超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法及系统

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及桥梁结构设计领域，尤其涉及一种超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法及系统。背景技术：2.超高性能混凝土(ultra high performance concrete，简称uhpc)是一种高强、高韧、高耐久的新型水泥基复合材料。已有工程经验表明，超高性能混凝土可有效减轻结构自重、强化结构抗裂性能、提升结构跨越能力和长期服役性能，在桥梁工程领域应用前景广阔。其中，节段预制拼装超高性能混凝土梁因具有施工速度快、环境影响小、质控易控制等优点，成为超高性能混凝土桥梁结构的重要发展方向。3.在节段预制拼装超高性能混凝土桥梁结构中，接缝是薄弱部位，接缝受剪性能不足易引发桥梁结构的局部剪切破坏。但由于超高性能混凝土抗拉强度及抗压强度均远高于普通混凝土，且因材料组分中钢纤维的存在而具有优异的抗拉延性，超高性能混凝土齿键在承载力计算方面与普通混凝土有较大区别。4.与普通混凝土结构相比，超高性能混凝土结构强度更高、更为轻薄。现有普通混凝土接缝齿键直剪承载力公式中的预应力对承载力的影响已经不适用于超高性能混凝土结构。并且，现有普通混凝土接缝齿键直剪承载力公式没有考虑纤维桥接作用对承载力的贡献，直接用于计算超高性能混凝土接缝齿键直剪承载力时过于保守，无法充分发挥超高性能混凝土材料优异的性能。5.因此，需要建立一个充分反映超高性能混凝土力学特性、适用范围更广、可靠性更高的接缝齿键直剪承载力确定方法。技术实现要素：6.本发明提供了一种超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法及系统，用以解决现有的超高性能混凝土接缝齿键直剪承载力计算方法的计算复杂，充分反映超高性能混凝土力学特性、适用范围窄、以及可靠性不高的技术问题。7.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：8.一种超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法，包括以下步骤：9.获取超高性能混凝土接缝齿键的剪切面面积ak，确定超高性能混凝土轴心抗压强度标准值fck，计算得到超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土基体的直剪切承载力设计值vkc；10.获取超高性能混凝土轴心抗拉强度设计值ftd，结合超高性能混凝土接缝齿键的剪切面面积ak，计算得到超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土纤维的直剪切承载力设计值vkf；11.获取超高性能混凝土接缝非齿键部分的面积asm，获取预应力引起的超高性能混凝土接缝截面的平均压应力σpk，计算得到超高性能混凝土接缝齿键的摩阻力直剪切承载力设计值vkm；12.根据超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土基体的直剪切承载力设计值vkc、超高性能混凝土纤维的直剪切承载力设计值vkf和摩阻力直剪切承载力设计值vkm，采用以下方法对其进行修正，获得超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力vku：[0013]vku＝0.75(vkc+vkf+vkm)。[0014]优选地，超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土基体的直剪切承载力设计值vkc采用以下方法进行计算和修正：[0015]其中，[0016]其中，αp为齿键局部预应力提高系数。[0017]优选地，超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土纤维的直剪切承载力设计值vkf采用以下方法进行计算：[0018]vkf＝1.1ftdak。[0019]优选地，超高性能混凝土接缝齿键的摩阻力直剪切承载力设计值vkm采用以下方法进行计算：[0020]vkm＝0.55σpkasm。[0021]本发明还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。[0022]本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现上述任一方法中的步骤。[0023]本发明具有以下有益效果：[0024]1、本发明的超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法，通过引入折减系数，并优选取值0.75，步骤简单，能快速确定超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力，具有适用范围更广、可靠度更高的特点。[0025]2、在优选方案中，本发明的超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法，引入预应力提高系数αp和超高性能混凝土轴心抗拉强度设计值ftd，反映预应力和超高性能混凝土轴心抗拉强度对超高性能混凝土基体直剪切承载力影响，确保公式满足可靠指标要求。[0026]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明[0027]图1是本发明优选实施例的超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法的流程示意图。[0028]图2是本发明的超高性能混凝土接缝齿键结构示意图。具体实施方式[0029]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。