[发明专利]一种用于钢筋混凝土厂房安全评估的多层次数值模拟方法

说明书

本发明公开一种用于钢筋混凝土厂房安全评估的多层次数值模拟方法，包括厂房整体和厂房内关键构件两个层次的数值模拟过程，首先根据钢筋混凝土厂房的实际结构信息，建立厂房的整体梁单元模型，整理各构件的应力时程，确定厂房内关键构件；然后对关键构件建立局部细节模型，引入已有缺陷损伤，确定关键构件的损伤本构关系，得到修正后的局部细节模型；基于修正后的局部细节模型，考虑吊车移动过程的动力效应模拟关键构件的损伤演化过程，获得其结构劣化过程信息，可用于厂房安全评估。本发明通过多尺度仿真方法建立钢混厂房的模型，考虑了既有钢混厂房中缺陷导致的损伤演化对结构性能劣化的影响，尤其适用于钢混厂房的安全评估与改造加固过程。

技术领域

本发明公开一种钢筋混凝土结构安全评估的方法，具体涉及一种用于钢筋混凝土厂房安全评估的多层次数值模拟方法，属于钢筋混凝土结构安全评估及性能劣化过程仿真领域。

背景技术

现有钢筋混凝土结构的安全评估方法中，大部分都是弹性的分析，极少涉及到材料的损伤分析，更无法考虑已有缺陷导致的结构损伤演化并评估其对结构性能劣化的影响，所以需要发展出新方法满足这一要求。而且，钢筋混凝土厂房的空间尺度较大，实际的结构性能劣化过程中具有多层次性，因此也需要发展针对钢筋混凝土厂房的多层次模拟方法。

发明内容

发明目的：针对现有安全评估方法不考虑材料损伤及已有结构缺陷对结构性能影响的缺点，本发明提供一种用于钢筋混凝土厂房安全评估的多层次数值模拟方法，该方法综合考虑了已有缺陷对结构性能裂化的影响，对承受服役荷载的钢筋混凝土厂房结构性能劣化过程进行数值模拟。

技术方案：本发明所述的一种用于钢筋混凝土厂房安全评估的多层次数值模拟方法，包括厂房整体和厂房内关键构件两个层次的数值模拟过程，具体包括如下步骤：

步骤1，根据钢筋混凝土厂房的实际结构信息，建立厂房的整体梁单元模型，整理其中各混凝土构件的应力时程，分析确定厂房内关键构件；

步骤2，对识别的关键构件建立局部细节模型，引入已有缺陷损伤，确定关键构件的损伤本构关系，得到修正后的局部细节模型；

步骤3，基于修正后的局部细节模型，考虑吊车移动过程的动力效应模拟关键构件的损伤演化过程，获得其结构劣化过程信息，该信息可用于厂房安全评估。

上述步骤1中，关键构件的确定方法为：对厂房的整体梁单元模型施加实际的吊车载荷，利用影响线方法获得厂房内各混凝土构件危险截面的应力时程，分析应力结果，混凝土构件中应力水平和应力幅最大的部位即为厂房整体结构的危险部位，该危险部位所在构件即为关键构件。

上述步骤2中，通过等效简化方式建立局部细节模型，由于关键构件中不同部位的应力水平和应力幅情况参差不齐，局部细节模型的等效简化分三个部分：

(1)忽略整体梁单元模型中除关键构件外的次要构件；

(2)对于关键构件的非危险部位采用梁单元模拟；

(3)对关键构件中的危险部位采用实体单元模拟，钢筋用桁架单元模拟。

建立局部细节模型后，利用连续损伤力学理论在该模型中引入实际结构中的已有缺陷，描述缺陷所导致的材料刚度折减及演化过程，得到修正后的局部细节模型，即考虑缺陷的局部细节模型。

引入已有缺陷的方法为：

(1)缺陷引入位置：基于图像中的真实损伤情况，通过对局部细节模型中对应单元的刚度折减来模拟已有缺陷的损伤；

(2)材料属性的确定：如果已有缺陷处的损伤已达到破坏的临界值，用折减刚度后的弹性本构关系来模拟；其余无缺陷部位的实体单元采用所确定的损伤本构模拟损伤演化的过程；嵌入在混凝土中的钢筋损伤忽略，用无损伤的钢筋弹性本构模拟；对于关键构件的非危险部位，利用混凝土弹性本构来计算；