本發(fā)明涉及組合梁極限彎矩計算，具體涉及一種鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法。

背景技術：

1、隨著橋梁建設的蓬勃發(fā)展，鋼-混凝土組合梁能充分發(fā)揮材料性能，受力性能較好，在橋梁工程中得到了廣泛應用。在鋼-混組合梁橋的設計與施工過程中，普通混凝土橋面板較厚、自重較大及負彎矩區(qū)混凝土易開裂等缺陷，制約了其進一步發(fā)展。因此，減輕組合橋梁自重、提出輕型化組合橋梁結構是鋼-混組合橋梁的發(fā)展趨勢，其中，將混凝土材料高強化、輕質化是一個重要的研究方向。輕質超高性能混凝土（lightweight?ultra-highperformance?concrete，簡稱luhpc），采用陶砂代替石英砂，具有強度高（抗壓強度≥100mpa，劈裂抗拉強度≥10mpa）、自重小（表觀密度≤2100kg/m3）等特點，將luhpc材料應用于鋼箱-混組合橋梁工程中，形成鋼箱-luhpc組合梁，可減小截面尺寸，減輕結構自重，改善結構受力性能，提高組合橋梁的跨越能力，應用前景非常廣闊。

2、專利cn110990922a一種負彎矩作用下截面梁的抗彎承載力計算方法，判斷完全抗剪連接新型截面組合梁在負彎矩作用下達到承載力極限狀態(tài)時截面中和軸的位置；根據(jù)中和軸位置代入對應公式求解極限抗彎承載力，塑性中和軸在波紋側板內時截面應力分布此時滿足公式fybdtd+α1fc(b-hr)β1(ha-td-tu)≥fpyap+2fybutu+fysas(1)；根據(jù)力的平衡算出混凝土等效受壓區(qū)高度x，fpyap+2fybutu+fysas＝fybdtd+a1fc(b-hr)x(2a)對受壓區(qū)混凝土等效矩形合力點取矩，得出甲殼梁的極限抗彎承載力mu。

3、然而上述現(xiàn)有技術為甲殼梁的計算方式，不適用鋼箱-luhpc組合梁，且我國規(guī)范中對于鋼-混組合梁極限彎矩計算中規(guī)定的混凝土的抗壓強度不超過80mpa，所以鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算已不能滿足現(xiàn)有規(guī)范計算公式的使用條件。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述技術不足，提出一種鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法，解決現(xiàn)有技術中為甲殼梁的計算方式，不適用鋼箱-luhpc組合梁，且我國規(guī)范中對于鋼-混組合梁極限彎矩計算中規(guī)定的混凝土的抗壓強度不超過80mpa，所以鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算已不能滿足現(xiàn)有規(guī)范計算公式的使用條件的技術問題。

2、為達到上述技術目的，本發(fā)明采取了以下技術方案：

3、本發(fā)明提供了一種鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法，包括以下步驟：

4、步驟一、明確luhpc的材料性能，開展組合梁四點彎曲加載試驗，確定鋼箱-luhpc組合梁在彎曲作用下的破壞模式，判斷鋼箱-luhpc組合梁受彎達到狀態(tài)時截面中和軸的位置；

5、步驟二、根據(jù)塑性中和軸的位置，作出鋼箱-luhpc組合梁截面受力作用圖式，建立鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式；

6、步驟三、將鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式得到的計算結果與試驗結果進行對比與校核。

7、在一些實施例中，具體包括以下步驟：試驗確定luhpc的軸心抗拉強度、軸心抗壓強度及單軸受壓本構關系,獲取試件相關參數(shù)，開展組合梁彎曲試驗，判斷鋼箱-luhpc組合梁受彎達到狀態(tài)時截面塑性中和軸的位置，其中，分為塑性中和軸位于luhpc橋面板內和鋼箱梁內兩種情況。

8、在一些實施例中，當截面應力分布滿足公式：時，塑性中和軸位于luhpc橋面板內；

9、式中， ac為luhpc混凝土板面積； ar為luhpc混凝土板內縱向鋼筋截面面積； as為鋼箱梁截面面積； fc為luhpc材料軸心抗壓強度值； fry為luhpc混凝土板內縱向鋼筋屈服強度值； fsy為鋼箱梁鋼材屈服強度值。

