【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及抱箍结构设计，特别涉及一种基于抱箍结构的全要素设计方法。
技术介绍
1、在交通、建筑、电力等各行业，抱箍结构简单，经济高效，施工方便，运用十分广泛；但由于箍身与墩柱属于非线性接触边界，并非固结或铰接等典型边界，且受螺栓预紧、加载偏心、温差等综合因素影响，受力较为复杂。当下对抱箍的受力分析情况，抱箍抗滑移承载力为q＝2μπt。
2、基于上述的抱箍抗滑移承载力计算，在实际的设计应用中仍存在如下问题：
3、1、当下实际工程设计的现有算法中，大多仅考虑抱箍整体滑移失效，且默认在螺栓预紧、竖向加载等状态时，箍身对墩柱的径向压力在环向及竖向上始终均布，未考虑其非均匀分布(端部集中、局部脱空、环向摩擦衰减等)，如图3所示，实际工程中采用简化算法和实际受力存在差别；同时未考虑温差引起螺栓预紧压力的增损；从而导致抱箍整体抗滑移计算不够准确。
4、2、未充分考虑箍身强度失效、法兰板及水平板强度失效，在实际工程设计中，箍身、法兰板、水平板的材质规格等多按经验选取，缺乏计算依据，或仅按预紧轴拉力简化计算，不够准确。
5、近年来，抱箍实际工程的加固中广泛使用，但当下对抱箍受力分析的算法不够精确，且现场施工不规范，导致设计出来的抱箍失效引起的安全及质量事故时有发生，造成较大的人员及财产损失，当下亟需一种基于抱箍失效机理和全要素的抱箍结构设计方法。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于抱箍结构的全要素设计方法，基于数理推导及有限
2、本专利技术提供了一种基于抱箍结构的全要素设计方法，具体技术方案如下：
3、s1：获取设计的抱箍所用于的墩柱数据，包括墩柱直径d及竖向载荷g，基于螺栓终拧后升温计算出所需预紧力t0，初选确定螺栓布置；
4、s2：根据初选确定的螺栓布置，按照螺栓规范间距要求及施拧操作空间，初选箍身板高度h及法兰板宽度w，利用曲梁箍身最不利弯矩解析计算箍身曲梁面内弯矩，基于曲梁面内弯矩计算箍身弯拉应力，初定箍身板、法兰板的高度和厚度尺寸；
5、s3：根据初定的箍身板、法兰板的高度、厚度尺寸和材质，基于螺栓终拧后升温及箍身端部弯矩，按照螺栓群受弯拉计算螺栓最大轴拉力设计值tmax，判断所述最大轴拉力设计值tmax是否大于螺栓承载力设计值，若大于则返回步骤s1调整螺栓布置，直至所述最大轴拉力设计值tmax满足设定条件；
6、s4：根据初定的箍身板高度、厚度尺寸和材质，利用曲梁箍身最不利弯矩解析公式计算箍身弯拉应力，判断箍身弯拉应力是否大于钢材的抗拉强度设计值，若大于，则返回步骤s2调整箍身板高度、厚度尺寸和材质，直至箍身弯拉应力满足设定条件。
7、进一步的，所述螺栓布置包括螺栓规格和单侧总数量。
8、进一步的，温度对螺栓总张力影响计算如下：
9、tδt＝δlt/l栓×e栓a栓＝(αδt l栓)/l栓×e栓a栓
10、＝(12×10-6×δtl栓)/l栓×e栓a栓
11、＝(12×10-6δt l栓)/l栓×(206×103×a栓)
12、＝(2.472δt l栓/l栓)×a栓
13、＝(2.472δt πd/2/l栓)×a栓
14、＝(3.88δt d/l栓)×a栓
15、其中，tδt表示螺栓在箍身钢板温差δt作用下产生的螺栓总张力增减值，l栓表示两法兰板间螺栓受力长度，a栓表示螺栓有效截面积。
16、进一步的，所需预紧力计算如下：
17、rog≤q/k
18、
19、
20、其中，g表示抱箍结构承受竖向荷载标准值，ro表示结构重要性系数，k表示抗滑移安全系数，q表示极限抗滑承载力，t0表示螺栓预紧力之和，μ表示箍身与墩柱接触面竖向静摩擦系数，v表示箍身与墩柱接触面环向静摩擦系数，n表示单侧螺栓数量，λδt1表示升温抗滑衰减系数，表示螺栓终拧预紧系数，p表示单螺栓的预拉力设计值，a表示水平环板引起的脱空段弧长对应的圆心角度数，μmax箍身与墩柱接触面最大静摩擦系数。
21、进一步的，所述箍身曲梁面内弯矩计算如下：
22、
23、其中，m表示箍身曲梁面内弯矩，q表示极限抗滑承载力，r表示抱箍半径(m)，μ表示箍身与墩柱接触面竖向静摩擦系数，v表示箍身与墩柱接触面环向静摩擦系数，a表示水平环板引起的脱空段弧长对应的圆心角度数，μmax箍身与墩柱接触面最大静摩擦系数。
24、进一步的，所述箍身弯拉应力计算如下：
25、
26、其中，an表示构件的净截面面积，w表示构件的净截面模量。
27、进一步的，所述螺栓承载力设计值计算如下：
