本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種組合梁的抗剪承載力的確定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，故在橋梁建設(shè)中應(yīng)用廣泛，當(dāng)組合梁橋采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅可有效提升結(jié)構(gòu)的剛度及承載能力，還可以節(jié)省材料用量，降低工程造價(jià)。由于普通混凝土自身抗拉強(qiáng)度低、耐久性不佳，使傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁存在結(jié)構(gòu)自重大、抗裂性能差等問題，而當(dāng)混凝土橋面板開裂后，會(huì)出現(xiàn)接縫漏水、混凝土碳化、鋼筋銹蝕等病害，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。此外，傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁采用焊接鋼梁，導(dǎo)致鋼梁焊接工作量增加、成本提高、施工周期延長，且焊接容易引入殘余應(yīng)力，降低鋼梁的疲勞壽命，影響結(jié)構(gòu)的服役性能。

2、超高性能混凝土作為一種新型纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐久性能和工作性能，韌性良好，可以很好地彌補(bǔ)普通混凝土的不足。已有的研究和工程應(yīng)用表明，當(dāng)采用超高性能混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，可有效減小結(jié)構(gòu)尺寸、減少混凝土用量，從而降低結(jié)構(gòu)自重和碳排放量，并顯著提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力和耐久性，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，節(jié)約全壽命成本。熱軋型鋼作為一種工業(yè)化產(chǎn)品，具有成本低、殘余應(yīng)力小、焊接工作量少等優(yōu)勢。但型鋼規(guī)格有限，目前規(guī)范中列出的高度為100-1200mm。而對于跨徑為20-60m的組合梁橋，梁高大致為800-3000mm，鋼梁高度在600-2800mm范圍內(nèi)，而現(xiàn)有型鋼很難應(yīng)用于跨徑超過30m的組合梁橋中。

3、因此，針對傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)所面臨的問題，基于超高性能混凝土和熱軋型鋼，提出了一種具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁結(jié)構(gòu)，該組合梁由超高性能混凝土-t梁和熱軋h型鋼組成（如參見專利文獻(xiàn)cn110331648a）。已有研究表明，以一座長35m、寬16.25m的組合梁橋?yàn)楸尘?，與傳統(tǒng)少主梁鋼-混凝土組合梁方案相比，型鋼-超高性能混凝土組合梁方案每平米用鋼量減少30%、自重降低37%、成本大致節(jié)約12%。

4、目前，鋼-混凝土組合梁規(guī)范《公路鋼混組合橋梁設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（jtg/t?d64-01-2015）和《鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范》（gb?50917-2013）中均提供了組合梁抗剪承載力計(jì)算方法，該計(jì)算方法的適用對象為僅有鋼腹板的傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)；uhpc結(jié)構(gòu)規(guī)范《超高性能混凝土梁式橋技術(shù)規(guī)程》（t/cces?27-2021）和《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（jgj/t?465-2019）中提供了超高性能混凝土構(gòu)件抗剪承載力計(jì)算方法，該方法僅適用于具有超高性能混凝土腹板的超高性能混凝土結(jié)構(gòu)。若直接采用以上規(guī)范中的一種計(jì)算方法，則無法充分反映型鋼-超高性能混凝土組合梁中鋼腹板與超高性能混凝土腹板的剪力分配比例，難以準(zhǔn)確評估型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力，會(huì)低估型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力，造成材料浪費(fèi)，增加建設(shè)成本；而若綜合采用上述兩種方法，將計(jì)算結(jié)果相加，則無法準(zhǔn)確體現(xiàn)剪跨比對承載力的影響和剪力分配機(jī)制，同時(shí)極有可能高估組合梁的承載力，使得設(shè)計(jì)的型鋼-超高性能混凝土組合梁不安全。所以，上述規(guī)范提供的方法無法適用于具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁結(jié)構(gòu)，這也限制了型鋼-超高性能混凝土組合梁在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。

