[发明专利]基于夹芯层分层壳单元的混凝土结构受力分析方法及应用

摘要

本发明公开了一种基于夹芯层分层壳单元的混凝土结构受力分析方法及应用。本发明主要是：根据夹芯混凝土墙或板结构中实际夹芯孔洞面积和受弯刚度相等原则确定分析单元中连续夹芯层的厚度h和对截面中性轴距离x；基于分层壳单元原理，根据计算得到的h和x，对夹芯混凝土墙或板构件沿厚度方向进行层划分，确定夹芯层、混凝土层和钢筋层数量、厚度以及在厚度方向上的具体位置；根据实际夹芯材料力学属性等要求设置分层壳单元中夹芯层材料属性，对实际为空心孔洞可通过将夹芯层的弹性模量设置为相对很小的数值予以考虑；根据实际夹芯混凝土墙或板等结构受力情况，建立基于夹芯层分层壳单元的有限元分析模型，实现结构的静动力弹塑性分析。

主权项

一种基于夹芯层分层壳单元的混凝土结构受力分析方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：(1)以筒状芯为例，分别采集夹芯混凝土构件的截面宽度B和高度H，夹芯孔洞半径r、孔洞数n，夹芯材料弹性模量E、泊松比μ及本构模型基本力学参数；(2)设置两条且对称于截面中性轴的连续夹芯条带层以等效实际构件截面中非连续的夹芯孔洞层，建立夹芯层分层壳单元；(3)根据步骤(1)采集到的B、H、r以及n参数，由面积相等原则，建立以下等式：nπr²＝2Bh          (1)；根据抗弯刚度相等原则，建立以下等式：$n\frac{{\mathrm{\πr}}^4}{4}=2\×(\frac{1}{12}{\mathrm{Bh}}^3+{\mathrm{Bhx}}^2)---\left(2\right);$由式(1)～(2)求解，可得夹芯层厚度h和距中性轴距离x：$\left\{\begin{array}{c}h={\mathrm{n\πr}}^2/8B\\ x=\sqrt{\frac{\frac{n}{4}{\mathrm{\πr}}^4-\frac{1}{6}{\mathrm{Bh}}^3}{2Bh}}\end{array}\right.---\left(3\right);$(4)基于分层壳单元原理，根据连续夹芯层厚度h和距中性轴距离x对夹芯混凝土墙或板构件沿厚度方向进行层划分，确定夹芯层、混凝土层和钢筋层数量、厚度以及在厚度方向上的具体位置；(5)根据实际夹芯材料弹性模量E、泊松比μ及本构模型基本力学参数设置分层壳单元中夹芯层材料属性，对实际为空心孔洞的通过将夹芯层弹性模量设置为相对很小的数值予以考虑，比如按混凝土弹性模量的1％考虑；(6)根据实际夹芯，空心或填芯孔洞的混凝土墙或板构件受力情况，建立基于夹芯层分层壳单元的有限元分析模型，实现结构的静动力弹塑性分析。