本發(fā)明涉及組合梁極限彎矩計算，具體涉及一種鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法。

背景技術(shù)：

1、隨著橋梁建設(shè)的蓬勃發(fā)展，鋼-混凝土組合梁能充分發(fā)揮材料性能，受力性能較好，在橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用。在鋼-混組合梁橋的設(shè)計與施工過程中，普通混凝土橋面板較厚、自重較大及負(fù)彎矩區(qū)混凝土易開裂等缺陷，制約了其進(jìn)一步發(fā)展。因此，減輕組合橋梁自重、提出輕型化組合橋梁結(jié)構(gòu)是鋼-混組合橋梁的發(fā)展趨勢，其中，將混凝土材料高強化、輕質(zhì)化是一個重要的研究方向。輕質(zhì)超高性能混凝土（lightweight?ultra-highperformance?concrete，簡稱luhpc），采用陶砂代替石英砂，具有強度高（抗壓強度≥100mpa，劈裂抗拉強度≥10mpa）、自重小（表觀密度≤2100kg/m3）等特點，將luhpc材料應(yīng)用于鋼箱-混組合橋梁工程中，形成鋼箱-luhpc組合梁，可減小截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，改善結(jié)構(gòu)受力性能，提高組合橋梁的跨越能力，應(yīng)用前景非常廣闊。

2、專利cn110990922a一種負(fù)彎矩作用下截面梁的抗彎承載力計算方法，判斷完全抗剪連接新型截面組合梁在負(fù)彎矩作用下達(dá)到承載力極限狀態(tài)時截面中和軸的位置；根據(jù)中和軸位置代入對應(yīng)公式求解極限抗彎承載力，塑性中和軸在波紋側(cè)板內(nèi)時截面應(yīng)力分布此時滿足公式fybdtd+α1fc(b-hr)β1(ha-td-tu)≥fpyap+2fybutu+fysas(1)；根據(jù)力的平衡算出混凝土等效受壓區(qū)高度x，fpyap+2fybutu+fysas＝fybdtd+a1fc(b-hr)x(2a)對受壓區(qū)混凝土等效矩形合力點取矩，得出甲殼梁的極限抗彎承載力mu。

3、然而上述現(xiàn)有技術(shù)為甲殼梁的計算方式，不適用鋼箱-luhpc組合梁，且我國規(guī)范中對于鋼-混組合梁極限彎矩計算中規(guī)定的混凝土的抗壓強度不超過80mpa，所以鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算已不能滿足現(xiàn)有規(guī)范計算公式的使用條件。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提出一種鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中為甲殼梁的計算方式，不適用鋼箱-luhpc組合梁，且我國規(guī)范中對于鋼-混組合梁極限彎矩計算中規(guī)定的混凝土的抗壓強度不超過80mpa，所以鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算已不能滿足現(xiàn)有規(guī)范計算公式的使用條件的技術(shù)問題。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法，包括以下步驟：

4、步驟一、明確luhpc的材料性能，開展組合梁四點彎曲加載試驗，確定鋼箱-luhpc組合梁在彎曲作用下的破壞模式，判斷鋼箱-luhpc組合梁受彎達(dá)到狀態(tài)時截面中和軸的位置；

5、步驟二、根據(jù)塑性中和軸的位置，作出鋼箱-luhpc組合梁截面受力作用圖式，建立鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式；

6、步驟三、將鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式得到的計算結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比與校核。

7、在一些實施例中，具體包括以下步驟：試驗確定luhpc的軸心抗拉強度、軸心抗壓強度及單軸受壓本構(gòu)關(guān)系,獲取試件相關(guān)參數(shù)，開展組合梁彎曲試驗，判斷鋼箱-luhpc組合梁受彎達(dá)到狀態(tài)時截面塑性中和軸的位置，其中，分為塑性中和軸位于luhpc橋面板內(nèi)和鋼箱梁內(nèi)兩種情況。

8、在一些實施例中，當(dāng)截面應(yīng)力分布滿足公式：時，塑性中和軸位于luhpc橋面板內(nèi)；

9、式中， ac為luhpc混凝土板面積； ar為luhpc混凝土板內(nèi)縱向鋼筋截面面積； as為鋼箱梁截面面積； fc為luhpc材料軸心抗壓強度值； fry為luhpc混凝土板內(nèi)縱向鋼筋屈服強度值； fsy為鋼箱梁鋼材屈服強度值。

10、在一些實施例中，當(dāng)截面應(yīng)力分布滿足公式：時，塑性中和軸位于鋼箱梁內(nèi)；

11、式中， ac為luhpc混凝土板面積； ar為luhpc混凝土板內(nèi)縱向鋼筋截面面積； as為鋼箱梁截面面積； fc為luhpc材料軸心抗壓強度值； fry為luhpc混凝土板內(nèi)縱向鋼筋屈服強度值； fsy為鋼箱梁鋼材屈服強度值。

