[发明专利]型钢混凝土组合构件从损伤到失效的综合评价分析方法

说明书

本发明提出型钢混凝土组合构件从损伤到失效的综合评价分析方法，包括以下步骤；步骤A1、根据由临界判定函数建立的失效模式判别准则，判断构件在低周往复荷载作用下的失效模式；步骤A2、针对钢筋混凝土材料部分，以混凝土的受压损伤因子表征材料的损伤；步骤A3、针对型钢材料部分，分别以型钢屈服和达到极限强度作为损伤起点和终点，确定型钢的损伤因子；步骤A4、统计两种材料的综合损伤，提出综合损伤因子；步骤A5、根据各失效模式下构件损伤性能等级判定标准，由材料损伤指标确定构件的损伤性能阶段；本发明可以建立构件损伤量化模型，实现由材料损伤微观层面过渡到构件性能劣化的宏观层面，为该类构件的失效演化分析和损伤评价建立理论依据。

技术领域

本发明涉及土木工程监测技术领域，尤其是型钢混凝土组合构件从损伤到失效的综合评价分析方法。

背景技术

地震作用下,材料的微观损伤反映了构件抗震性能劣化的内在本质。探索材料损伤信息统计方法并确立与构件整体损伤的内在联系,是构件地震损伤研究的基础。对于型钢混凝土构件,型钢与混凝土两种材料相互作用,表现出比普通钢筋混凝土更加复杂的材料损伤特征。

目前，对型钢混凝土组合构件的损伤程度主要单一地从材料层次或构件层次进行评价，缺乏结合两者的损伤信息对试件损伤程度的研究。同时，对于如何表征材料损伤与构件损伤的信息，以及建立两者之间的关联性尚不明确。

现有研究存在以下缺点。

1、对材料层次的损伤模型研究中，主要通过建立材料损伤本构模型对结构在地震作用下的状态进行判别，这些基于材料损伤的地震失效模型在保证高精度的同时，能较好地模拟构件失效破坏本质，但该方法具有未考虑构件破坏模式差异和只能根据各材料点的损伤水平对构件作出整体性能评价的局限性。

2、对构件层次的损伤模型研究中，主要从变形、强度刚度退化、能量等宏观角度提出性态量化指标，建立地震损伤模型。这些构件的地震损伤模型主要从位移、耗能等宏观量的角度评价构件损伤程度，在宏观上能够较好地反映构件损伤的程度，但大多是基于试验结果建立，对构件复杂受力情况下的适用性将受到限制。

发明内容

本发明提出型钢混凝土组合构件从损伤到失效的综合评价分析方法，可以建立构件损伤量化模型，实现由材料损伤微观层面过渡到构件性能劣化的宏观层面，为型钢混凝土组合构件的失效演化分析和损伤评价建立理论依据。

本发明采用以下技术方案。

型钢混凝土组合构件从损伤到失效的综合评价分析方法，所述方法包括以下步骤；

步骤A1、针对任意型钢混凝土构件在低周往复荷载作用下的剪切型失效、弯剪型失效、弯曲型失效，根据由临界判定函数建立的型钢混凝土构件失效模式判别准则，对型钢混凝土构件的钢筋混凝土材料部分、型钢材料部分进行分析；

步骤A2、在针对型钢混凝土构件中的钢筋混凝土材料部分的分析中，以混凝土的受压损伤因子表征材料的损伤；采用基于高斯积分求解的经典损伤理论，计算混凝土受压损伤因子；取构件典型损伤区域的混凝土受压损伤因子最大平均值反映钢筋混凝土的损伤程度；

步骤A3、针对型钢混凝土构件中的型钢材料部分的分析，分别以型钢屈服和达到极限强度作为损伤起点和终点，确定型钢的损伤因子；取构件典型损伤区域的型钢损伤因子最大平均值反映型钢的损伤程度；

步骤A4、统计两种材料的综合损伤，提出型钢混凝土组合材料的综合损伤因子；取构件典型损伤区域的混凝土-型钢综合损伤因子最大平均值作为材料损伤指标，反映型钢混凝土的损伤程度；

步骤A5、根据各失效模式下型钢混凝土组合构件损伤性能等级判定标准，由材料损伤指标确定构件的损伤性能阶段。

步骤A1中所述临界判定函数包括数f₁(λ,n)与f₂(λ,n)，具体公式为：