【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机辅助设计，更具体地说，是涉及一种疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法。
技术介绍
1、栓钉作为工程结构中最为常用的连接件，因其抗剪性能各向均衡、施工技术成熟可靠、经济效益显著突出等优点而被广泛应用于钢-混组合结构桥梁中；栓钉在车辆荷载、风荷载等一系列随机荷载的反复作用下，经常处于较高的疲劳应力状态；在疲劳加载过程中，栓钉逐渐产生裂纹，栓钉与混凝土之间的粘结逐渐失效，最后发生破坏，可见，抗剪连接件是组合梁桥中较为薄弱的环节，其工作性能直接关系到组合梁桥的整体工作状态。目前对疲劳荷载作用下栓钉刚度退化的研究方法侧重于试验研究，研究对象均为常幅疲劳荷载下的栓钉刚度退化规律，而缺少较为科学的计算验证方式。
2、而我们发现栓钉受到的疲劳荷载为满足一定分布规律的随机疲劳荷载，因此有必要对随机疲劳荷载下栓钉的刚度退化计算方法进行理论研究。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，以解决现有技术中存在的疲劳荷载作用下栓钉刚度退化的研究方法侧重于试验研究，而缺少较为科学的计算验证方式的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，包括以下步骤：
3、s200、计算随机疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算；
4、其中，s200包括以下步骤：
5、s210、确定栓钉受到的随机疲劳荷载，包括每一级疲劳荷载的峰值和
6、s220、确定栓钉的静载极限承载力；
7、s230、将加载次数为n次的随机疲劳荷载看做多级疲劳荷载，利用栓钉的静载极限承载力计算每一级疲劳荷载下栓钉的疲劳寿命；
8、s240、利用每一级疲劳荷载的峰值和谷值，以及每一级疲劳荷载下栓钉的疲劳寿命，在随机疲劳荷载下，基于损伤等效原理来推导栓钉的刚度退化模型。
9、结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，还包括以下步骤：
10、s100、计算栓钉在常幅疲劳荷载下的刚度退化规律。
11、结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，在s100中，利用下式计算栓钉在常幅疲劳荷载下的刚度退化规律：
12、（1）
13、式中，即为加载n次循环以后栓钉的抗剪刚度，为栓钉的初始抗剪刚度，按式（2）计算，为常幅疲劳荷载下的疲劳寿命，为栓钉的疲劳失效系数，为栓钉的初始抗剪极限承载力，为栓钉受到的常幅疲劳荷载的剪力峰值，为栓钉受到的常幅疲劳荷载的剪力峰值与剪力谷值的差值，称为剪力幅值；
14、（2）
15、式中，为栓钉连接件的直径（mm），为混凝土抗压强度标准值（mpa），为混凝土弹性模量（mpa）。
16、结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，在s210中，随机疲劳荷载根据现场测定、有限元分析或理论计算方法确定。
17、结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，在s210中，将加载次数为n次的随机疲劳荷载看做多级疲劳荷载，多级疲劳荷载中，以相邻的一组峰值与幅值均相同的循环荷载作为一级；以谷值-峰值-谷值作为一次加载，在外伸端施加的第k级随机疲劳荷载下，当研究对象为外伸梁时，栓钉受到的随机疲劳剪力峰值为：
18、（3）
19、栓钉受到的随机疲劳剪力幅值（即剪力峰值与谷值之差）为：
20、（4）
21、其中，a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2为计算参数，见下式：
22、
23、式中，为相对刚度系数，表示为
24、（5）
25、式中，为外伸端受到的第k级随机疲劳荷载的峰值；为外伸端受到的第k级随机疲劳荷载的幅值（即荷载峰值与谷值之差）；x为栓钉所处位置的x向坐标值；p为两排栓钉之间的间距；和分别为混凝土和钢梁的弹性模量；和分别为混凝土和钢梁的截面积；和分别为混凝土板和钢梁的截面惯性矩；为钢梁重心至混凝土板重心之间的距离；k为梁横向一排栓钉的初始抗剪刚度，用式（6）计算，n为梁横向一排栓钉的数量；
26、（6）
27、当研究对象为倒置简支梁时，栓钉受到的随机疲劳剪力峰值可根据下式确定：
28、（7）
29、栓钉受到的随机疲劳剪力幅值可根据下式确定：
30、（8）
