[发明专利]钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力及配筋测定方法

权利要求书

1.一种钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力测定方法，其特征在于包括以下步骤：

S1通过钢纤维混凝土试件开口梁三点弯曲试验，获取不同开口位移CMOD下的弹性弯拉残余强度值f_R；

S2根据不同开口位移下的弹性弯拉残余强度比值，判定钢纤维混凝土材料为刚塑性本构模型，或者裂后软化/硬化本构模型；

S3依据步骤S1得到的弹性弯拉残余强度，获取钢纤维混凝土在步骤S2确定的本构模型下的轴拉残余强度标准值f_Ftuk；

S4将步骤S3得到的轴拉残余强度标准值除以材料强度分项系数，得到钢纤维混凝土的抗拉残余强度设计值f_Ftud；

S5在盾构管片结构中，通过盾构管片正截面上钢纤维混凝土应力分布函数σ_f(x)的积分，确定盾构管片正截面上钢纤维混凝土轴向力和弯矩；在极限状态下，正截面上钢纤维混凝土应力分布函数σ_f(x)包括拉应力和压应力，拉应力取值为步骤S4得到的抗拉残余强度设计值f_Ftud；压应力沿受压区截面高度线性分布，具体表示为：

式中：f_cu为钢纤维混凝土的抗压强度设计值；H为盾构管片截面厚度；x₀为受压区高度，即中性轴至盾构管片受压侧面的距离；

S6依据步骤S5得到的正截面上钢纤维混凝土轴向力、弯矩，结合钢筋受力建立钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面极限承载力N_u和M_u的平衡方程组：

式中，B为盾构管片截面宽度；σ_s、σ_s′分别为盾构管片受拉、受压钢筋应力；A_s、A_s′分别为盾构管片受拉、受压钢筋面积，且A_s＝A_s′；a_s为受拉钢筋形心到管片受拉侧表面的距离；a_s′为受压钢筋形心到管片受压侧表面的距离；e为轴力作用点至受拉钢筋合力点的距离；

S7假定盾构管片为大偏心受压构件，则受拉、受压钢筋极限状态下的应力σ_s、σ_s′为已知量；对于给定的钢筋配置，盾构管片受拉、受压钢筋面积A_s、A_s′为已知量；根据步骤S6所列平衡方程，可得到受压区高度x₀；通过x₀与界限受压区高度x_b对比，判定试件偏压破坏形式；如x₀≤x_b，盾构管片偏压破坏形式确为大偏心受压，则根据步骤S6所列平衡方程，可直接得到极限状态下的正截面承载力N_u和M_u；如x₀x_b，试件偏压破坏形式确为小偏心受压，进入步骤S8；

S8当盾构管片偏压破坏形式确为小偏心受压时，通过受压区钢纤维混凝土和受拉区钢筋的应变线性比例关系求得受拉钢筋的应力值σ_s，再根据步骤S6所列平衡方程，得到受压区高度x₀和极限状态下的正截面承载力N_u和M_u。

2.根据权利要求1所述钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力测定方法，其特征在于步骤S1中，不同开口位移下的弹性弯拉残余强度值f_R为：

式中，F为钢纤维混凝土试件开口梁三点弯曲试验中加载在试件上的外荷载，L为钢纤维混凝土试件开口梁三点弯曲试验中试件支点间的跨距，b为钢纤维混凝土试件宽度，h_sp为盾构管片裂缝顶到盾构管片顶面的高度。

3.根据权利要求2所述钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力测定方法，其特征在于步骤S2中，以残余强度f_R3与f_R1的比值判定钢纤维混凝土材料本构模型，f_R1和f_R3分别为开口梁三点弯曲试验得到的CMOD₁＝0.5mm和CMOD₃＝2.5mm时的弹性弯拉残余强度值。