本發(fā)明涉及預(yù)制裝配式地下綜合管廊應(yīng)用，特別涉及一種預(yù)制綜合管廊橫向接頭受彎能力非線性分析方法。

背景技術(shù)：

1、預(yù)制拼裝綜合管廊作為一種工業(yè)化的綜合管廊建設(shè)方式，通過預(yù)制工廠生產(chǎn)管廊構(gòu)件，并借助機械化吊裝、拼裝技術(shù)，實現(xiàn)高效、精準的現(xiàn)場施工，其顯著優(yōu)點是保證工程質(zhì)量、節(jié)約工期、減少環(huán)境影響、降低模板與支撐使用、節(jié)省人工成本等，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

2、槽型拼裝預(yù)制管廊在橫向上下分塊，通過預(yù)應(yīng)力筋連接，其橫向接頭的受力性能和結(jié)構(gòu)計算方法直接關(guān)系到管廊結(jié)構(gòu)的整體安全性。目前國內(nèi)外學(xué)者針對預(yù)制拼裝綜合管廊接頭受力性能開展了一定的理論研究和工程試驗工作。胡翔等對采用預(yù)應(yīng)力筋連接的綜合管廊接頭進行了足尺試驗研究，分析了管廊整體模型的破壞機制及接頭抗彎剛度和變形能力，通過優(yōu)化彈性密封墊預(yù)留溝槽深度滿足彈性密封墊界面應(yīng)力要求，同時實現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力作用下預(yù)制管廊接頭完全封閉。呼明亮等在對接頭剛度分類的基礎(chǔ)上得出了單艙矩形綜合管廊結(jié)構(gòu)橫向接頭的最佳選取位置為管廊結(jié)構(gòu)的彈性鉸區(qū)域。周靜等通過對預(yù)制拼裝管廊承插式接頭受彎試驗研究和有限元非線性數(shù)值分析，得到提高接頭預(yù)應(yīng)力能有效增強接頭的抗變形能力、提高接頭消壓彎矩，但接頭抗彎承載力保持不變的結(jié)論。王慶華等通過開展接頭受彎試驗提出梁線模型和剛度折減系數(shù)法以完善預(yù)制管廊局部剛度折減閉合框架計算模型。王鵬宇等基于室內(nèi)模型試驗，提出靠內(nèi)側(cè)布置高強螺栓的橫向接頭理論計算模型。

3、根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》gb?50838-2015，預(yù)制管廊橫向接頭的設(shè)計應(yīng)進行工程試驗以確定接頭的旋轉(zhuǎn)剛度等參數(shù)，但在實際工程設(shè)計中，因管廊截面尺寸、覆土條件、接頭構(gòu)造、預(yù)應(yīng)力大小等不同，導(dǎo)致接頭旋轉(zhuǎn)剛度也在變化，每種接頭都進行模型試驗或足尺試驗后再進行設(shè)計又存在現(xiàn)實條件制約的問題。解決上述問題的另一種途徑是對接頭進行有限元仿真分析，但也往往需要設(shè)計人員具備相應(yīng)的仿真分析能力，有限元參數(shù)調(diào)整需要一定經(jīng)驗的設(shè)計人員，且往往難以標準化推廣。另一方面，仿真分析需要考慮接頭混凝土材料的非線性本構(gòu)關(guān)系以真實反應(yīng)接頭的變形性能，目前尚未見到相關(guān)研究成果。