10、在一些實施例中，當截面應力分布滿足公式：時，塑性中和軸位于鋼箱梁內；

11、式中， ac為luhpc混凝土板面積； ar為luhpc混凝土板內縱向鋼筋截面面積； as為鋼箱梁截面面積； fc為luhpc材料軸心抗壓強度值； fry為luhpc混凝土板內縱向鋼筋屈服強度值； fsy為鋼箱梁鋼材屈服強度值。

12、在一些實施例中，針對塑性中和軸位于luhpc橋面板內和鋼箱梁內兩種情況，提出相應的鋼箱-luhpc組合梁截面受力作用圖式；

13、當塑性中和軸位于luhpc橋面板內時，鋼箱-luhpc組合梁在狀態(tài)下，受壓區(qū)luhpc混凝土應力分布為三角形分布，并計入受拉區(qū)混凝土抗拉作用及混凝土板內縱向鋼筋的受力作用，受拉區(qū)鋼箱梁整體屈服，應力為矩形分布；當塑性中和軸位于鋼箱梁內時，參考現(xiàn)有規(guī)范，將受壓區(qū)鋼箱梁應力分布等效為矩形分布；

14、根據(jù)力平衡方程算出中和軸距離luhpc混凝土板上表面距離 x。

15、在一些實施例中，當塑性中和軸位于luhpc橋面板內時，此時滿足公式（1）：

16、（1）

17、當塑性中和軸位于鋼箱梁內時，此時滿足公式（2）：

18、（2）

19、式中， bc為luhpc混凝土板截面寬度； x為塑性中和軸距離luhpc混凝土板上表面的距離； ft為luhpc混凝土的抗拉強度； asc為塑性中和軸上側鋼箱梁的截面面積，由 x計算可得； hc為luhpc混凝土板截面高度。

20、在一些實施例中，根據(jù)截面力矩平衡，即可求得鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩 m：

21、當塑性中和軸位于luhpc橋面板內時， m滿足公式（3）：

22、（3）

23、當塑性中和軸位于鋼箱梁內時， m滿足公式（4）：

24、（4）

25、式中， y1為luhpc混凝土板受壓區(qū)合力位置至塑性中和軸的距離； y2為luhpc混凝土板內縱向鋼筋截面形心至塑性中和軸的距離； y3為luhpc混凝土板受拉區(qū)截面形心至塑性中和軸的距離； y4為鋼箱梁截面形心至塑性中和軸的距離； acc為塑性中和軸上側luhpc混凝土板的截面面積； acs為塑性中和軸下側luhpc混凝土板的截面面積； asc為塑性中和軸上側鋼箱梁的截面面積； ass為塑性中和軸下側鋼箱梁的截面面積； fco為luhpc混凝土板下邊緣抗壓強度。

26、在一些實施例中，鋼箱梁與luhpc混凝土板之間連接可靠，受彎過程中跨中截面符合平截面假定，破壞模式以鋼箱梁受拉屈服、混凝土板上表面壓潰為特征。

27、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法，明確luhpc的材料性能，開展組合梁四點彎曲加載試驗，確定鋼箱-luhpc組合梁在彎曲作用下的破壞模式，判斷鋼箱-luhpc組合梁受彎達到狀態(tài)時截面中和軸的位置；根據(jù)塑性中和軸的位置，作出鋼箱-luhpc組合梁截面受力作用圖式，建立鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式；將鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式得到的計算結果與試驗結果進行對比與校核，本技術中可以考慮鋼箱-luhpc組合梁受彎狀態(tài)下，luhpc受壓與鋼梁受拉的特性，并考慮luhpc材料的抗拉影響，精確確定鋼箱-luhpc組合梁跨中截面的應力分布特征，提出了適用于鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩的確定方法，可以全面考慮兩種中和軸位置分布情況，針對中和軸位于luhpc橋面板內和鋼箱梁內兩種情況，可精確確定鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩，采用鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式得到的計算結果與試驗結果比值分別為0.998、0.983，能夠合理、準確計算鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩，具有很好的實際工程應用價值。

28、本技術針對鋼箱-luhpc組合梁截面應力分布特征，將狀態(tài)下受壓區(qū)luhpc混凝土應力分布為三角形分布，并計入受拉區(qū)混凝土抗拉作用及混凝土板內縱向鋼筋的受力作用，提出了適用于鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩的確定方法，為鋼箱-luhpc組合梁橋的設計與應用提供理論依據(jù)，為推動luhpc材料在橋梁工程中的應用提供了技術支撐。

29、上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如下。本發(fā)明的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細給出。