型钢混凝土组合梁疲劳设计方法及其实施方法技术

本发明专利技术公开了一种型钢混凝土组合梁疲劳设计方法和实施方法，包括：计算型钢混凝土组合梁内部H形钢梁、受拉纵筋和受压混凝土的名义应力幅；在已有的纯钢梁疲劳S

【技术实现步骤摘要】
型钢混凝土组合梁疲劳设计方法及其实施方法


[0001]本专利技术属于土木工程组合结构
，具体涉及一种型钢混凝土组合梁疲劳设计方法及其实施方法。

技术介绍

[0002]随着我国高速铁路的飞速发展，与之配套的客运站房、桥梁等也在广泛建设，而性能优异的型钢混凝土组合结构被应用于此类基础设施结构中。另一方面，鉴于高速铁路超大荷载的往复作用，势必造成型钢混凝土组合梁的疲劳问题。型钢混凝土组合梁可看作是由钢梁与钢筋混凝土梁组合而成的。目前国内外对焊接钢结构、钢筋混凝土梁的疲劳性能已开展了十分充分的研究，并形成了成熟完善的疲劳设计规范。然而，我国现行的两本型钢混凝土组合结构设计规程《组合结构设计规范(JGJ 138
‑
2016)》与《钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082
‑
2006)》，均未涉及疲劳设计相关的条款。并且，国外现行的组合结构规范，如欧洲钢
‑
混凝土组合结构规范Eurocode 4(BS EN 1994
‑1‑
1:2004与BS EN 1994
‑
2:2005)、英国的钢、混凝土与组合桥梁规范(BS5400:Part 10:1980)、美国钢结构学会的钢结构建筑设计规范、日本建筑学会的《钢骨钢筋混凝土结构计算标准》等，也均未对型钢混凝土组合梁的疲劳设计做出规定。这无疑极大地限制了型钢混凝土组合结构在疲劳荷载工况下的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种可以为实际工程设计提供参考与指导的型钢混凝土组合梁的疲劳设计方法。
[0004]其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
[0005]一种型钢混凝土组合梁疲劳设计方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、对型钢混凝土组合梁内部H形钢梁进行疲劳设计或验算：
[0007]按以下算式(3)，获取型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命
[0008][0009]式(3)中，为纯钢梁的疲劳寿命；η
Nf
为型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命提高系数；
[0010]按以下算式(1)，获取式(3)中纯钢梁的疲劳寿命
[0011][0012]式(1)中，C
S
为与纯钢梁疲劳构造细节对应的常数，Δσ
S
为纯钢梁的名义应力幅；
[0013]按以下算式(2)，获取式(3)中型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命提高系数η
Nf
；
[0014]η
Nf
＝f(Δσ
S
,ξ,ψ,[Δσ]R
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]式(2)中，ξ为型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的含钢率，ψ为型钢混凝土组合梁内受拉纵筋的配筋率，[Δσ]R
为型钢混凝土组合梁内受拉纵筋的疲劳强度；
[0016]步骤二、对型钢混凝土组合梁内部受拉纵筋进行疲劳设计或验算：
[0017]不考虑应力比影响时，按以下算式(4)，采用型钢混凝土组合梁疲劳试验直接回归的设计值S
‑
N曲线进行疲劳设计或验算；
[0018][0019]式(4)中，为受拉纵筋的疲劳寿命，C
R
为与受拉纵筋疲劳构造细节对应的常数，Δσ
R
为受拉纵筋形心处的名义应力幅；
[0020]当考虑应力比影响时，按以下算式(6)，得到考虑应力比影响的受拉纵筋设计值S
‑
N曲线；
[0021][0022]式(6)中，γ
r,ρ
为型钢混凝土组合梁内受拉纵筋疲劳强度考虑应力比的调整系数；按以下算式(5)获得：
[0023][0024]式(5)中，为受拉纵筋的疲劳应力比；
[0025]步骤三、对型钢混凝土组合梁受压区混凝土进行疲劳设计或验算：
[0026]按以下算式(7)给出的钢筋混凝土结构受压混凝土的疲劳S
‑
N曲线，验算常幅疲劳情况下型钢混凝土组合梁受压区混凝土的疲劳寿命是否满足要求；在变幅疲劳情况下，则基于Miner线性累积损伤准则来验算累积损伤值是否超过临界值；
[0027][0028]式中，为受压混凝土的疲劳寿命；σ
c,min
、σ
c,max
分别为混凝土的最小、最大压应力；f
cd,fat
为混凝土疲劳设计强度，按照欧洲现行的混凝土结构设计规范Eurocode 2(BS EN 1992
‑1‑
1:2004,BS EN 1992
