[发明专利]钢管混凝土构件整体与局部损伤联合评估模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种钢管混凝土构件整体与局部损伤联合评估模型的构建方法，其包括计算钢管混凝土构件在每组冲击工况下的整体变形和残余承载力；计算钢管混凝土构件的整体损伤评估指标；选取整体损伤评估指标等于整体损伤边界点的冲击工况，并绘制每个整体损伤边界点对应的整体损伤评估曲线；选取整体损伤评估曲线上任一点作为总耗能，其水平渐近线的数值作为整体耗能；获取预设的局部损伤评估指标，并结合局部损伤评估模型，计算每条整体损伤评估曲线上的局部损伤分界点；连接同一局部损伤评估指标对应的局部损伤分界点作为局部损伤评估曲线，采用整体损伤评估曲线和局部损伤评估曲线形成的多个损伤等级构成整体与局部损伤联合评估模型。

技术领域

本发明属于土木工程结构冲击动力学技术领域，具体涉及一种钢管混凝土构件整体与局部损伤联合评估模型的构建方法及评估模型的应用。

背景技术

钢管混凝土构件是在钢管中填充混凝土所形成的组合受力构件，通过钢管对混凝土的约束作用来大幅度提高构件的承载能力，因此被广泛应用于高层和大跨结构中。钢管混凝土构件在正常服役期间除了要承受静力荷载，还要具备抵御偶然强动力荷载的能力，钢管混凝土构件一旦遭遇诸如车辆撞击、落石冲击、飞行物撞击等侧向冲击荷载，将会产生不同程度的损伤甚至破坏，给人们的生命财产安全带来威胁，因此对钢管混凝土构件进行抗冲击设计以提高其防撞性能尤为重要。

钢管混凝土构件的冲击试验和理论研究均表明其在冲击荷载作用下的损伤形态包括整体损伤和局部损伤，一直以来有关整体损伤的研究被科研人员持续关注，而关于局部损伤的认知还处于发现现象的阶段，鲜有深入且全面的研究，以至于到目前为止仍没有形成可以同时评估钢管混凝土构件整体损伤和局部损伤的实用方法，使得钢管混凝土构件在冲击荷载作用下的损伤评估结果不够精准和全面，进而影响损伤评估结果在钢管混凝土构件抗冲击设计中的有效应用。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的钢管混凝土构件整体与局部损伤联合评估模型的构建方法及评估模型的应用解决了现有技术损伤评估模型未考虑局部损伤使得损伤评估结果不准确的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种钢管混凝土构件整体与局部损伤联合评估模型的构建方法，其包括：

获取钢管混凝土构件的设计参数及施加于钢管混凝土构件上的若干组冲击工况；

根据设计参数和冲击工况，采用有限元仿真软件计算得到每组冲击工况下钢管混凝土构件的整体变形和残余承载力；

根据每组整体变形和残余承载力，采用钢管混凝土构件在开裂前后相统一的整体损伤评估模型计算钢管混凝土构件的整体损伤评估指标；

选取整体损伤评估指标等于整体损伤边界点的冲击工况，并采用同一整体损伤边界点对应的所有冲击工况绘制钢管混凝土构件的整体损伤评估曲线；

选取每条整体损伤评估曲线的水平渐近线的数值作为冲击荷载作用下钢管混凝土构件的整体耗能，整体损伤评估曲线上的任一点作为总耗能；

获取预设的局部损伤评估指标，并结合局部损伤评估模型及整体耗能、总耗能和局部耗能的关系式，计算每条整体损伤评估曲线上的局部损伤分界点；

连接同一局部损伤评估指标对应的局部损伤分界点作为局部损伤评估曲线，采用交汇的整体损伤评估曲线和局部损伤评估曲线形成的多个损伤等级构成整体与局部损伤联合评估模型。

进一步地，所述整体损伤评估模型的计算公式为：

其中，δ为钢管混凝土构件在遭遇冲击荷载后的最大变形；δ_cra为钢管混凝土构件在发生开裂时的临界变形；R'为钢管混凝土构件在遭遇冲击荷载后的残余承载力；R_cra为钢管混凝土构件在发生开裂时的临界残余承载力；W为整体损伤评估指标。