4、綜上所述，在預(yù)制管廊工程橫向接頭設(shè)計方面，需要一種能考慮接頭混凝土材料非線性本構(gòu)關(guān)系的分析方法來代替繁瑣的有限元仿真分析，以提高工作效率和工程效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于預(yù)制管廊設(shè)計階段，未有接頭試驗數(shù)據(jù)的情況下，通過考慮接頭混凝土材料非線性本構(gòu)關(guān)系的材料力學(xué)計算手段，提供一種反應(yīng)管廊橫向接頭受力平衡和變形協(xié)調(diào)的非線性分析方法，為管廊的內(nèi)力計算和接頭變形計算提供設(shè)計依據(jù)，以代替接頭的有限元仿真分析。針對上下分節(jié)槽型預(yù)制拼裝管廊橫向接頭的受彎性能，本非線性分析方法，描述了管廊橫向接頭受彎能力全過程，建立了從接頭消壓、初始張開、完全張開、破壞的全階段荷載-內(nèi)力-變形過程的非線性數(shù)學(xué)表達式，可得到類似有限元仿真分析的混凝土應(yīng)力-變形曲線、預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力-變形曲線、彎矩-變形曲線、旋轉(zhuǎn)剛度-變形曲線等，解決設(shè)計階段預(yù)制管廊橫向接頭的設(shè)計問題。

2、本發(fā)明實施例提供的一種預(yù)制綜合管廊橫向接頭受彎能力非線性分析方法，包括：

3、獲取目標數(shù)據(jù)；

4、基于目標數(shù)據(jù)，對預(yù)制綜合管廊橫向接頭的消壓階段、初始張開階段以及完全張開階段分別進行考慮混凝土非線性本構(gòu)關(guān)系的受力分析，獲得受力分析結(jié)果；

5、基于受力分析結(jié)果，確定預(yù)制綜合管廊橫向接頭受力-變形的全過程和破壞階段的情況信息；

6、基于受力分析結(jié)果，繪制成果曲線；

7、基于受力分析結(jié)果，輔助用戶進行接頭設(shè)計。

8、可選地，目標數(shù)據(jù)至少包括：預(yù)制管廊橫向接頭截面尺寸、混凝土材料參數(shù)、預(yù)應(yīng)力筋材料參數(shù)、預(yù)應(yīng)力筋面積、張拉控制應(yīng)力系數(shù)、預(yù)應(yīng)力損失量。

9、可選地，基于目標數(shù)據(jù)，對預(yù)制綜合管廊橫向接頭的消壓階段進行受力分析的步驟包括：

10、基于目標數(shù)據(jù)，通過如下公式計算預(yù)制綜合管廊橫向接頭的消壓階段中的有效壓應(yīng)力、全截面受壓狀態(tài)的臨界彎矩及其對應(yīng)的接頭受壓區(qū)混凝土邊緣最大壓應(yīng)力：

11、

12、σc1＝2σce

13、

14、式中，σce：均勻受壓時接頭混凝土的有效壓應(yīng)力；nk0：接頭所受的軸力標準值；σpe：預(yù)應(yīng)力筋初始有效應(yīng)力；ap：預(yù)應(yīng)力筋面積；b：接頭縱向長度；h：接頭截面高度；σc1：與mk1對應(yīng)的接頭受壓區(qū)混凝土邊緣最大壓應(yīng)力；

15、mk1：全截面受壓狀態(tài)的臨界彎矩。

16、可選地，基于目標數(shù)據(jù)，對預(yù)制綜合管廊橫向接頭的初始張開階段進行考慮混凝土材料非線性本構(gòu)關(guān)系的受力分析的步驟包括：

17、基于目標數(shù)據(jù)，通過如下公式計算預(yù)制綜合管廊橫向接頭的初始張開階段中的接頭混凝土的應(yīng)力分布、預(yù)應(yīng)力筋的有效總應(yīng)力、外部彎矩、接頭張開量、接頭轉(zhuǎn)角、接頭旋轉(zhuǎn)剛度：

