[发明专利]一种可控参数的细观型钢混凝土柱截面建模方法

说明书

本发明涉及一种可控参数的细观型钢混凝土柱截面建模方法，是一种二维凸多边形混凝土粗骨料生成、判断粗骨料之间、粗骨料与型钢之间是否互相重叠的方法，投放粗骨料时模型内部能够预留型钢构造孔洞，是细观型钢混凝土有限元建模的辅助(前置)方法。该方法有如下特点：(1)使用凸多边形模拟混凝土粗骨料且骨料参数可调；(2)可根据需求建立包含各种形状型钢的细观混凝土模型；(3)基于MATLAB命令，模型生成速度快；(4)在投放时使用投放点标记方法，简化了判断步骤和投放位置的确定，进一步加快模型生成速度。

技术领域

本发明涉及一种建模方法，尤其是涉及一种可控参数的细观型钢混凝土柱截面建模方法。

背景技术

随着建造技术和材料科学的发展，钢混组合结构逐渐受到工程界的重视，其经济效益高，防火抗灾能力强等特点，使得钢混组合结构广泛应用于超高层建筑当中。在现有超高层建筑中，多采用钢-混凝土组合柱-剪力墙的混合结构，其中型钢混凝土柱(SteelReinforced Concrete，简称SRC)为常用的钢混组合构件。在封闭型钢混凝土柱中，一方面，由于内部混凝土受到封闭型钢的包裹，组合柱承受压荷载，其内部混凝土为三相受压状态，抗压强度有所提高；另一方面型钢混凝土柱外部受到混凝土包裹，其耐久性和防火性能也高于普通混凝土。

型钢混凝土柱除受到房屋荷载作用外，还受到包括混凝土收缩徐变、地基沉降、温度变化等导致的次应力，特别是不同构件之间的长期时变差异，将在结构内部产生大量次应力。其中由混凝土收缩徐变导致的构件变形会在建筑使用过程中逐渐累积，导致构件之间的应力重新分配，将降低结构的使用性能以及安全性能。如水平构件倾斜、楼板和墙体开裂、外观装饰破损、幕墙和设备损坏等一系列问题，严重的甚至会导致结构破坏。因此准确预测超高层结构建造和使用阶段的收缩徐变效应是工程界研究的重点问题。

混凝土收缩徐变容易受到环境因素的影响，其中环境的相对湿度是一个重要的影响因素。因为混凝土内部和周围环境之间存在湿度差时，混凝土内部水分会逐渐散失在环境中，增加混凝土的收缩徐变值，研究表明50％相对湿度的环境中，混凝土的收缩徐变值是环境湿度为90％时的2到3倍。

所以为了研究混凝土的收缩徐变效应必须研究混凝土内部的湿度分布。然而型钢混凝土中的型钢形状会影响混凝土中水分传输的路径，导致型钢混凝土中的湿度分布与普通钢筋混凝土的湿度分布不同。目前在型钢混凝土构件设计中，并没有考虑型钢对于混凝土湿度扩散的阻碍作用，因此用普通混凝土柱的收缩徐变模型计算，会高估SRC构件的竖向变形。另一方面，目前的收缩徐变预测模型均将构件截面按同一湿度考虑，忽略了截面上的湿度差异，对于部分开敞、部分闭合式的型钢混凝土巨型组合柱而言，在预测构件时变变形时会产生较大的误差。

混凝土中除了型钢会影响水分传输外，混凝土内部骨料的集配，粒型、杂志含量，填充率均会影响水分的传输。骨料在混凝土内部对水分传输起阻碍作用，由于混凝土内水分主要集中在砂浆中。因此混凝土内部砂浆随着骨料填充率增大而减小，导致混凝土内部多余水分便越少，但水分从混凝土内部传输到混凝土外部也越困难；相反，混凝土内部砂浆随着骨料填充率减少而增加，相应的混凝土内部水分越多，对应的水分从混凝土内部向外传输便越容易。

为了研究型钢混凝土内部的水分传输和湿度分布，因此必须建立混凝土细观模型，在模型中分别建立型钢单元、骨料单元和砂浆单元，使得可以在模型中同时考虑骨料和型钢对混凝土中水分传输的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可控参数的细观型钢混凝土柱截面建模方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可控参数的细观型钢混凝土柱截面建模方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：确定投放区域，并于区域中生成均匀分布的投放点；

步骤2：确定型钢分布位置和大小，根据型钢位置和大小将型钢分解为若干矩形；