基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法与流程

本发明属于土木工程结构数据处理领域，具体涉及一种用于方形构件的基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法。

背景技术：

1、近些年，随着人们对超高层建筑和大跨度建筑的需要，促进了施工技术和高效能材料的发展。其中，高强混凝土发挥了重要的作用。但是，受制于现状，目前混凝土的高强化实际并没有完全发挥出来，主要还是受制于混凝土高强化后表现出的脆性性能。高强混凝土构件的应力-应变曲线在达到顶峰的峰值应力后，曲线下降段十分陡峭，属于脆性破坏，这在结构设计中是不允许的。此外，箍筋和纵筋的配置能够有效起到约束核心混凝土的功效，然而，考虑到目前高强钢筋尤其是更高屈服强度在500mpa及以上的钢筋目前尚未列入规范，导致遇到该类情况时无借鉴配比可用，更缺少相关操作数据，即目前常用公式更适用于普通钢筋，不适合高强度钢。鉴于此，申请人曾申请有专利名称为“一种基于高强箍筋的配置加强筋柱构件”的发明专利，可最大化地发挥出高强钢筋的强度性能。

2、然而，上述描述目前更多针对高强箍筋搭配常规混凝土后形成的配置加强筋柱构件；虽然普通混凝土理论已较成熟，但随着国家近年来节能减排、低碳目标等政策落实，高强混凝土材料的研发与应用也逐步受到重视，但高强混凝土结构的理论目前仍然亟待进一步开发，对于高强混凝土构件的研究尚处于探究阶段。至此，当采用上述高强混凝土时，由于高强混凝土显著于常规混凝土的优点和劣势，如何研发出一种基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件，以填补该区域空白，解决目前采用高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件在设计验算时缺乏适用计算公式乃至设计流程的现况。最终保证高性价比的同时，为高强箍筋结合高强混凝土在实际工程应用，尤其是有抗震设计要求的建筑应用提供实用借鉴依据，为本领域近年来亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法，其具备计算流程简便且数据准确的优点，解决了目前采用高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件在设计验算时缺乏适用设计公式乃至设计流程的情况，同时，也确保了同等强度下的更低配率施工效果，性价比更高，也为高强箍筋结合高强混凝土在实际工程应用提供实用借鉴依据。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法，其特征在于包括以下步骤：

4、s1.以下式计算添加高强箍筋与高强混凝土后的加强筋柱构件的最小配箍率 β：

5、

6、式中：

7、 f c为作为方形柱构件的加强筋柱构件的混凝土抗压强度标准值；

8、 f y为高强箍筋的屈服强度；

9、 k e为形状系数；

10、s2.根据步骤s1的计算结果，以下式计算参考阈值zc：

11、

12、式中：

13、 e s为高强箍筋弹性模量；

14、s3.当 b/ b’＜ z c时，表明满足设计需求；当 b/ b’≥ z c时，减小 b的数值，直至 b/ b’＜ z c；其中， b为加强筋柱构件的截面宽度， b’为加强筋柱构件的核心区宽度。

15、优选的，形状系数 k e的取值如下：

16、

17、式中：

18、s为加强筋柱构件中相邻高强箍筋的间距。

19、优选的，所述高强箍筋的屈服强度为600mpa至750mpa。

20、本发明的有益效果在于：

21、基于目前“基于高强箍筋与高强混凝土”的方形构件的设计空白，本发明提供了一种基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法。实际设计时，第一步以最小配箍率β来进行初始计算，目的是力求合理计算材料配比，确保最大化地发挥高强箍筋的自身强度性能。在该第一步中，在明确最小配箍率后，自然也就能配置相应的高强箍筋，最终使构件满足初始使用需求。实际上，配箍率最高值理论上无穷大，只受生产成本的制约，也即配箍率越高，成本自然会上升，因此此处优先以最小配箍率来计算，以保证在明确构件性能的同时，最小化成本，确保性价比，最终达到节省钢材和构件用量的效果。第二步时，再以最小配箍率来定义参考阈值，并辅以后续对截面宽度与核心区宽度的比值的比对乃至后期调整，实现对整个加强筋柱构件的快速设计目的。调整过程中，由于改变截面宽度并不会改变形状系数，也不会改变计算得到的最小配箍率，因此可最简化的满足设计需求。

22、至此，本发明具备计算流程简便且数据准确的优点，解决了目前采用高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件在设计验算时缺乏适用设计公式乃至设计流程的情况，同时，也确保了同等强度下的更低配率施工效果，性价比更高，也为高强箍筋结合高强混凝土在实际工程应用提供实用借鉴依据。

技术特征：

1.基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法，其特征在于：形状系数ke的取值如下：

3.根据权利要求1或2所述的基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法，其特征在于：所述高强箍筋的屈服强度为600mpa至750mpa。

技术总结
本发明属于土木工程结构数据处理领域，具体涉及一种用于方形构件的基于高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件设计方法。本发明包括以下步骤：S1.计算添加高强箍筋与高强混凝土后的加强筋柱构件的最小配箍率；S2.计算参考阈值Z<subgt;C</subgt;；S3.进行比对及调整。本发明具备计算流程简便且数据准确的优点，解决了目前采用高强箍筋与高强混凝土的加强筋柱构件在设计验算时缺乏适用计算公式乃至设计流程的情况，同时，也确保了同等强度下的更低配率施工效果，性价比更高，也为高强箍筋结合高强混凝土在实际工程应用提供实用借鉴依据。

技术研发人员：魏滔锴,黄华,沈奇罕,刘俊杰,胡子明,魏魏,郭世豪
受保护的技术使用者：安徽吾兴新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21