28、
29、
30、
31、其中，m表示法兰板面外弯矩设计值，m表示螺栓列数，dmax表示最外侧螺栓与螺栓群形心轴距离，di表示第i排螺栓与螺栓群形心轴距离，n0表示螺栓在预紧力及温度荷载作用下的轴力设计值，表示螺栓终拧预紧力系数，λδt2表示降温抗滑增长系数，p表示单个高强螺栓的预拉力设计值，aeff表示螺栓在螺纹处的有效截面面积，高强度螺栓屈服强度值，rr高强度螺栓材料分项系数。
32、进一步的，还包括：
33、s5：根据最大轴拉力设计值tmax满足设定条件下确定的螺栓布置，基于设定的法兰高度、厚度、材质，进行强度验算，得到最终的螺栓布置和法兰板布置。
34、进一步的，还包括：
35、s6：根据墩柱直径、确定的螺栓布置及法兰板布置，拟定水平环板结构，并在有限元模型中进行验算分析；
36、所述水平环板结构拟定为边长300mm、75mm、50mm，倒角20×20mm。
37、进一步的，在有限元模型中进行验算分析，具体如下：
38、采用有限元软件分别建立静力弹塑性及瞬态动力弹塑性有限元模型，墩柱与箍身采用frictional contact边界，考虑螺栓预紧、温度升降、竖向加载的荷载，获取各验算工况下的结构强度、变形、位移，并在瞬态动力模型中，通过加载位移曲线获取突变点，明确滑移时机，确定极限抗滑承载力，与设计参数数据进行对比验证。
39、本专利技术的有益效果如下：
40、1、本专利技术通过更加精确的保护整体抗滑移公式，明确螺栓数量、材质、预紧系数、间距等参数，针对整体滑移失效，综合考虑螺栓预紧及加载时的非均匀分布(端部集中、局部脱空、环向摩擦衰减等)、温差、加载偏心等因素，提高了对螺栓布置的有效性和整体抗滑移验证的精确性。
41、2、本专利技术通过曲梁箍身最不利弯矩解析，明确箍身高度、厚度和材质，针对箍身强度失效，通过数值分析，考虑径向压力非均匀分布等全要素影响，提高了对箍身布置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，所述螺栓布置包括螺栓规格和单侧总数量。
3.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，温度对螺栓总张力影响计算如下：
4.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，所需预紧力计算如下：
5.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，箍身曲梁面内弯矩计算如下：
6.根据权利要求5所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，所述箍身弯拉应力计算如下：
7.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，所述螺栓承载力设计值计算如下：
8.根据权利要求1-7任一所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求8所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求9所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，在有限元模型中进行验算
...【技术特征摘要】
1.一种基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，所述螺栓布置包括螺栓规格和单侧总数量。
3.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，温度对螺栓总张力影响计算如下：
4.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，所需预紧力计算如下：
5.根据权利要求1所述的基于抱箍结构的全要素设计方法，其特征在于，箍身曲梁面内弯矩计算如下：
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙立军，金鹏，余其鑫，康招旭，张晨，梅云弟，郭洋洋，沈垚，杨帆，董立，卢树松，
申请(专利权)人：中交二航局第四工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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