判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作失效的方法与流程

本发明属于剪力墙性能研究技术领域，涉及一种判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作失效的方法。

背景技术：

钢筋混凝土剪力墙的破坏准则对剪力墙的抗震性能研究具有重要的理论意义。现阶段钢筋混凝土剪力墙的破坏准则主要可以分为微观和宏观两类：微观是根据钢筋和混凝土材料的应力-应变曲线进行分析，宏观是根据混凝土剪力墙的位移或能量进行分析。就剪力墙的破坏准则，国内外学者进行了大量研究，但均未能回答如何判断混凝土与钢筋之间的协同工作失效。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作失效的方法。

为此，本发明提供的技术方案为：

一种判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作是否失效的方法，包括：

提供破坏准则计算公式：

其中，w为混凝土的总应变能，lgw为混凝土的对数应变能，(lgw)n+1为第n+1个荷载步混凝土的对数应变能，(lgw)n为第n个荷载步混凝土的对数应变能，k为破坏阶段对数应变能曲线的斜率；

依据该破坏准则进行计算，当剪力墙混凝土的应变能满足该破坏准则公式时，判定所述剪力墙的混凝土与钢筋之间的协同工作失效。

优选的是，所述的判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作失效的方法中，获得所述混凝土的对数应变能lgw的过程包括如下步骤：

(1)测量剪力墙在低周往复荷载下，墙面混凝土各点的应变εi；

(2)求t时刻各测点的弹性应变能式中，wi为各测点弹性应变能，e为混凝土的弹性模量，εi为各个测点的应变；

(3)将各点弹性应变能相加，得到总弹性应变能将所述总弹性应变能视为等于混凝土的总应变能；

(4)求总应变能w以10为底的对数，得到所述混凝土的对数应变能lgw。

本发明至少包括以下有益效果：

从本发明提出的破坏准则可以看出，本发明首次提出混凝土对数应变能的概念，并根据混凝土的对数应变能曲线将混凝土剪力墙在往复荷载作用下的工作状态划分为三个阶段：线性阶段、稳定阶段和后破坏阶段，将稳定阶段和后破坏阶段的分界点命名为破坏点。

提出了描述钢筋混凝土构件延性的新方法。在相同的试验条件下，混凝土的对数应变能曲线稳定阶段越长，稳定阶段单次波动的波幅越大，说明构件延性越好。

本发明首次给出判断钢筋混凝土剪力墙构件中钢筋和混凝土协同工作失效的显式表达，为钢筋混凝土剪力墙提出全新的机理性破坏准则。明确了累积损伤对构件破坏的影响。该准则物理意义明确，简洁直观且便于应用，具有重要的理论和现实意义。

本发明证明了剪力墙混凝土的对数应变能随荷载往复仅产生有限的微小波动，即混凝土的弹性应变能与内力没有直接关系，对试件破坏起控制作用的是应变能而不是内力。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图：

图1a为试件1的混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图；

图1b为试件2的混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图；

图1c为试件3的混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图；

图1d为试件4的混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图；

图1e为试件5的混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图；

图1f为试件6的混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图；

图1g为试件7的混凝土的对数应变能随荷载步的变化规律图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供一种判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作失效的方法，包括：

提供破坏准则计算公式：

其中，w为混凝土的总应变能，lgw为混凝土的对数应变能，(lgw)n+1为第n+1个荷载步混凝土的对数应变能，(lgw)n为第n个荷载步混凝土的对数应变能，k为破坏阶段对数应变能曲线的斜率；

依据该破坏准则进行计算，当剪力墙混凝土的应变能满足该破坏准则公式时，判定所述剪力墙的混凝土与钢筋之间的协同工作失效。

在上述方案中，作为优选，该判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作失效的方法中，获得所述混凝土的对数应变能lgw的过程包括如下步骤：

