專利名稱：一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑結構的分析計算方法，尤其是涉及一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法。
背景技術：
目前國內的超高層建筑普遍采用了巨型框架-核心筒-伸臂桁架抗側力結構體系，巨型框架中的巨柱與核心筒中的剪力墻等巨型豎向構件由于承載較大的豎向力，截面尺寸巨大，且為了更好地滿足承載力及軸壓比要求，巨型豎向構件一般采用型鋼與混凝土組合構件。巨型組合構件除受荷載作用外還受到非荷載作用，主要包括混凝土的收縮和徐變、結構溫度變化、地基差異沉降。非荷載效應具有時變性，會弓丨起構件之間的豎向變形差異，導致幕墻、隔墻、機電管道和電梯等非結構構件受損，造成耐久性和建筑外觀方面的問題；豎向差異變形將影響樓屋面的水平度，在聯系巨柱和核心筒的水平構件(如伸臂桁架)中引起附加內力，從而導致豎向構件的內力重分布，嚴重時會導致結構局部失效或者不適宜于繼續使用，造成較大的經濟損失。在所有的非荷載作用中，混凝土的收縮與徐變會產生較大的差異變形，一般來講，若荷載作用較大且一直持續下去，徐變變形是瞬時彈性變形的I 3倍。國內外對收縮與徐變作用均有較深入的研究，但其研究主要集中于試驗研究與模型預測。對于工程結構設計，目前存在三個方面的問題:一是選用的混凝土收縮徐變預測模型落后，預測值不準確；二是沒有考慮鋼骨對混凝土的約束作用造成部分混凝土處于密閉狀態，干燥變形少，收縮徐變不均勻，進而影響構件整體的收縮徐變值；三是豎向變形的過程中沒有考慮偏心荷載的作用，偏心荷載產生的彎矩同樣會使豎向構件變形不均勻，對水平構件產生次彎矩的影響。超高層結構中的巨柱以及核心筒等巨型組合構件通常是由內埋的組合型鋼與混凝土構成的。組合型鋼一般都含有封閉區域，使其內部的混凝土處于密閉狀態，造成混凝土內的水分難以流失，相對濕度大，干燥收縮與干燥徐變應變都很小，構件截面上的徐變應變不均勻，進而影響構件的整體收縮徐變值。同時，超高層結構的結構形式一般為向上收進的，在自重等其他恒荷載的作用下會產生持續作用的偏心壓力，這種偏心壓力同樣會造成構件截面的收縮徐變不均勻，進而影響水平構件產生附加內力。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種計算過程簡明、計算結果精確的基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法，包括如下步驟:I)根據組合構件截面的材料組成、徐變參數與受力特點對巨型組合構件進行纖維單元劃分，計算每個纖維單元的形心和面積；2)根據截面內力、截面材料特性計算每個纖維單元的初始彈性應變與應力；3)根據每個纖維單元的初始應力，按照收縮徐變模型計算每個纖維單元的收縮徐變值，并與彈性應變迭加得到每個纖維單元的總應變量；4)計算每個纖維單元的虛擬應力，并積分得到截面上的虛擬內力，通過虛擬內力計算出巨型組合構件截面的總應變。所述的對巨型組合構件進行纖維單元劃分的規律為:a)截面內的混凝土與鋼材劃分為不同的纖維單元；b)截面內徐變參數不同的混凝土劃分為不同的纖維單元c)對于不同的受力特點，采用不同的纖維單元劃分方法:對于軸心受壓構件，按材料的不同以及收縮徐變參數的不同劃分纖維單元；對于偏心受壓構件，根據偏心力作用的位置劃分纖維單元:若偏心力作用在截面的對稱軸上，則相同材料垂直于對稱軸方向的應力是相同的，將纖維單元沿著該對稱軸方向均勻劃分；若偏心壓力作用在截面的任意位置，則根據截面的形狀特征將截面沿不同方向劃分為多個纖維單元。所述的步驟2)的具體計算方法如下:各纖維單元截面上形心(x，y)處的纖維應變ε (x,y)可以用截面形心位置的彈性應變Stl和繞截面形心軸的曲率(％戎)表達為:
權利要求
1.種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)根據組合構件截面的材料組成、徐變參數與受力特點對巨型組合構件進行纖維單元劃分，計算每個纖維單元的形心和面積； 2)根據截面內力、截面材料 特性計算每個纖維單元的初始彈性應變與應力； 3)根據每個纖維單元的初始應力，按照收縮徐變模型計算每個纖維單元的收縮徐變值，并與彈性應變迭加得到每個纖維單元的總應變量； 4)計算每個纖維單元的虛擬應力，并積分得到截面上的虛擬內力，通過虛擬內力計算出巨型組合構件截面的總應變。
2.據權利要求1所述的一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的對巨型組合構件進行纖維單元劃分的規律為: a)截面內的混凝土與鋼材劃分為不同的纖維單元； b)截面內徐變參數不同的混凝土劃分為不同的纖維單元 c)對于不同的受力特點，采用不同的纖維單元劃分方法: 對于軸心受壓構件，按材料的不同以及收縮徐變參數的不同劃分纖維單元； 對于偏心受壓構件，根據偏心力作用的位置劃分纖維單元:若偏心力作用在截面的對稱軸上，則相同材料垂直于對稱軸方向的應力是相同的，將纖維單元沿著該對稱軸方向均勻劃分；若偏心壓力作用在截面的任意位置，則根據截面的形狀特征將截面沿不同方向劃分為多個纖維單元。
3.據權利要求1所述的一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的步驟2)的具體計算方法如下: 各纖維單元截面上形心(x，y)處的纖維應變ε (x,y)可以用截面形心位置的彈性應變ε。和繞截面形心軸的曲率(《V隊)表達為:
4.據權利要求3所述的一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的步驟3)中計算收縮徐變值的具體計算方法如下:加載齡期為t'時常應力作用下的應變ε (t):
5.據權利要求4所述的一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法，其特征在于，所述的步驟4)的具體計算方法如下: 41)根據纖維總應變值計算出纖維的虛擬應力值:d(x,y)= E(x,y)e(xty)x 42)通過虛擬應力積分得出構件截面上的虛擬內力&:
全文摘要
本發明涉及一種基于纖維模型的巨型組合構件收縮徐變計算方法，包括如下步驟1)根據組合構件截面的材料組成、徐變參數與受力特點對巨型組合構件進行纖維單元劃分，計算每個纖維單元的形心和面積；2)根據截面內力、截面材料特性計算每個纖維單元的初始彈性應變與應力；3)根據每個纖維單元的初始應力，按照收縮徐變模型計算每個纖維單元的收縮徐變值，并與彈性應變迭加得到每個纖維單元的總應變量；4)計算每個纖維單元的虛擬應力，并積分得到截面上的虛擬內力，通過虛擬內力計算出巨型組合構件截面的總應變。與現有技術相比，本發明具有計算過程簡單、計算結果精確等優點。
文檔編號G06F17/50GK103093042SQ20131000698
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月8日 優先權日2013年1月8日
發明者趙昕, 姜世鑫, 鄭毅敏, 周瑛 申請人:同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司