体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算方法技术

本发明专利技术涉及一种体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算方法。所述方法包括：基于数值分析确定下翼缘设置双钢管的体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁截面弯曲刚度的退化规律并建立组合梁的截面刚度退化模型；基于截面刚度退化模型对组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程；根据组合梁中混凝土、钢管、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程；根据力和弯矩的平衡方程以及分段积分方程对组合梁的抗弯承载力进行迭代计算，得到组合梁的抗弯承载力理论计算值。本发明专利技术方法通过数次简单的迭代运算即可求得组合梁抗弯承载力的理论计算值，提高了组合梁抗弯承载力计算效率和准确率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算方法


[0001]本专利技术涉及工程结构
，特别是涉及一种体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算方法。

技术介绍

[0002]预应力波形钢腹板组合梁因具有自重轻、预应力导入效率高、抗弯承载力大、整体稳定性好等优点，已被广泛运用于桥梁建设中。但传统预应力波形钢腹板组合梁的下翼缘通常为混凝土板，弯矩作用下仍易受拉开裂，使截面刚度降低，对结构的安全性和耐久性带来不利影响。
[0003]为解决上述问题，一种下翼缘设置双钢管的体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁应运而生。该种组合梁由混凝土上翼缘板、波形钢腹板、钢管混凝土下翼缘、体内无粘结预应力筋以及横联组成。由于钢管混凝土下翼缘可充分发挥钢材的抗拉性能，故可以有效避免下翼缘的开裂问题，提高组合梁的跨越能力。将预应力筋布置于钢管混凝土内可避免体外预应力筋与外界接触而锈蚀带来的养护问题，故可以提高组合梁的经济性能，因此，该种组合梁具有广阔的发展前景。目前，对于下翼缘设置双钢管的体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力简化计算方法的研究依然较少。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算方法，以通过数次简单的迭代运算来求得下翼缘设置双钢管的体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力的理论计算值，提高组合梁抗弯承载力计算效率和准确率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算方法，包括：
[0007]基于数值分析确定下翼缘设置双钢管的体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁截面弯曲刚度的退化规律；所述组合梁包括混凝土上翼缘板、波形钢腹板、钢管混凝土下翼缘、体内无粘结预应力筋以及横联；
[0008]根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律建立所述组合梁的截面刚度退化模型；
[0009]基于所述截面刚度退化模型对所述组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程；
[0010]根据所述组合梁中混凝土、钢管、上翼缘钢板、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程；
[0011]根据所述力和弯矩的平衡方程以及所述分段积分方程对所述组合梁的抗弯承载力进行迭代计算，得到所述组合梁的抗弯承载力理论计算值。
[0012]可选地，所述根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律建立所述组合梁的截面刚度退化模型，具体包括：
[0013]根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律，建立所述组合梁的截面刚度退化模型
其中B和B0分别为所述组合梁的截面抗弯刚度和初始抗弯刚度；M和M
u
分别为所述组合梁的截面弯矩和抗弯承载力。
[0014]可选地，所述基于所述截面刚度退化模型对所述组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程，具体包括：
[0015]基于所述截面刚度退化模型对所述组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程
[0016]其中Δε
p
为所述预应力筋应变增量；e
m
为直线型预应力筋任一梁截面中预应力筋截面形心相对截面中性轴的偏心距；l
p
为预应力筋的原长；l0为所述组合梁的净跨；l
A
、l
B
、l
C
、l
D
为对所述组合梁的弯矩图按弯矩值进行分段后各分段点至梁左端点的距离；M(x)为所述组合梁的截面弯矩；B(x)为所述组合梁的截面抗弯刚度；B1(x)、B2(x)、B3(x)、B4(x)和B5(x)分别为各段内所述组合梁的截面抗弯刚度。
[0017]可选地，所述根据所述组合梁中混凝土、钢管、上翼缘钢板、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程，具体包括：
[0018]建立如下基本假定：
①
波形钢腹板、混凝土上翼缘板和钢管混凝土下翼缘协调工作，不发生相对滑移或剪切连接破坏；
②
忽略波形钢腹板对抗弯承载力的贡献；
③
整个截面的平截面假定不再成立，但上、下翼缘的纵向应变在其各自高度范围内仍呈线型分布，且混凝土上翼缘板和钢管混凝土下翼缘具有相同的转角；
④
不考虑混凝土的抗拉强度；
⑤
不考虑剪切变形对预应力筋伸长量的影响；