12、在一些實施例中，針對塑性中和軸位于luhpc橋面板內(nèi)和鋼箱梁內(nèi)兩種情況，提出相應(yīng)的鋼箱-luhpc組合梁截面受力作用圖式；

13、當(dāng)塑性中和軸位于luhpc橋面板內(nèi)時，鋼箱-luhpc組合梁在狀態(tài)下，受壓區(qū)luhpc混凝土應(yīng)力分布為三角形分布，并計入受拉區(qū)混凝土抗拉作用及混凝土板內(nèi)縱向鋼筋的受力作用，受拉區(qū)鋼箱梁整體屈服，應(yīng)力為矩形分布；當(dāng)塑性中和軸位于鋼箱梁內(nèi)時，參考現(xiàn)有規(guī)范，將受壓區(qū)鋼箱梁應(yīng)力分布等效為矩形分布；

14、根據(jù)力平衡方程算出中和軸距離luhpc混凝土板上表面距離 x。

15、在一些實施例中，當(dāng)塑性中和軸位于luhpc橋面板內(nèi)時，此時滿足公式（1）：

16、（1）

17、當(dāng)塑性中和軸位于鋼箱梁內(nèi)時，此時滿足公式（2）：

18、（2）

19、式中， bc為luhpc混凝土板截面寬度； x為塑性中和軸距離luhpc混凝土板上表面的距離； ft為luhpc混凝土的抗拉強度； asc為塑性中和軸上側(cè)鋼箱梁的截面面積，由 x計算可得； hc為luhpc混凝土板截面高度。

20、在一些實施例中，根據(jù)截面力矩平衡，即可求得鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩 m：

21、當(dāng)塑性中和軸位于luhpc橋面板內(nèi)時， m滿足公式（3）：

22、（3）

23、當(dāng)塑性中和軸位于鋼箱梁內(nèi)時， m滿足公式（4）：

24、（4）

25、式中， y1為luhpc混凝土板受壓區(qū)合力位置至塑性中和軸的距離； y2為luhpc混凝土板內(nèi)縱向鋼筋截面形心至塑性中和軸的距離； y3為luhpc混凝土板受拉區(qū)截面形心至塑性中和軸的距離； y4為鋼箱梁截面形心至塑性中和軸的距離； acc為塑性中和軸上側(cè)luhpc混凝土板的截面面積； acs為塑性中和軸下側(cè)luhpc混凝土板的截面面積； asc為塑性中和軸上側(cè)鋼箱梁的截面面積； ass為塑性中和軸下側(cè)鋼箱梁的截面面積； fco為luhpc混凝土板下邊緣抗壓強度。

26、在一些實施例中，鋼箱梁與luhpc混凝土板之間連接可靠，受彎過程中跨中截面符合平截面假定，破壞模式以鋼箱梁受拉屈服、混凝土板上表面壓潰為特征。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算方法，明確luhpc的材料性能，開展組合梁四點彎曲加載試驗，確定鋼箱-luhpc組合梁在彎曲作用下的破壞模式，判斷鋼箱-luhpc組合梁受彎達(dá)到狀態(tài)時截面中和軸的位置；根據(jù)塑性中和軸的位置，作出鋼箱-luhpc組合梁截面受力作用圖式，建立鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式；將鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式得到的計算結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比與校核，本技術(shù)中可以考慮鋼箱-luhpc組合梁受彎狀態(tài)下，luhpc受壓與鋼梁受拉的特性，并考慮luhpc材料的抗拉影響，精確確定鋼箱-luhpc組合梁跨中截面的應(yīng)力分布特征，提出了適用于鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩的確定方法，可以全面考慮兩種中和軸位置分布情況，針對中和軸位于luhpc橋面板內(nèi)和鋼箱梁內(nèi)兩種情況，可精確確定鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩，采用鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩計算公式得到的計算結(jié)果與試驗結(jié)果比值分別為0.998、0.983，能夠合理、準(zhǔn)確計算鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩，具有很好的實際工程應(yīng)用價值。

28、本技術(shù)針對鋼箱-luhpc組合梁截面應(yīng)力分布特征，將狀態(tài)下受壓區(qū)luhpc混凝土應(yīng)力分布為三角形分布，并計入受拉區(qū)混凝土抗拉作用及混凝土板內(nèi)縱向鋼筋的受力作用，提出了適用于鋼箱-luhpc組合梁極限彎矩的確定方法，為鋼箱-luhpc組合梁橋的設(shè)計與應(yīng)用提供理論依據(jù)，為推動luhpc材料在橋梁工程中的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

29、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如下。本發(fā)明的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細(xì)給出。