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申请/专利权人：哈尔滨工业大学(深圳)

摘要：本发明涉及一种型钢混凝土结构响应分布的获取方法、装置和设备，确定型钢截面应力与内力的第一映射关系，根据第一映射关系，确定型钢混凝土截面应力与内力的第二映射关系，基于预设的型钢混凝土的结构尺寸，确定型钢混凝土扭转引起的剪应力与扭矩的第三映射关系，根据第二映射关系、第三映射关系，以及，预先获取的应力监测数据，确定型钢混凝土的截面内力；根据型钢混凝土的截面内力，以及，预设加载点与截面的位置关系，基于力的平衡原理，确定预设加载点的荷载，以获取型钢混凝土结构的响应分布。本发明基于监测数据建立了型钢混凝土截面内力获取方法，能够精确地获取型钢混凝土的应力分布，有效降低了模拟结果与实际响应分布的偏差。

主权项：1.一种型钢混凝土结构响应分布的获取方法，其特征在于，所述型钢为工型钢，所述方法包括：确定型钢截面应力与内力的第一映射关系，所述第一映射关系包括型钢剪应力与剪力的映射关系，所述确定型钢截面应力与内力的第一映射关系，包括：确定所述型钢截面应力与内力的第一映射系数；基于所述第一映射系数，对预设的剪应力公式进行修正，得到所述型钢剪应力与剪力的映射关系；其中，所述确定型钢截面应力与内力的第一映射关系，包括：基于所述型钢的结构尺寸建立所述型钢的有限元实体模型；拟合向所述型钢的有限元实体模型加载端施加的线性集中力和对应的应力值，将阶数为1时得到的数值作为所述第一映射系数；包括：建立以工字型钢的工字型截面为基础的截面坐标系，以工字型截面中翼缘的方向为y轴，以工字型截面中腹板的方向为z轴，以垂直于工字型截面的方向为x轴，建立正交坐标系，其中，工字型钢截面的应力计算公式为： σy＝αFy式中：σx1为x方向上，轴力Fx产生的轴应力；σx2为x方向上，弯矩My产生的应力；σx3为x方向上，弯矩Mz产生的应力；τz为z方向上，剪力Fz产生的应力；τy为y方向上，剪力Fy产生的应力；Fx为x方向轴力；Fy为y方向剪力；Fz为y方向剪力；My为y方向弯矩；Mz为z方向弯矩；A为截面面积；Iy为y轴的截面惯性矩；Iz为z轴的截面惯性矩；Sy为y轴的面积矩；b为y方向的截面宽度；h为z方向的截面宽度；δ为翼缘的厚度；d为腹板的厚度；η为翼缘上点到翼缘端部的距离；σy表示y方向剪力产生的应力；α表示与对应测点位置η和截面尺寸有关的第一映射系数；所述型钢截面应力与内力的第一映射关系为： 式中为x方向应力，为y方向应力，为z方向应力，A为截面面积，Iy为y轴的截面惯性矩，Iz为z轴的截面惯性矩，d为腹板厚度；根据所述第一映射关系，确定型钢混凝土截面应力与内力的第二映射关系，包括：确定型钢混凝土截面应力与内力的第二映射系数，通过第二映射系数对第一映射关系进行修正，得到修正后的第二映射关系；所述确定型钢混凝土截面应力与内力的第二映射系数，包括：基于所述型钢混凝土的结构尺寸建立所述型钢混凝土的有限元实体模型；向所述型钢混凝土的有限元实体模型的加载端截面型心处施加预设组线性集中力和弯矩，以获取对应的有限元型钢内力和有限元型钢混凝土截面内力；拟合所述有限元型钢内力和所述有限元型钢混凝土截面内力，将阶数为1时得到的数值作为所述第二映射系数；其中公式包括： 式中，Fx′、Fy′、Fz′、My′、Mz′为型钢混凝土截面内力，β1、β2、β3、β5、β6为型钢混凝土截面应力与内力的第二映射系数；其中，第二映射系数β1、β2、β3、β5、β6的确定过程包括：基于型钢混凝土的结构尺寸建立型钢混凝土的有限元实体模型；向型钢混凝土的有限元实体模型的加载端截面型心处施加预设组线性集中力和弯矩，以获取对应的有限元型钢内力和有限元型钢混凝土截面内力；拟合有限元型钢内力和有限元型钢混凝土截面内力，将阶数为1时得到的数值作为第二映射系数；基于预设的所述型钢混凝土的结构尺寸，确定所述型钢混凝土扭转引起的剪应力与扭矩的第三映射关系，包括：拟合向所述型钢混凝土的有限元实体模型加载端施加的线性扭矩和对应的应力值，将阶数为1时得到的数值作为型钢混凝土扭转系数；根据所述型钢混凝土扭转系数确定所述型钢混凝土扭转引起的剪应力与扭矩的所述第三映射关系；其中包括：基于型钢混凝土的结构尺寸建立型钢混凝土的有限元实体模型，拟合向型钢混凝土的有限元实体模型加载端施加的线性扭矩和对应的应力值，将阶数为1时得到的数值作为型钢混凝土扭转系数，根据型钢混凝土扭转系数确定型钢混凝土扭转引起的剪应力与扭矩的第三映射关系，其中，公式包括： 式中Mx′为型钢混凝土截面扭矩，为型钢混凝土截面翼缘对应混凝土边的中点处y方向应力，β4为型钢混凝土扭转系数；根据所述第二映射关系、所述第三映射关系，以及，预先获取的应力监测数据，确定所述型钢混凝土的截面内力；其中，所述应力监测数据是从设置于预设位置的应力传感器处获取的，包括：沿X方向布置的传感器为X1、X2和X3，沿Y方向布置的传感器为Y1、Y2、Y3和Y4，沿Z方向布置传感器为Z1和Z2，其中，传感器X1和X3沿X方向布置在上翼缘外侧离Z轴的距离分别为a1和a3；传感器X2布置在下翼缘外侧，离z轴的距离为a2；传感器Y1和Y2分别布置在型钢翼缘的外侧，且沿Y轴对称布置，传感器Y3和Y4分别布置在混凝土的外侧，且沿Y轴对称布置；传感器Z1和Z2分别沿Z方向布置在型钢腹板的两侧，且沿Z轴对称布置；其中，公式包括： Mx′＝β4σY3-σY4 式中σX1、σX2、σX3为沿x方向布置的传感器监测的应力，σY1、σY2、σY3、σY4为沿y方向布置的传感器监测的应力，σZ1、σZ2为沿z方向布置的传感器监测的应力；根据所述型钢混凝土的截面内力，以及，预设加载点与所述截面的位置关系，基于力的平衡原理，确定所述预设加载点的荷载，包括获取所述型钢混凝土的整体坐标系；根据所述预设加载点与所述截面的位置关系，以及，所述力的平衡原将所述型钢混凝土的截面内力转换为以所述整体坐标系为基准的所述预设加载点的荷载；其中，确定所述预设加载点的载荷的公式包括： 式中为加载点在预设的整体坐标系下的荷载，为监测截面在截面坐标系下的截面内力，θ为截面坐标X方向与整体坐标系X方向的夹角，l为监测截面到预设加载点的直线距离；根据预设的施工尺寸生成实体模型，将所述预设加载点的荷载作为目标荷载输入到所述实体模型中，以获取所述型钢混凝土结构的响应分布。

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