多向荷载作用下锚栓设计方法与流程

本发明涉及锚栓，特别涉及多向荷载作用下锚栓设计方法。

背景技术：

1、随着现代建筑技术的不断完善，建筑结构的功能要求也在不断提高，混凝土后锚固技术由于其经济性、快捷性、易于施工等优点，在新建和改建等许多工程领域中的应用日趋广泛。

2、在建筑锚固工程中，锚固项目的安全始终是首位，每个锚固点都承担着其重要的安全作用，特别是对建筑安全要求高的大型建筑项目，诸如地铁、核电站、大型水利设施等，正确的锚栓受力计算就显得尤为重要。

3、现有的关于锚固工程的受力计算大多是基于工程经验以及相关的设计规范，采用报告书或者简易的excel模板来计算。而这些计算方法存在诸多问题，比如计算规范不统一，无法形成统一的技术指导，无法准确计算数量繁琐且复杂的工程以及计算精度低等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种多向荷载作用下锚栓设计方法，通过工程建筑中大量真实可用的数据训练，通过工程建模以及数学模型，解决工程锚固计算中繁琐且复杂的计算要求，保证建筑锚固工程的施工安全。

2、为此，本发明的技术方案是：多向荷载作用下锚栓设计方法，包括以下步骤：

3、s1：构建混凝土结构模型；通过三维模型模拟建筑工地实际使用工况，包括使用场景和三维模型的布置参数；

4、s2：根据混凝土结构模型，生成模型的材料参数，建立新的有限元分析模型，并根据有限元的应力应变结果生成数据计算基础；

5、s3：当有限元数据计算基础建立后，逐步处理所需要的荷载数据，具体包括以下步骤：

6、s301：给予多种刚性锚板压缩数值模型，对混凝土破坏及钢材破坏模型进行同步赋值；

7、s302：将宏观变量与赋值变量进行多元非线性拟合，包括混凝土结构；

8、s303：确定数学计算模型的处理方式、计算公式以及判断方法；

9、s304：对确定的数学模型与有限元模型进行统一封装。

10、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：步骤303中，包括单栓实际锥体面积ac,n单栓的计算方法：

11、ac,n单栓＝

12、[min(c1单栓,1.5hef)+min(c2单栓,1.5hef)]*[min(c3单栓,1.5hef)+min(c4单栓,1.5hef)]

13、其中c1单栓、c2单栓、c3单栓、c4单栓分别为单个锚栓点与混凝土前、后、左、右四个方位的间距。

14、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：步骤303中，当存在同列的锚栓a1、锚栓a2时，则双栓实际锥体面积ac,n双栓与锚栓a1、锚栓a2之间距离s相关：

15、ac,n双栓的计算方法如下：

16、①当s≥3hef：

17、ac,n双栓＝

18、{min[min(c1双栓,c2双栓),1.5hef]+1.5hef}*[min(c3双栓,1.5hef)+min(c4双栓,1.5hef)]

19、其中c1双栓为锚栓a1与混凝土后方的间距，c2双栓为锚栓a2与混凝土前方的间距，s为锚栓a1、锚栓a2的间距，c3双栓、c4双栓为锚栓a1、锚栓a2与混凝土左、右两个方位的间距；

20、②当s＜3hef：

21、ac,n双栓＝

22、[min(c1双栓,1.5hef)+min(c2双栓,1.5hef)+s]*[min(c3双栓,1.5hef)+min(c4双栓,1.5hef)]。

23、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：步骤303中，当存在四个锚栓时，锚栓d1和锚栓d2同行设置，锚栓d3和锚栓d4同行设置；锚栓d1和锚栓d3同列设置，锚栓d2和锚栓d4同列设置；

24、锚栓d3所在行与混凝土后侧的间距为c1四栓；

25、锚栓d1所在行与混凝土前侧的间距为c2四栓；

26、锚栓d1所在列与混凝土左侧的间距为c3四栓；

27、锚栓d2所在列与混凝土右侧的间距为c4四栓；

28、锚栓d1所在行与锚栓d3所在行的间距为s1；

29、锚栓d1所在列与锚栓d2所在列的间距为s2；

30、1)s2>3hef；

31、①如果s1>3hef:

32、ac,n四栓＝

33、{min[min(c1四栓,c2四栓),1.5hef]+1.5hef}*{min[min(c3四栓,c4四栓),1.5hef]+1.5hef}

34、有效锚栓为：单锚(最大受力锚栓)

35、②如果s1<3hef ac,n四栓＝

36、[min(c1四栓,1.5hef)+min(c2四栓,1.5hef)+s1]*{min[min(c3四栓,c4四栓),1.5hef]+1.5hef}有效锚栓为：c3四栓>c4四栓,有效锚栓为锚栓d1、锚栓d3，否则为锚栓d2、锚栓d4；

37、2)s2<3hef；

38、①如果s1>3hef:

39、ac,n四栓＝

40、{min[min(c1四栓,c2四栓),1.5hef]+1.5hef}*[min(c3四栓,1.5hef)+min(c4四栓,1.5hef)+s2]有效锚栓为：c1四栓>c2四栓,有效锚栓为锚栓d1、锚栓d2，否则为锚栓d3、锚栓d4；

41、②如果s1<3hef ac,n四栓＝

42、[min(c1四栓,1.5hef)+min(c2四栓,1.5hef)+s1]*[min(c3四栓,1.5hef)+min(c4四栓,1.5hef)+s2]

43、有效锚栓为锚栓d1、锚栓d2、锚栓d3、锚栓d4。

44、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：步骤303中，当存在六个锚栓时，锚栓b1、锚栓b3、锚栓b5同列设置，锚栓b2、锚栓b4、锚栓b6同列设置，且锚栓b1、锚栓b2同行设置，锚栓b3、锚栓b4同行设置，锚栓b5、锚栓b6同行设置：