5、因此，有必要建立一種充分反映組合腹板剪力分配比例、考慮剪跨比和其它關(guān)鍵參數(shù)的影響、預(yù)測精度高的確定型鋼-超高性能混凝土組合梁抗剪承載力的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力的計(jì)算方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有規(guī)范中提供的鋼-混凝土組合梁或超高性能混凝土梁的抗剪承載力的確定方法無法適用于型鋼-超高性能混凝土組合梁的技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力的計(jì)算方法，包括以下步驟：

4、步驟1：獲取型鋼腹板屈服強(qiáng)度fy、型鋼腹板高度hws、型鋼腹板厚度tws、計(jì)算截面剪跨長度a、型鋼-超高性能混凝土組合梁總高度h和屈服剪跨比，基于上述獲得的各參數(shù)得到型鋼腹板剪切強(qiáng)度vy和計(jì)算截面剪跨比，基于上述獲得的型鋼腹板剪切強(qiáng)度vy和計(jì)算截面剪跨比，得到型鋼腹板提供的抗剪承載力vu,hrs；

5、步驟2：獲取超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度fc、超高性能混凝土腹板厚度twc、超高性能混凝土梁高度hc，基于上述獲得的參數(shù)，計(jì)算得到超高性能混凝土基體提供的抗剪承載力vc；

6、獲取超高性能混凝土抗拉強(qiáng)度ft、超高性能混凝土腹板厚度twc、超高性能混凝土梁高度hc、超高性能混凝土梁翼緣厚度tf、計(jì)算截面處主壓應(yīng)力與梁縱軸線夾角θ、承載能力極限狀態(tài)時(shí)受拉超高性能混凝土分項(xiàng)系數(shù)和超高性能混凝土整體的纖維取向系數(shù)kglobal，基于上述獲得的各參數(shù)得到超高性能混凝土裂后抗拉強(qiáng)度fte和計(jì)算鋼纖維貢獻(xiàn)時(shí)的有效剪切高度dvf，基于上述各參數(shù)，得到超高性能混凝土鋼纖維提供的抗剪承載力vf；

7、獲取箍筋直徑ds、同一截面箍筋根數(shù)n、箍筋間距s、箍筋屈服強(qiáng)度fy,sv、超高性能混凝土腹板厚度twc、超高性能混凝土梁高度hc、超高性能混凝土梁翼緣厚度tf和計(jì)算截面處主壓應(yīng)力與梁縱軸線夾角θ，基于上述獲得的各參數(shù)得到箍筋面積asv和配箍率，得到計(jì)算箍筋貢獻(xiàn)時(shí)的有效剪切高度dvs，基于上述各參數(shù)，得到超高性能混凝土腹板箍筋提供的抗剪承載力vs；

8、基于超高性能混凝土基體提供的抗剪承載力vc、超高性能混凝土鋼纖維提供的抗剪承載力vf和超高性能混凝土腹板箍筋提供的抗剪承載力vs，得到超高性能混凝土腹板提供的抗剪承載力vu,uhpc，vu,uhpc=vc+vf+vs；

9、步驟3：基于步驟1中的型鋼腹板提供的抗剪承載力vu,hrs和步驟2中的超高性能混凝土腹板提供的抗剪承載力vu,uhpc，得到具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力vu，vu=vu,hrs+vu,uhpc。

10、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，所述型鋼腹板剪切強(qiáng)度vy和計(jì)算截面剪跨比按如下公式計(jì)算：

11、；

12、=a/h，a與超高性能混凝土梁高度hc的比值不小于1.5；

13、型鋼腹板提供的抗剪承載力vu,hrs按如下公式計(jì)算：

14、對于0.7<<1.4的情形，；

15、對于≥1.4的情形，。

16、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，所述屈服剪跨比的確定包括以下步驟：

17、獲取型鋼高度hs、型鋼-超高性能混凝土組合梁總高度h、型鋼腹板屈服強(qiáng)度fy、型鋼腹板厚度tws、超高性能混凝土抗拉強(qiáng)度ft、超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度fc、超高性能混凝土腹板厚度twc；

18、計(jì)算型鋼高度hs與型鋼-超高性能混凝土組合梁總高度h之比，=hs/h，且滿足0.3≤≤0.5；

19、基于上述獲得的參數(shù)，計(jì)算得到屈服剪跨比：

20、。

21、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，超高性能混凝土基體提供的抗剪承載力vc按如下公式計(jì)算：

