一种预应力混合装配式框架节点设计承载力的计算方法

1.本发明属于工业与民用建筑结构工程装配式建筑技术领域，具体涉及一种预应力混合装配式框架节点设计承载力的计算方法。


背景技术：

2.预应力混合装配式框架是一种符合我国建筑产业发展方向的装配式建筑结构形式。由于采用了后张无粘结的预应力张拉方式，该框架节点具有地震荷载下自恢复能力强，残余变形小的特点；同时由于其施工时无须现场浇筑混凝土，具有施工速度快，适合工业化生产的特点。预应力混合装配式框架节点中带肋角钢提供耗能能力，牛腿承受节点剪力并可作为施工时预制梁的支撑，可用于大跨度厂房结构。在该类型结构的设计过程中，如何确定其设计承载能力是该领域的重要研究课题。
3.目前该类型框架节点的承载力理论计算方法大多是假定截面受压区高度，根据梁截面的受力平衡多次迭代计算进行推导，同时需要使用程序语言进行编程，对工程设计人员而言不易掌握，计算难度大且不具有通用性。


技术实现要素：

4.本发明目的是针对现有计算方法须使用程序编程进行迭代计算，计算难度大，不易被工程技术人员掌握的缺点，提出了一种预应力混合装配式框架节点设计承载力的计算方法，能够基于本计算方法方便地计算该节点的设计承载力。该方法计算公式形式简单，概念明确，避免了复杂的迭代计算，计算精度高，同时提高了设计效率。
5.本发明采用的技术方案：一种预应力混合装配式框架节点设计承载力的计算方法，预应力混合装配式框架节点设计承载力可取极限承载力除以安全系数2；极限承载力是指框架节点在动力荷载如地震荷载作用下节点梁端混凝土压碎，连接带肋角钢屈服时能够承受的荷载，该计算方法包括以下步骤：
6.步骤一、采集预应力混合装配式框架的基本参数；
7.采集预应力混合装配式框架中钢材的屈服强度、弹性模量和混凝土抗压强度；采集框架节点中梁、柱、牛腿、带肋角钢的截面尺寸、长度；采集预应力钢绞线的规格、数量、安装位置、施加的有效预应力。
8.步骤二、根据梁截面的受力平衡，分别计算带肋角钢和预应力钢绞线提供的承载力m
ay
、m
py
；
9.步骤3.计算预应力混合装配式框架节点极限承载力m
hc
；
10.步骤4.计算预应力混合装配式框架节点设计承载力m
hd
：
[0011][0012]
进一步地，所述步骤2中，带肋角钢提供的承载力m
ay
按照下式计算：
[0013][0014][0015][0016]
式中，χ
‑‑
带肋角钢承载力增大系数，单肋取2，双肋取3；
[0017]fay
、f'
ay
‑‑
分别为无肋角钢受拉、受压设计承载力，可根据已公开的技术手段确定；
[0018]
h、b
‑‑
分别为梁截面高度、宽度；
[0019]
x
‑‑
梁端混凝土受压区高度；
[0020]c‑‑
梁端混凝土保护层厚度；
[0021]
ta‑‑
角钢厚度；
[0022]
σ
py
‑‑
预应力钢绞线的屈服应力；
[0023]ap
‑‑
预应力钢绞线的面积；
[0024]
α1‑‑
参数，参照混凝土规范，根据混凝土强度取值；
[0025]
fc‑‑
混凝土轴心抗压强度。
[0026]
进一步地，所述步骤2中，预应力钢绞线提供的承载力m
py
按照下式计算：
[0027][0028]
进一步地，所述步骤3中，预应力混合装配式框架节点极限承载力m
hc
按照下式计算：
[0029]mhc
＝(m
ay
+m
py
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(ⅳ)。
[0030]
为了验证公式的的准确性，将公式(ⅳ)确定的预应力混合装配式框架节点极限承载力与试验结果对比，如表1所示。结果表明该计算方法的计算结果与试验结果一致性较好，计算精度高，最大误差不超过12％；公式概念清楚、形式简单，便于工程应用，大大提高了设计效率。
[0031]
表1理论计算与试验结果比较
[0032]
构件编号试验值/kn理论值/kn最大误差179.585.747.85％278.6287.3511.10％378.9582.454.43％
[0033]
有益效果：
[0034]
本发明提供了一种预应力混合装配式框架节点设计承载力的计算方法，能够方便地计算该节点的设计承载力。
[0035]
本方法中提出的设计承载力的计算方法适用于预应力混合装配式框架节点。
[0036]
本方法中提出的计算方法，形式简单，概念明确，计算精度高。
[0037]
本方法能够简便直接地对预应力混合装配式框架节点设计承载力进行确定，有利
于促进预应力混合装配式框架的应用和推广。
附图说明
[0038]
图1为本发明预应力混合装配式框架节点示意图。
具体实施方式
[0039]
下面结合本发明附图和具体实施方式对整个实施例中的技术方案进行详细的叙述。
[0040]
如图1所示，一种预应力混合装配式框架节点设计承载力的计算方法：
[0041]
以某典型预应力混合装配式框架节点为例，其设计承载力m
hd
：
[0042][0043]
带肋角钢提供的承载力m
ay
按照下式计算：
[0044][0045][0046][0047]
式中，χ
‑‑
带肋角钢承载力增大系数，单肋取2，双肋取3；
[0048]fay
、f'
ay
‑‑
分别为无肋角钢受拉、受压设计承载力；
[0049]fay
＝(0.035ta+0.74)v
p
；
[0050]vp
‑‑
为角钢塑性剪力(屈服荷载)，可由下式得到：
[0051][0052]
式中l
g2
‑‑
为角钢竖肢螺母下边缘至角钢起弧点的距离；
[0053]v0
‑‑
为角钢纯剪切抗力；
[0054]
fa'y＝0.1f
ayaa
≤c
as
[0055]
式中f
ay
‑‑
为角钢的屈服强度；aa‑‑
为角钢水平肢截面面积；c
as
‑‑
为角钢与梁的接触面发生相对滑移时板件间的摩擦力；
[0056]
h、b
‑‑
分别为梁截面高度、宽度；
[0057]
x
‑‑
梁端混凝土受压区高度；
[0058]c‑‑
梁端混凝土保护层厚度；
[0059]
ta‑‑
角钢厚度；
[0060]
σ
py
‑‑
预应力钢绞线的屈服应力；
[0061]ap
‑‑
预应力钢绞线的面积；
[0062]
α1‑‑
参数，参照混凝土规范，根据混凝土强度取值；
[0063]
fc‑‑
混凝土轴心抗压强度；
[0064]
ea‑‑
角钢弹性模量；
[0065]
k0‑‑
角钢初始刚度，可由弹性理论公式获得：
[0066][0067]
式中弯曲刚度
[0068]
剪切刚度
[0069]
其中ia为角钢截面惯性矩；c
θ
为计算参数；g为角钢竖肢计算长度；
[0070]
预应力钢绞线提供的承载力m
py
按照下式计算：
[0071][0072]
预应力混合装配式框架节点极限承载力m
hc
按照下式计算：
[0073]mhc
＝(m
ay
+m
py
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(ⅳ)。
[0074]
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。