‑
2:2005)计算确定。
[0029]作为本技术方案的进一步改进，步骤二中，考虑应力比影响时，基于《混凝土结构设计规范(GB 50010
‑
2010)》给出的钢筋混凝土结构受力钢筋的疲劳应力幅限值和应力比数据进行拟合，以应力比等于0.1的情况为基准。
[0030]进一步，算式(7)中的混凝土疲劳设计强度f
cd,fat
可选择性的替换为混凝土立方体抗压强度f
cu
。
[0031]本专利技术所要解决的另一技术问题，在于提供一种前述型钢混凝土组合梁疲劳设计方法的实施方法。
[0032]该实施方法采用如下步骤：
[0033]S1、计算型钢混凝土组合梁内部H形钢梁、受拉纵筋和受压混凝土的名义应力幅；
[0034]S2、在现行钢结构设计规范中已有的纯钢梁疲劳S
‑
N曲线基础上，通过型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命提高系数进行修正，对型钢混凝土组合梁内部H形钢梁进行疲劳设计或验算；
[0035]S3、按型钢混凝土组合梁内受拉纵筋的疲劳设计方法分为不考虑应力比影响和考虑应力比影响两种情况；当不考虑应力比影响时，直接采用基于型钢混凝土组合梁疲劳试验结果的设计值S
‑
N曲线进行疲劳设计或验算；当考虑应力比影响时，则通过应力比调整系数对设计值S
‑
N曲线修正后再进行疲劳设计或验算；
[0036]S4、直接采用欧洲现行的混凝土结构设计规范Eurocode 2(BS EN 1992
‑1‑
1:2004,BS EN 1992
‑
2:2005)给出的钢筋混凝土结构受压混凝土的疲劳S
‑
N曲线对型钢混凝土组合梁受压区混凝土进行疲劳设计或验算。
[0037]本专利技术提供的型钢混凝土组合梁疲劳设计方法和实施方法，经内部H形钢梁作为型钢混凝土组合梁中最重要的抗疲劳组件，考虑名义应力幅、内部H形钢梁含钢率、受拉纵筋配筋率与受拉纵筋疲劳强度等关键参数的影响，通过大量数值分析的数据回归得到型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命提高系数计算公式，对现行钢结构设计规范中已有的纯钢梁疲劳S
‑
N曲线进行修正。对于型钢混凝土组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种型钢混凝土组合梁疲劳设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对型钢混凝土组合梁内部H形钢梁进行疲劳设计或验算：按以下算式(3)，获取型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命按以下算式(3)，获取型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命式(3)中，为纯钢梁的疲劳寿命；η
Nf
为型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命提高系数；按以下算式(1)，获取式(3)中纯钢梁的疲劳寿命按以下算式(1)，获取式(3)中纯钢梁的疲劳寿命式(1)中，C
S
为与纯钢梁疲劳构造细节对应的常数，Δσ
S
为纯钢梁的名义应力幅；按以下算式(2)，获取式(3)中型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的疲劳寿命提高系数η
Nf
；η
Nf
＝f(Δσ
S
,ξ,ψ,[Δσ]
R
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中，ξ为型钢混凝土组合梁内部H形钢梁的含钢率，ψ为型钢混凝土组合梁内受拉纵筋的配筋率，[Δσ]
R
为型钢混凝土组合梁内受拉纵筋的疲劳强度；步骤二、对型钢混凝土组合梁内部受拉纵筋进行疲劳设计或验算：不考虑应力比影响时，按以下算式(4)，采用型钢混凝土组合梁疲劳试验直接回归的设计值S
‑
N曲线进行疲劳设计或验算；式(4)中，为受拉纵筋的疲劳寿命，C
R
为与受拉纵筋疲劳构造细节对应的常数，Δσ
R
为受拉纵筋形心处的名义应力幅；当考虑应力比影响时，按以下算式(6)，得到考虑应力比影响的受拉纵筋设计值S
‑
N曲线；式(6)中，γ
r,ρ
为型钢混凝土组合梁内受拉纵筋疲劳强度考虑应力比的调整系数；按以下算式(5)获得：式(5)中，为受拉纵筋的疲劳应力比；步骤三、对型钢混凝土组合梁受压区混凝土进行疲劳设计或验算：按以下算式(7)给出的钢筋混凝土结构受压混凝土的疲劳S
‑
N曲线，验算常幅疲劳情况下型钢混凝土组合梁受压区混凝土的疲劳寿命是否满足要求；在变幅疲劳情况下，则基于Miner线性累积损伤准则来验算累积损伤值是否超过临界值；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖顺，李向民，许清风，孙静，陈玲珠，
申请(专利权)人：上海建科工程项目管理有限公司，
类型：发明
国别省市：