[发明专利]钢筋混凝土柱地震破坏模式概率模型及其概率预测方法

说明书

本发明公开一种钢筋混凝土柱地震破坏模式概率模型及其概率预测方法，该钢筋混凝土柱地震破坏模式概率模型表示为：，利用该钢筋混凝土柱地震破坏模式概率模型值来预测钢筋混凝土柱是发生弯曲破坏，弯剪破坏还是剪切破坏：对于矩形箍筋柱试件，0FM≤4.3时，柱发生弯曲破坏，4.3FM≤8时，柱发生弯剪破坏，FM8时，柱发生剪切破坏；对于圆形或螺旋箍筋柱试件，0FM≤5时，柱发生弯曲破坏，5FM≤8.7时，柱发生弯剪破坏，FM8.7时，柱发生剪切破坏。本发明钢筋混凝土柱地震破坏模式概率预测方法应用简便，只需输入钢筋混凝土柱设计参数，即可判别出可能发生的破坏模式。并且，适用范围广泛，适用于矩形、圆形和螺旋箍筋钢筋混凝土柱地震破坏模式的判别。

技术领域

本发明属于钢筋混凝土结构抗震研究技术领域，具体地说涉及一种钢筋混凝土柱地震破坏模式概率预测的方法。

背景技术

在地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)柱(墩)通常会发生弯曲、剪切或弯剪破坏，这3种破坏模式的性质不同，结构的抗震能力迥异。特别是直接剪切破坏，纵筋不能屈服呈现完全的脆性特征，而对于延性有限的弯剪破坏，在纵筋屈服后抗剪强度随变形增加而降低最终也发生剪切破坏，这两种破坏模式都耗能不足而在抗震设计时力求避免，但是在历次地震中既有RC柱剪切或弯剪破坏都占相当大的比重，可能与早期抗剪问题认识有限和抗震规范不够完善有关。准确预测地震作用下RC柱的破坏模式可以了解既有结构或构件的抗震性能，从而对结构的抗震安全做出合理的评估，为抗震加固做适当准备。目前对RC柱的弯曲破坏可采用经典的纤维梁柱单元模型来模拟；而对于剪切破坏和弯剪破坏，由于剪力作用机理较为复杂，还没有完全合理的理论计算模型描述这两种破坏特征。因此从直接计算角度预测RC柱的地震破坏模式仍存在困难。

国内外学者从不同的角度提出了相应的RC柱地震破坏模式判别方法。理论上可采用塑性铰区截面抗剪需求与抗剪强度(V_p/V₀)之间的关系进行构件地震破坏模式判别(Priestley等,1994；Barghi and Youssefi,2009；刘鸣等,2011)。而且，ASCE/SEI 41-17采用V_p/V₀＝0.6作为弯曲和广义剪切(包括弯剪)破坏的判别准则。这种方法需要首先确定RC柱塑性铰区截面的抗剪强度，然而现在国内外关于抗剪强度计算的理论模型各不相同，没有统一的计算方法且计算精度有限。Ang等(1985)在RC柱拟静力试验过程中当出现剪切斜裂缝后，采用位移延性系数判别墩柱的破坏模式，这种方法仅适用于试验试件。QI等(2013)运用FDA(Fisher统计分析法)分析了RC墩柱破坏模式影响因素，表明V_p/V₀影响最大，其次是剪跨比、箍筋间距和截面深度的比值，然后运用影响较大的3个参数进行统计分析从而判别其地震破坏模式。孙治国等(2015)等意识到V_p/V₀计算精度有限，分别基于修正压力场理论(MCFT)和纤维梁柱单元模型计算了RC柱极限荷载时的剪切和弯曲变形，根据两者的比值关系从变形角度提出了柱弯曲、弯剪和剪切破坏模式的判别准则。Ning和Feng(2019)通过计算抗弯强度M_f和抗剪强度V₀两者的比值关系，提出一个概率指标M_f/L×1/V₀(即V_p/V₀，L为墩柱高度)，采用似然不确定估计法确定未知参数以判别墩柱的破坏模式。Mangalathu和Jeon(2019)采用六种不同的机器学习方法，预测了圆形RC柱的地震破坏模式，显示人工神经网络算法效果较好。

以上方法均未考虑不确定性的影响，没有概率意义。而且适用范围有限。

发明内容