(1)测量型钢混凝土剪力墙在低周往复荷载下，墙面混凝土各点的应变εi；

(2)求t时刻各测点的弹性应变能式中，wi为各测点弹性应变能，e为混凝土的弹性模量，εi为各个测点的应变；

(3)将各点弹性应变能相加，得到总弹性应变能将所述总弹性应变能视为等于混凝土的总应变能；

(4)求总应变能w以10为底的对数，得到所述混凝土的对数应变能lgw。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，现提供如下的实施例。

在本发明的其中一个实施例中，一种判断剪力墙混凝土与钢筋之间的协同工作失效的方法，包括：

1.测量型钢混凝土剪力墙在低周往复荷载下，墙面混凝土各点的应变εi。

2.求t时刻各测点的弹性应变能式中，wi为各测点弹性应变能，e为混凝土的弹性模量，εi为各个测点的应变。

3.将各点弹性应变能相加，得到总弹性应变能由于混凝土是脆性材料，几乎没有塑性变形，因而总弹性应变能可近似看成是混凝土的总应变能。

4.求总应变能w以10为底的对数，lgw称为混凝土的对数应变能。

分析图1(图1a～图1g)曲线能够归纳出，在构件加载初期，混凝土的对数应变能呈线性增长，混凝土处于弹性状态，称为线性阶段。随后，混凝土的对数应变能局部表现为随荷载的往复变化呈现出明显的往复波动；而总体上混凝土的对数应变能由于损伤的累积逐渐、缓慢、连续地增大，直观上表现为裂缝的不断出现和开展。虽然混凝土是脆性材料，但在这一阶段，混凝土与钢筋协同工作良好，表现出稳定的滞回性能，称为稳定阶段。伴随着损伤积累和荷载不断增大，对数应变能在某点发生阶跃，即对数应变能在前后两个荷载步发生突变，突变值通常大于1，即混凝土的应变能突然增大了10倍以上。在对数应变能发生突变后，试件通常还能继续承载一个阶段，但此时对数应变能随荷载往复变化已无明显波动，对数应变能曲线的斜率近似为0。在这一阶段，混凝土与钢筋的协同工作已经失效，试件继续承载是以钢筋发生明显的塑性变形和混凝土局部粉碎和大面积剥落为前提，试件无法保持正常使用，可以判定为失效，称为后破坏阶段，突变点称为破坏点。根据以上数据和分析，提出钢筋混凝土剪力墙基于对数应变能的破坏准则：

式中，(lgw)n+1——第n+1个荷载步混凝土的对数应变能，

(lgw)n——第n个荷载步混凝土的对数应变能，

k——后破坏阶段对数应变能曲线的斜率。

需要说明，弹性阶段，由于混凝土的局部破坏和开裂，混凝土的对数应变能也可能出现较大的跳跃增长，但构件整体处于弹性工作状态，混凝土的对数应变能还能够继续增长，这是区别于试件破坏时混凝土对数应变能突变的一个显著特征。

本申请提出的剪力墙基于混凝土对数应变能的破坏准则，具有以下意义：

1.首次提出混凝土对数应变能的概念，并根据混凝土的对数应变能曲线将混凝土剪力墙在往复荷载作用下的工作状态划分为三个阶段：线性阶段、稳定阶段和后破坏阶段，将稳定阶段和后破坏阶段的分界点命名为破坏点。

2.提出了描述钢筋混凝土构件延性的新方法。在相同的试验条件下，混凝土的对数应变能曲线稳定阶段越长，稳定阶段单次波动的波幅越大，说明构件延性越好。

3.首次给出判断混凝土剪力墙构件钢筋和混凝土协同工作失效的显式表达。明确了累积损伤对构件的影响，避免了经验判断和回归分析。该准则物理意义明确，简洁直观且便于应用，具有重要的理论和现实意义。

4.证明了剪力墙混凝土的对数应变能随荷载往复仅产生有限的微小波动，即混凝土的弹性应变能与内力没有直接关系，对试件破坏起控制作用的是应变能而不是内力。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。