22、。

23、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，超高性能混凝土裂后抗拉強(qiáng)度fte和計(jì)算鋼纖維貢獻(xiàn)時(shí)的有效剪切高度dvf按如下公式計(jì)算：

24、；

25、dvf=hc-tf；

26、超高性能混凝土鋼纖維提供的抗剪承載力vf按如下公式計(jì)算：

27、；

28、其中，θ滿足30°≤θ≤45°，當(dāng)θ<30°時(shí)，取30°，當(dāng)θ>45°時(shí)，取45°。

29、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，箍筋面積asv和配箍率按如下公式計(jì)算：

30、asv=πnds2/4；

31、=asv/(twcs)；

32、計(jì)算箍筋貢獻(xiàn)時(shí)的有效剪切高度dvs按如下公式計(jì)算：

33、dvs=0.9(hc-tf)。

34、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，超高性能混凝土腹板箍筋提供的抗剪承載力vs按如下公式計(jì)算：

35、。

36、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，所述承載能力極限狀態(tài)時(shí)受拉超高性能混凝土分項(xiàng)系數(shù)，在設(shè)計(jì)中驗(yàn)算組合梁抗剪承載力時(shí)取1.45，在對比試驗(yàn)梁或仿真模型的抗剪承載力時(shí)取1.0。

37、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，超高性能混凝土整體的纖維取向系數(shù)kglobal取1.25。

38、上述計(jì)算方法中，優(yōu)選的，型鋼腹板屈服強(qiáng)度fy、超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度fc、超高性能混凝土抗拉強(qiáng)度ft、箍筋屈服強(qiáng)度fy,sv，在設(shè)計(jì)中驗(yàn)算組合梁抗剪承載力時(shí)取設(shè)計(jì)值；在對比試驗(yàn)梁或仿真模型的抗剪承載力時(shí)取實(shí)測值。

39、作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

41、1、本發(fā)明的具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力的計(jì)算方法及系統(tǒng)，相比于現(xiàn)行規(guī)范提供的計(jì)算方法，本發(fā)明提供的計(jì)算方法可以很好地適用于具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁，且具有良好的精度和可靠性，可以用于具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力的精準(zhǔn)確定。

42、2、在優(yōu)選方案中，本發(fā)明的具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力的計(jì)算方法及系統(tǒng)，考慮了型鋼腹板和超高性能混凝土腹板各自對型鋼-超高性能混凝土組合梁抗剪承載力的貢獻(xiàn)，反映了具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪受力特征和剪力分配比例，可以更準(zhǔn)確地評估型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力，對推廣型鋼-超高性能混凝土組合梁的工程應(yīng)用具有重要價(jià)值。

43、3、在優(yōu)選方案中，本發(fā)明的具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力的計(jì)算方法及系統(tǒng)，引入計(jì)算截面剪跨比，反映了剪跨比對型鋼-超高性能混凝土組合梁抗剪承載力的影響，在實(shí)際工程的設(shè)計(jì)中，可以為型鋼-超高性能混凝土組合梁的設(shè)計(jì)和抗剪承載力的檢測提供參考，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

44、4、在優(yōu)選方案中，本發(fā)明的具有組合腹板的型鋼-超高性能混凝土組合梁的抗剪承載力的計(jì)算方法及系統(tǒng)，引入屈服剪跨比，準(zhǔn)確反映了不同剪跨比時(shí)，型鋼腹板不一定完全屈服的試驗(yàn)現(xiàn)象；此外，還綜合考慮了型鋼高度hs、型鋼-超高性能混凝土組合梁總高度h、型鋼腹板屈服強(qiáng)度fy、型鋼腹板厚度tws、超高性能混凝土抗拉強(qiáng)度ft、超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度fc、超高性能混凝土腹板厚度twc、型鋼高度與型鋼-超高性能混凝土組合梁總高度之比，這些關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)對型鋼提供的抗剪承載力的不同影響程度，對型鋼-超高性能混凝土組合梁的設(shè)計(jì)和檢測具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。