申请/专利权人：湘潭大学

申请日：2023-10-27

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN117290914B

主分类号：G06F30/12

分类号：G06F30/12;G06F30/17;G06F30/20;G06F17/10;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2024.01.12#实质审查的生效;2023.12.26#公开

摘要：本发明公开了一种考虑界面摩擦作用的栓钉连接钢‑UHPC界面抗剪承载力计算方法。首先构建三维力流线模型来描述栓钉根部剪力在其前端UHPC中的传递特征并推导了三维力流线模型的数学方程；根据力流线物理意义推导了钢‑UHPC界面横向应力分布公式，进而采用双重积分得到钢‑UHPC界面膨胀压力和界面摩擦力计算公式；最后建立了考虑界面摩擦作用的栓钉连接钢‑UHPC界面抗剪承载力计算方法。本发明提出的考虑界面摩擦作用的栓钉连接钢‑UHPC界面抗剪承载力计算公式，其计算表达式简单、物理意义明确，能有效提高栓钉连接钢‑UHPC界面抗剪承载力计算精度，为栓钉连接钢‑UHPC界面抗剪承载力精细化计算评价提供了理论依据，对栓钉连接钢‑UHPC组合结构设计和评估具有重要地指导意义。

主权项：1.一种考虑界面摩擦作用的栓钉连接钢-UHPC界面抗剪承载力计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1构建栓钉根部剪力在UHPC中传递的三维力流线模型并推导其数学方程；2根据三维力流线模型的物理意义推导钢-UHPC界面横向应力分布计算公式；3通过双重积分推导钢-UHPC界面界面膨胀压力和界面摩擦力计算公式；4考虑界面摩擦力推导栓钉连接钢-UHPC界面抗剪承载力计算公式；在步骤1中，假定剪力P0在栓钉根部半椭圆面内均匀分布，定义半椭圆面沿栓钉栓杆方向的长轴为a、垂直栓钉栓杆方向的短轴为b；根据圣维南原理，认为剪力P0仅在栓钉前端等效作用宽度h距离内的UHPC中不均匀传递，h距离之外集中力P0在UHPC中均匀传递，假定栓钉剪力P0在其前端h处半椭圆面内均匀分布，该半椭圆面沿栓钉栓杆方向的轴径为h、垂直栓钉栓杆方向的轴径为bha；据此建立栓钉剪力P0在其前端UHPC中传递的三维力流线模型，具体过程如下：首先，定义栓钉栓杆方向为三维坐标系z轴、栓钉根部剪力方向为三维坐标系x轴、两轴交点垂线为y轴；根据边界条件，得到xoz平面内任意二维力流线的数学表达式为公式1： 式中zh,i为xoz平面中任意力流线在x＝h处的z轴坐标；然后，将上述二维力流线沿栓钉跟前yoz平面中的半椭圆路径扫掠即可得到栓钉剪力P0在其前端UHPC中传递的三维力流面模型，三维力流面任意断面为半椭圆，其长短轴比值为ab保持不变；在x＝h截面处任取一点M，其坐标h，yh，zh，假定其所在的半椭圆的长短轴分别为ah和bh，则有bh＝ahba，带入椭圆方程有公式2： 由上式可以得到M点所在半椭圆沿z轴方向轴径的表达式为公式3： 将上式带入公式1即可得到与M点对应的三维力流面沿x轴任意断面处半椭圆长轴的计算表达式为公式4： 进一步可以得到与M点对应的三维力流面的表达式为公式5： 同时通过M点和x轴的平面方程表达式为公式6：yhz-zhy＝0；过M点的三维力流线方程可以通过三维力流面与过M点和x轴的平面交线进行确定，联立公式4、5、6可得任意一点Mh，yh，zh的三维力流线方程的表达式为公式7： 在步骤2中，根据力流线的物理意义可知，沿钢-UHPC界面横向应力与力流线的曲率成正比，推导得到钢板与UHPC界面的横向应力，其表达式为公式8： 式中σTx是钢-UHPC界面横向应力分布，σCD为x＝h处半椭圆面的压应力，其表达式为公式9： 将公式9带入公式8，得到钢-UHPC界面横向应力，其表达式为公式10： 式中yh可由公式7中的y与x表达；在步骤3中，分析钢-UHPC界面横向应力表达式，可以发现当0xh3时，钢-UHPC界面横向应力为压应力；在0xh3的范围内，对公式9进行积分可以得到钢-UHPC界面膨胀压力，其表达式为公式11： 式中Fn为钢-UHPC界面膨胀压力；钢-UHPC组合结构界面摩擦力为界面摩擦系数与界面膨胀压力的积，其表达式为公式12： 式中μ钢-UHPC界面的摩擦系数；在步骤4中，钢-UHPC组合结构界面剪力由栓钉和界面摩擦力共同承担，其抗剪承载力计算时需要考虑两者的贡献；假定栓钉可承担的最大界面剪力为Pstud,u，根据式11可得到此时的界面摩擦力计算表达式为公式13： 考虑界面摩擦效应的栓钉连接钢-UHPC界面抗剪承载力Vu计算表达式为公式14：

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