[0030]参见图1、图2，本发明的超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法，包括以下步骤：[0031](1)获取超高性能混凝土接缝齿键的剪切面面积ak，确定超高性能混凝土轴心抗压强度标准值fck，计算得到超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土基体的直剪切承载力设计值vkc；[0032](2)获取超高性能混凝土轴心抗拉强度设计值ftd，结合超高性能混凝土接缝齿键的剪切面面积ak，计算得到超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土纤维的直剪切承载力设计值vkf；[0033](3)获取超高性能混凝土接缝非齿键部分的面积asm，获取预应力引起的超高性能混凝土接缝截面的平均压应力σpk，计算得到超高性能混凝土接缝齿键的摩阻力直剪切承载力设计值vkm；[0034](4)根据超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土基体的直剪切承载力设计值vkc、超高性能混凝土纤维的直剪切承载力设计值vkf和摩阻力直剪切承载力设计值vkm，采用以下方法对其进行修正，获得超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力vku：[0035]vku＝0.75(vkc+vkf+vkm)。[0036]上述步骤，通过引入折减系数，并优选取值0.75，步骤简单，能快速确定超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力，具有适用范围更广、可靠度更高的特点。在上述步骤中，获取各参数的方式可以是通过测量工具检测、测量或者是统计的数据或者设计人员根据需要输入的数据。需要强调的是，本发明对于参数的修正，不是随意选取的。利用数据库i中的数据，进行可靠度分析和校核，调整系数，得到vkc的0.78，vkf的1.1，总的折减系数0.75。通过可靠度分析得到0.75的折减系数可刚好满足规范要求的可靠指标；如果取大了，公式的可靠指标无法满足规范要求；取小了虽然满足规范可靠指标要求，但会使公式过于保守、浪费材料、不经济。[0037]在一些实施方式中，超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土基体的直剪切承载力设计值vkc采用以下方法进行计算和修正：[0038]其中，[0039]其中，αp为齿键局部预应力提高系数。[0040]在一些实施方式中，超高性能混凝土接缝齿键的超高性能混凝土纤维的直剪切承载力设计值vkf采用以下方法进行计算：[0041]vkf＝1.1ftdak。[0042]在一些实施方式中，超高性能混凝土接缝齿键的摩阻力直剪切承载力设计值vkm采用以下方法进行计算：[0043]vkm＝0.55σpkasm。[0044]提高超高性能混凝土接缝齿键的剪切面面积ak、非齿键部分的面积asm、预应力引起的超高性能混凝土接缝截面的平均压应力σpk、超高性能混凝土轴心抗压强度标准值fck、和超高性能混凝土轴心抗拉强度设计值ftd，可以进而提高其直剪承载力，而现有技术中未充分反映预应力和轴心抗拉强度对承载力的影响。为此，本发明引入预应力提高系数αp和超高性能混凝土轴心抗拉强度设计值ftd，反映预应力和超高性能混凝土轴心抗拉强度对超高性能混凝土基体直剪切承载力影响，确保公式满足可靠指标要求。[0045]为了更好的说明本发明的超高性能混凝土接缝齿键直剪承载力的确定方法的优点，下面结合本实施例中的确定方法与现有确定方法对比说明如下：[0046]验证样本采取如下原则进行筛选：①试验接缝构件为直剪切破坏；②试验参数较为完整，能够满足计算与分析需要。利用上述原则，同时满足条件的超高性能混凝土接缝键齿61个，将其定义为数据库i。[0047]针对上述样本，美国州公路及运输协会颁布的《aashto guide specifications for design and construction of segmental concrete bridges:2003interim revisions》(aashto 2003)中规定的确定方法为现有确定方法，其与本实施例的确定方法对上述样本进行计算分别得到计算值flu，再与试验值fexp进行对比，结果如下表1所示：[0048]表1：数据库i的超高性能混凝土接缝齿键直剪承载力计算误差[0049][0050]注：χm、χcov分别为计算误差χ(试验值fexp与公式计算值flu之比)的均值和变异系数；r为相关性系数；上述最大值与最小值为试验值fexp与公式计算值flu之比的最大值与最小值；超高性能混凝土接缝齿键直剪承载力的可靠指标要求不小于4.70。[0051]表1给出数据库i中的超高性能混凝土接缝齿键直剪承载力试验值fexp与公式计算值flu的对比结果。由上表可以看出，本实施例与美国州公路及运输协会颁布的《aashto guide specifications for design and construction of segmental concrete bridges:2003interim revisions》(aashto 2003)的确定方法相比，本实施例中确定方法的相关性更好，可靠指标均满足要求，可靠性更好。[0052]本发明还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例的步骤。[0053]本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现上述任一实施例中的步骤。[0054]综上可知，本发明的超高性能混凝土接缝齿键的直剪承载力的确定方法，是利用大量超高性能混凝土直剪试验样本进行误差分析、系数修正和可靠度校核而得。通过引入预应力提高系数αp和超高性能混凝土轴心抗拉强度设计值ftd等，最终确定方法具有适用范围更广、可靠度更高等特点。相比传统的确定方法，结果更准确，更贴近实测结果、安全储备合理、可靠度满足规范要求，易于在工程实践中使用，可以为超高性能混凝土接缝齿键的结构设计以及直剪承载力的确定提供参考，具有重要的工程应用价值。[0055]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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