45、锚栓b5所在行与混凝土后侧的间距为c1六栓；

46、锚栓b1所在行与混凝土前侧的间距为c2六栓；

47、锚栓b1所在列与混凝土左侧的间距为c3六栓；

48、锚栓b2所在列与混凝土右侧的间距为c4六栓；

49、锚栓b5所在行与锚栓b3所在行的间距为s11；

50、锚栓b1所在行与锚栓b3所在行的间距为s12；

51、锚栓b1所在列与锚栓b2所在列的间距为s2；

52、则六栓实际锥体面积ac,n六栓与锚栓b1所在列、锚栓b2所在列的间距s2相关：

53、1)当s2≤3hef时：

54、1.1)若s11≥3hef，s12≤3hef

55、ac,n六栓＝[min(c2六栓,1.5hef)+1.5hef+s12]*[min(c3六栓,1.5hef)+min(c4六栓,1.5hef)+s2]，

56、其中，有效锚栓为锚栓b1、锚栓b2、锚栓b3、锚栓b4；

57、1.2)若s11＜3hef，s12≤3hef

58、ac,n六栓＝

59、[min(c1六栓,1.5hef)+min(c2六栓,1.5hef)+s11+s12]*[min(c3六栓,1.5hef)+min(c4六栓,1.5hef)+s2]

60、其中，有效锚栓为锚栓b1、锚栓b2、锚栓b3、锚栓b4、锚栓b5、锚栓b6；

61、1.3)若s11＜3hef，s12＞3hef

62、ac,n六栓＝[min(c1六栓,1.5hef)+1.5hef+s11]*[min(c3六栓,1.5hef)+min(c4六栓,1.5hef)+s2]

63、其中有效锚栓为锚栓b3、锚栓b4、锚栓b5、锚栓b6；

64、1.4)若s11≥3hef，s12＞3hef

65、ac,n六栓＝{min[min(c1六栓,c2六栓),1.5hef]+1.5hef}*[min(c3六栓,1.5hef)+min(c4六栓,1.5hef)+s2]

66、其中，若c1六栓<c2六栓，有效锚栓为锚栓b5、锚栓b6；反之，有效锚栓为锚栓

67、b1、锚栓b2；

68、2)当s2＞3hef时：

69、2.1)若s11≥3hef，s12≤3hef

70、ac,n六栓＝[min(c2六栓,1.5hef)+1.5hef]*{min[min(c3六栓,c4六栓),1.5hef]+1.5hef}

71、其中，若c3六栓<c4六栓，效锚栓为锚栓b1、锚栓b3；反之，有效锚栓为锚栓b2、锚栓b4；

72、2.2)若s11＜3hef，s12≤3hef

73、ac,n六栓＝

74、[min(c1六栓,1.5hef)+min(c2六栓,1.5hef)+s11+s12]*{min[min(c3六栓,c4六栓),1.5hef]+1.5hef}

75、当c3六栓<c4六栓时，有效锚栓为锚栓b1、锚栓b3、锚栓b5；反之，有效锚栓为锚栓b2、锚栓b4、锚栓b6；

76、2.3)若s11＜3hef，s12＞3hef

77、ac,n六栓＝＝[min(c1六栓,1.5hef)+1.5hef]*{min[min(c3六栓,c4六栓),1.5hef]+1.5hef}

78、当c3六栓<c4六栓时，有效锚栓为锚栓b3、锚栓b5；反之，有效锚栓为锚栓b4、锚栓b6；

79、2.4)若s11≥3hef，s12＞3hef

80、ac,n六栓＝

81、{min[min(c1六栓,c2六栓),1.5hef]+1.5hef}*[min(min(c3六栓,c4六栓),1.5hef)+1.5hef]

82、其中，有效锚栓为受力最大锚栓。

83、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：步骤s1具体包括以下步骤：

84、s101：建立混凝土结构模型；运用计算机三维辅助设计，建立混凝土结构模型，设定混凝土模型尺寸参数、位置参数；

85、s102：建立锚板、型钢、锚栓模型；通过布置安装要求对现场进行进一步的模型设计；

86、s103：对模型进行排序，设置合理的参数与宏观变量；

87、s104：对模型进行统一的处理，生成前端可任意编辑的混凝土结构模型。

88、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：步骤s101中，当混凝土结构模型建立以后，在模型的上表面建立标准直径的圆形孔洞，进而模拟现场施工时在混凝土表面钻孔的场景；孔洞的参数包括直径、深度、位置参数。

89、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：步骤s2具体包括以下步骤：

90、s201：通过有限元分析软件建立基于混凝土结构模型的数值计算模型，开展数值试验；

91、s202：利用修正函数确定节理参数，对混凝土与锚栓结构模型进行网格划分；

92、s203：数值计算模型开挖，确定多种锚板的刚度条件赋值方式；

93、s204：获取模型拉压过程中的全应力应变曲线，进而得到混凝土结构的宏观抗压强度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、峰后脆性程度力学参数；

94、s205：建立完整的数值模型，进行统一的后处理模型封装。

95、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

96、本发明运用计算机辅助计算，自主开发基于有限元动力分析软件与实际工程数学模型为基础的锚栓强度与内力计算算法；实现锚固构件在多向轴力、剪力、弯矩加载作用下多种锚栓组合设计的强度内力计算及验算。

97、本发明源于工业真实需求，依赖行业中的各种大数据、小数据以及特殊需求、工程指导等，通过将计算模型、专业知识封装成在一起，客户通过交互界面实现一键计算分析功能，不仅提高工程的效率，而且软件中专业的工艺建模也使得用户的建筑工程更加安全可靠。