31、式中，为简支梁跨中受到的第k级随机疲劳荷载的峰值；为简支梁跨中受到的第k级随机疲劳荷载的幅值（即荷载峰值与谷值之差）；x为栓钉所处位置的x向坐标值；p为两排栓钉之间的间距；和分别为混凝土和钢梁的弹性模量；和分别为混凝土板和钢梁的截面惯性矩，为钢梁重心至混凝土板重心之间的距离；k为梁横向一排栓钉的抗剪刚度，根据式（6）计算；n为梁横向一排栓钉的数量；为相对刚度系数，根据式（5）计算。
32、结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，在s220中，确定栓钉的静载极限承载力，利用试验测定或者用下式计算确定：
33、（9）
34、式中，为150 mm×220 mm的圆柱体混凝土抗压强度，采用混凝土立方体抗压强度换算得到；为栓钉的截面面积，为混凝土弹性模量。
35、结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，在s230中，将加载次数为n次的随机疲劳荷载看做多级疲劳荷载，多级疲劳荷载中，以相邻的一组峰值与幅值均相同的循环荷载作为一级；以谷值-峰值-谷值作为一次加载，每一级疲劳荷载的加载次数为，在第k级疲劳荷载下栓钉的疲劳寿命如下：
36、（10）
37、式中，为栓钉的初始抗剪强度，为第k级随机疲劳荷载下栓钉受到的疲劳荷载峰值，为第k级随机疲劳荷载下栓钉受到的疲劳荷载均值。
38、结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，在s240中，栓钉所经历的多级疲劳荷载为，多级疲劳荷载中，以相邻的一组峰值与幅值均相同的循环荷载作为一级；以谷值-峰值-谷值作为一次加载，每一级疲劳荷载的加载次数为；经历k级疲劳荷载后，栓钉的剩余刚度表示为：
39、（11）
40、式中，为第k级疲劳荷载下的疲劳失效系数；为栓钉的初始抗剪强度，根据s240计算；为第k级疲劳荷载下栓钉受到的疲劳荷载峰值，根据式（3）或式（7）计算；为第k级疲劳荷载下栓钉受到的疲劳荷载幅值，根据式（4）或式（8）计算；为第i级疲劳荷载下栓钉的疲劳寿命，根据式（5）计算；为第i级疲劳荷载的加载次数。
41、本专利技术提供的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术首先提出了等幅疲劳荷载作用下栓钉刚度退化的理论计算方法，并基于损伤等效原理，提出了上述的随机疲劳荷载作用下的栓钉抗剪刚度退化计算方法；利用上述方法，可以在理论层面上实现组合梁中栓钉在随机疲劳荷载下的刚度退化规律的计算。
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1.一种疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，在S100中，利用下式计算栓钉在常幅疲劳荷载下的刚度退化规律：
4.如权利要求1所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于：在S210中，随机疲劳荷载根据现场测定、有限元分析或理论计算方法确定。
5.如权利要求1所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，在S210中，将加载次数为N次的随机疲劳荷载看做多级疲劳荷载，多级疲劳荷载中，以相邻的一组峰值与幅值均相同的循环荷载作为一级；以谷值-峰值-谷值作为一次加载，在外伸端施加的第k级随机疲劳荷载下，当研究对象为外伸梁时，栓钉受到的随机疲劳剪力峰值为：
6.如权利要求5所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，在S220中，确定栓钉的静载极限承载力，利用试验测定或者用下式计算确定：<...
【技术特征摘要】
1.一种疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，在s100中，利用下式计算栓钉在常幅疲劳荷载下的刚度退化规律：
4.如权利要求1所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于：在s210中，随机疲劳荷载根据现场测定、有限元分析或理论计算方法确定。
5.如权利要求1所述的疲劳荷载下组合桥梁的栓钉抗剪刚度计算方法，其特征在于，在s210中，将加载次数为n次的随机疲劳荷载看做多级疲劳荷载，多级疲劳荷载中，以相邻的一组峰值与幅值均相同的循环荷载作为一级；以谷值-峰值-谷值作为一次加载，在外伸端施加的第k级随机疲劳荷载下，当研究对象为外伸梁时，栓...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雪彦，曹文龙，李泽飞，彭灏，刘国欣，王源，王朝红，杨亚东，
申请(专利权)人：石家庄学院，
类型：发明
国别省市：
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