[發明專利]一種對應構件不屈服性能狀態所需鋼筋面積的配筋方法

有效

• 申請號: 201410219233.0
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN103967161A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 林超偉;王興法
• 申請（專利權）人: 香港華藝設計顧問(深圳)有限公司
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種應構件不屈服性能狀態所需鋼筋面積的配筋方法，特別是涉及結構抗震性能設計時基于大震彈塑性結果復核構件配筋的方法，屬于對應構件不屈服性能狀態所需鋼筋面積的配筋方法的創新技術。

背景技術

對特別復雜不規則結構進行性能化設計是確定結構安全、經濟和合理的關鍵手段之一。結構抗震性能設計應根據結構方案的特殊性，選用適宜的抗震性能目標，并復核三個不同水準下結構或構件性能狀態，尤其是在大震作用下結構與構件的性能狀態復核。現階段，建筑結構整體的大震分析不僅對計算機硬件配置要求甚高，而且大震彈塑性求解頗為耗時，如某250m超高層結構，計算一條30s地震波單方向輸入時，需要耗時30個小時，計算這類結構，以7條波的話總需耗時2940小時。況且，一旦出現構件截面內鋼筋的性能狀態不符合擬定的性能目標，常見做法是加大截面的配筋大小，重新計算復核，此時重新計算所需的時間成本將很難滿足實際工程的使用要求。而有關如何計算對應不同性能狀態所需的鋼筋面積的研究也很少見。

發明內容

本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種對應構件不屈服性能狀態所需鋼筋面積的配筋方法。本發明也可以用于確定不同性能狀態所需的鋼筋面積。

本發明的技術方案是：本發明對應構件不屈服性能狀態所需鋼筋面積的配筋方法，首先假設：1）在動力時程過程中構件截面內鋼筋吸收的能量不隨鋼筋面積而變化；2）鋼筋本構關系為雙線性模型,在大震輸入時，結構多通過構件耗能來消耗地震的輸入能量，構件消耗的能量大小表現為截面內材料的本構關系滯回耗能大小,根據假定，構件截面內鋼筋應變一旦大于屈服應變，表明鋼筋出現屈服，此時鋼筋吸收能量為E_A。計算剛剛處于屈服狀態的鋼筋包含能量E_B，根據能量等效原則建立方程，再逐步推導對應構件性能狀態所需鋼筋面積。

本發明對應構件不屈服性能狀態所需鋼筋面積的配筋方法，具體過程如下：

1)鋼筋部分能量E的計算分析

假定鋼筋面積為A_s，鋼筋已經屈服，時程過程中其最大受拉應變為ε_s，鋼筋部分總的能量為式（1）：

（1）

式中F為鋼筋對應的軸力，U為鋼筋軸向的變形量，σ_s為鋼筋應變對應的應力，L為長度。對構件而言，As和L都是常數，則式（1）可以寫成式（2）：

（2）

根據上式可知:

（3）

式中S_A、S_B為鋼筋材料吸收的能量；

公式（3）表明構件長度一致時，能量大小只與鋼筋面積、鋼筋應力應變包含的面積大小相關。此外，鋼筋的本構關系一旦確定，應力應變包含的面積可以用應變來表達，總之，在能量不變的前提下，可以通過調整鋼筋面積來實現鋼筋所要達到的應變狀態。

2)E_A與E_B的計算分析

鋼筋面積為A_s1和A_s2的同一根構件，時程過程中面積為A_s1的鋼筋進入塑性，其最大受拉應變為ε_s，時程過程中面積為A_s2的鋼筋剛剛進入屈服，則根據式（3），則

（4）

式（4）的物理意義在于控制構件鋼筋處于不屈服狀態，則構件需要的配筋應不小于A_s2；

3)鋼筋面積As2計算

根據式（4）展開：

(5)

(6)

根據公式（6）演算出來的A_s2認為時程過程中鋼筋剛剛進入屈服的臨界狀態,在工程設計中，構件鋼筋若要處于不屈服狀態，則構件的配筋應大于A_s2。

本發明能計算出符合構件截面處于不同性能目標的鋼筋面積，可直接指導任何一個實際工程的應用，改變了目前需大量耗時重新計算的設計現狀。本發明是一種方便實用的對應構件不屈服性能狀態所需鋼筋面積的配筋方法。

附圖說明

圖1為本發明的鋼筋應力應變關系圖；