[0019]根据所述组合梁中混凝土、钢管、上翼缘钢板、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程σ
p
A
p
+f
y
A
tu
＝α1f
c
bx+σ
f
A
f
+f
ry
A
r
和其中A
p
、A
tu
、A
f
和A
r
分别为预应力筋、钢管、上翼缘钢板和普通钢筋的截面面积；σ
p
为预应力筋的应力；σ
f
为上翼缘钢板的应力，由于上翼缘钢板距混凝土受压合力点的距离通常较小，可忽略其贡献；h
p
、h
tu
、h
f
和h
r
分别为预应力筋、钢管、上翼缘钢板和普通钢筋的截面形心到上翼缘混凝土板板顶的距离；f
y
和f
ry
分别为钢管和预应力筋的屈服应力；α1f
c
和x分别为混凝土等效矩形应力图的应力值和高度，b为混凝土板的板宽。
[0020]一种体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算系统，包括：
[0021]截面刚度退化规律分析模块，用于基于数值分析确定下翼缘设置双钢管的体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁截面弯曲刚度的退化规律；所述组合梁包括混凝土上翼缘板、波形钢腹板、钢管混凝土下翼缘、体内无粘结预应力筋以及横联；
[0022]截面刚度退化模型建立模块，用于根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律建立所述组合梁的截面刚度退化模型；
[0023]分段积分方程建立模块，用于基于所述截面刚度退化模型对所述组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程；
[0024]平衡方程建立模块，用于根据所述组合梁中混凝土、钢管、上翼缘钢板、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程；
[0025]抗弯承载力迭代计算模块，用于根据所述力和弯矩的平衡方程以及所述分段积分方程对所述组合梁的抗弯承载力进行迭代计算，得到所述组合梁的抗弯承载力理论计算值。
[0026]可选地，所述截面刚度退化模型建立模块具体包括：
[0027]截面刚度退化模型建立单元，用于根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律，建立所述组合梁的截面刚度退化模型其中B和B0分别为所述组合梁的截面抗弯刚度和初始抗弯刚度；M和M
u
分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，包括：基于数值分析确定下翼缘设置双钢管的体内无粘结预应力波形钢腹板组合梁截面弯曲刚度的退化规律；所述组合梁包括混凝土上翼缘板、波形钢腹板、钢管混凝土下翼缘、体内无粘结预应力筋以及横联；根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律建立所述组合梁的截面刚度退化模型；基于所述截面刚度退化模型对所述组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程；根据所述组合梁中混凝土、钢管、上翼缘钢板、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程；根据所述力和弯矩的平衡方程以及所述分段积分方程对所述组合梁的抗弯承载力进行迭代计算，得到所述组合梁的抗弯承载力理论计算值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律建立所述组合梁的截面刚度退化模型，具体包括：根据所述组合梁截面弯曲刚度的退化规律，建立所述组合梁的截面刚度退其中B和B0分别为所述组合梁的截面抗弯刚度和初始抗弯刚度；M和M
u
分别为所述组合梁的截面弯矩和抗弯承载力。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述截面刚度退化模型对所述组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程，具体包括：基于所述截面刚度退化模型对所述组合梁的弯矩图进行分段，建立预应力筋应变增量的分段积分方程其中Δε
p
为所述预应力筋应变增量；e
m
为直线型预应力筋任一梁截面中预应力筋截面形心相对截面中性轴的偏心距；l
p
为预应力筋的原长；l0为所述组合梁的净跨；l
A
、l
B
、l
C
和l
D
为对所述组合梁的弯矩图按弯矩值进行分段后各分段点至梁左端点的距离；M(x)为所述组合梁的截面弯矩；B(x)为所述组合梁的截面抗弯刚度；B1(x)、B2(x)、B3(x)、B4(x)和B5(x)分别为各段内所述组合梁的截面抗弯刚度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述组合梁中混凝土、钢管、上翼缘钢板、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程，具体包括：
根据所述组合梁中混凝土、钢管、上翼缘钢板、预应力筋和普通钢筋的贡献，建立力和弯矩的平衡方程σ
p
A
p
+f
y
A
tu
＝α1f
c
bx+σ
f
A
f
+f
ry
A
r
和其中A
p
、A
tu
、A
f
和A
r
分别为预应力筋、钢管、上翼缘钢板和普通钢筋的截面面积；σ
p
为预应力筋的应力；σ
f
为上翼缘钢板的应力；h
p
、h
tu
、h
f
和h
r
分别为预应力筋、钢管、上翼缘钢板和普通钢筋的截面形心到上翼缘混凝土板板顶的距离；f
y
和f
ry
分别为钢管和预应力筋的屈服应力；α1f
c
和x分别为混凝土等效矩形应力图的应力值和高度，b为混凝土板的板宽。5.一种体内无粘结预...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，杨涛，罗婷倚，周晓蓉，叶源，杨明，唐亚森，李想，白伟振，韦戴笠，周世杰，
申请(专利权)人：广西大学广西路产建设投资有限公司广西强路工程咨询有限责任公司，
类型：发明
国别省市：