du0}＝{e0}/k0；

10.如权利要求1所述的混凝土构件截面正应力的计算方法，其特征在于，所述混凝土构件包括素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土和钢混组合构件中的至少一种。

技术总结本申请涉及一种混凝土构件截面正应力的计算方法，混凝土构件至少包括混凝土部分，所述计算方法包括：步骤S1、基于所述混凝土构件的线弹性模型计算初始应变状态{u<subgt;0</subgt;}；步骤S2、将所述混凝土部分的截面划分为多个网格，基于所述初始应变状态{u<subgt;0</subgt;}和所述截面的网格计算截面内力{P<subgt;0</subgt;}与切线刚度K<subgt;0</subgt;；步骤S3、计算不平衡力{E<subgt;0</subgt;}，判断所述不平衡力{E<subgt;0</subgt;}是否满足设定精度；若是，则进入步骤S6、根据此时的所述初始应变状态{u<subgt;0</subgt;}获得应力状态。本申请提供一种混凝土构件截面正应力的计算方法，是一种考虑材料非线性基于截面网格的计算方法，保留了截面的完整信息，实现了对任意截面形式的混凝土构件正应力的高效精确计算。技术研发人员：钱淼,冯帆,肖海珠,杨晶,杨浩哲受保护的技术使用者：中铁大桥勘测设计院集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2