18、

19、

20、式中，σc：此階段接頭受壓區(qū)混凝土邊緣最大壓應(yīng)力；nk0：接頭所受的軸力標準值；σpe：預(yù)應(yīng)力筋初始有效應(yīng)力；αe：預(yù)應(yīng)力筋彈性模量和混凝土彈性模量之比；ap：預(yù)應(yīng)力筋面積；b：接頭縱向長度；h：接頭截面高度；y：接頭零應(yīng)力區(qū)長度；σp：預(yù)應(yīng)力筋的有效總應(yīng)力；σce：均勻受壓時接頭混凝土的有效壓應(yīng)力；mk：外部彎矩；δy：接頭外邊緣張開量；θy：接頭轉(zhuǎn)角；η：受壓區(qū)混凝土壓縮變形影響高度系數(shù)，取值范圍為0～1.0；h0：上下節(jié)管廊的總計算高度；n：系數(shù)，詳《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》gb/t?50010-2010的6.2.1條；fc：混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；ε0：混凝土壓應(yīng)力達到fc時的混凝土壓應(yīng)變；kry：接頭旋轉(zhuǎn)剛度。

21、可選地，基于目標數(shù)據(jù)，對預(yù)制綜合管廊橫向接頭的完全張開階段進行考慮混凝土材料非線性本構(gòu)關(guān)系的受力分析的步驟包括：

22、基于目標數(shù)據(jù)，通過如下公式計算預(yù)制綜合管廊橫向接頭的完全張開階段中的接頭混凝土的應(yīng)力分布、預(yù)應(yīng)力筋的有效總應(yīng)力、外部彎矩、接頭張開量、接頭轉(zhuǎn)角、接頭旋轉(zhuǎn)剛度：

23、

24、式中，σc：此階段接頭受壓區(qū)混凝土邊緣最大壓應(yīng)力；nk0：接頭所受的軸力標準值；σpe：預(yù)應(yīng)力筋初始有效應(yīng)力；αe：預(yù)應(yīng)力筋彈性模量和混凝土彈性模量之比；ap：預(yù)應(yīng)力筋面積；b：接頭縱向長度；h：接頭截面高度；y：接頭零應(yīng)力區(qū)長度；σp：預(yù)應(yīng)力筋的有效總應(yīng)力；σce：均勻受壓時接頭混凝土的有效壓應(yīng)力；mk：外部彎矩；δy：接頭外邊緣張開量；θy：接頭轉(zhuǎn)角；η：受壓區(qū)混凝土壓縮變形影響高度系數(shù)，取值范圍為0～1.0；h0：上下節(jié)管廊的總計算高度；n：系數(shù)，詳《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》gb/t?50010-2010的6.2.1條；fc：混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；ε0：混凝土壓應(yīng)力達到fc時的混凝土壓應(yīng)變；kry：接頭旋轉(zhuǎn)剛度。

25、可選地，基于受力分析結(jié)果，確定預(yù)制綜合管廊橫向接頭的破壞階段的情況信息的步驟包括：

26、當受力分析結(jié)果中的接頭受壓邊緣混凝土壓應(yīng)力超過混凝土抗壓強度設(shè)計值或受力分析結(jié)果中的預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力超過其強度設(shè)計值或接頭變形過大時，判定預(yù)制綜合管廊橫向接頭破壞，將對應(yīng)的彎矩作為接頭極限彎矩值。

27、可選地，成果曲線至少包括：混凝土應(yīng)力-變形曲線、預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力-變形曲線、彎矩-變形曲線、旋轉(zhuǎn)剛度-變形曲線。

28、可選地，輔助設(shè)計人員進行接頭設(shè)計的步驟包括：

29、向設(shè)計人員輸出顯示考慮混凝土材料非線性本構(gòu)關(guān)系的受力分析結(jié)果與成果曲線。

30、本發(fā)明取得了以下有益效果：

31、對不同尺寸和預(yù)應(yīng)力大小的管廊橫向接頭，在未有接頭試驗數(shù)據(jù)的設(shè)計階段，利用本非線性分析方法即可計算出接頭的混凝土應(yīng)力-變形曲線、預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力-變形曲線、彎矩-變形曲線、旋轉(zhuǎn)剛度-變形曲線，以代替接頭的有限元仿真分析，節(jié)約了寶貴的時間和資源，提高設(shè)計工作效率，并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益，適合推廣使用。

32、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

33、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。