(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210961341.X (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 钟剑　朱炎炎　倪明　汪亦显　 史龙飞　吴乔飞　周思恩　刘笑显　 王伟　郑香林　朱运涛　 (74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 金宇平 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) (54)发明名称 HSC-HSSB结构多级损伤本构快速分析方法 和系统 (57)摘要 本发明提出了一种HSC ‑HSSB结构多级损伤 本构快速分析方法和系统， 适用于高强钢筋高强 混凝土桥墩的抗震多级损伤本构分析。 本发明中 预先定义损伤状态指标后， 只需要输入关键参数 即状态表征变量就可以得到各损伤状态对应的 墩底剪力F和墩顶位移Δ， 将原点与损伤状态对 应的点(横坐标为墩顶位移Δ， 纵坐标为墩底剪 力F)依次相连， 就可以获得F ‑Δ曲线(F ‑Δ： force‑displacement)。 通过本发明可以高效便 捷的获取桥墩F ‑Δ滞回曲线与位移时程， 实现桥 墩抗震性能的快速评估和抗震位移性能的定量 描述。 权利要求书3页 说明书10页 附图7页 CN 115270272 A 2022.11.01 CN 115270272 A 1.一种HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 适用于构建柱状钢筋混凝土结构的 F‑Δ曲线， 所述柱状钢筋混凝土结构为高强钢筋高强混凝土结构， 其包括钢筋网、 包覆在钢 筋网外周的保护层混凝土和填充在钢筋网内周的核心层混凝土； 钢筋网由纵筋和箍筋构 成； 所述柱状钢筋混凝 土结构竖直设置时， 纵筋位于竖直方向上； 其特征在于， 所述分析 方法包括以下步骤： S1、 定义损伤状态和状态表征变量集合θ， θ包含用于表征柱状钢筋混凝土结构的状态 的参数项； 构建曲率拟合公式(1 ’)和弯矩拟合公式(2 ’)； M＝f( θ, τc)                                                (2’) 其中， 和M分别表示柱状钢筋混凝土结构的曲率和弯矩； τa、 τc表示对应的计算参数集 合； S2、 获取分析对象在不同工况下的状态表征变量集合θ作为数据样本， 将数据样本分类 为与损伤状态一 一对应的数据样本类； 所述分析对象为柱状钢筋混凝 土结构； S3、 针对每一个损伤状态， 通过对应的数据样本类中的数据样本对曲率拟合(1 ’)和弯 矩拟合公 式(2’)进行拟合， 获得分析对象每一个损伤状态对应的曲率解析式(1 ‑1’)和弯矩 解析式(2 ‑1’)， 记作 Mi＝f( θ, τci)                                              (2‑1’) 其中， 和Mi分别表示分析对象在损伤状态i下的曲率和弯矩； τai和 τci分别表示损伤状 态i下τa和 τc对应的拟合 参数集合； S4、 根据对应的曲率解析式(1 ‑1’)和弯矩解析式(2 ‑1’)计算各损伤状态下的曲率 和 弯矩Mi； S5、 结合曲率 和弯矩Mi计算各损伤状态下分析对象的顶部位移Δi和底部剪力Fi， 在 剪力‑位移二维坐标系中绘制连接坐标原点和多个二维坐标点(Δi， Fi)的折线图作为F ‑Δ 曲线。 2.如权利 要求1所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 其特征在于， S1中定 义的状态表征变量集合θ ＝{L、 Rac、 ρl、 ρs、 fco、 fy}， 其中， L、 Rac和fco分别为柱状钢筋混凝土结 构的横截面尺寸、 轴压比和混凝土抗压强度； ρl、 ρs和fy分别为柱状钢筋混凝土结构中纵筋 配筋率、 体积配箍率和纵筋屈服强度； 曲率拟合公式为： 弯矩拟合公式为： M＝c 0×Lc1Racc2ρlc3ρsc4fcoc5fyc6            (2) a0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6、 c 0、 c1、 c2、 c 3、 c4、 c5和c6均为计算 参数； S3中曲率 解析式为： 弯矩解析式为： a0i、 a1i、 a2i、 a3i、 a4i、 a5i、 a6i、 c0i、 c1i、 c2i、 c3i、 c4i、 c5i和c6i分别表示损伤状态i下a0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6、 c 0、 c1、 c2、 c 3、 c4、 c5和c6对应的拟合 参数。 3.如权利 要求2所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 其特征在于， 损伤状权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270272 A 2态分为损伤程度依次上升的轻微损伤状态、 中度损伤状态、 严重损伤状态和倒塌损伤状态。 4.如权利要求3所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 其特征在于， S5中， 轻微损伤状态下分析对象的顶部位移记作Δy， 中度损伤状态下分析对象的顶部位移记作 Δm， 严重损伤状态下分析对象的顶部 位移记作Δe， 倒塌损伤状态下 分析对象的顶部 位移记 作Δu； 其中， 和 分别表示分析对象在轻微损伤状态、 中度损伤状态、 严重损伤 状态和倒塌损伤状态下的曲率， Lp表示分析对象的塑性铰长度， H表示分析对象的高度。 5.如权利 要求4所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 其特征在于， 塑性铰 长度Lp的计算公式为： 其中， fy表示分析对象的纵筋屈服强度， db表示分析对象的纵筋的直径， fc’表示分析对 象的核心层混凝 土的抗压强度。 6.如权利 要求3所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 其特征在于， S5中各 损伤状态下分析对象的底部 剪力Fi的计算公式如下： Fi＝(Mi‑RacfcoL2Δi)/H， i∈{y， m， e， u}。                       (8) 其中， Mi表示分析对象在损伤状态i下的弯矩， Δi表示分析对象在损伤状态i下的顶部 位移； L为柱状钢筋混凝土结构的横截面尺寸即横截面等效正方形的边长； Rac和fco分别为 柱状钢筋混凝土结构的轴压比和混凝土抗压强度， H表 示分析对象 的高度； y、 m、 e和u分别表 示轻微损伤状态、 中度损伤状态、 严重损伤状态和倒塌损伤状态。 7.如权利 要求3所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 其特征在于， S5中在 剪力‑位移二维坐标系中绘制依次连接坐标原点、 (Δy， Fy)、 (Δm， Fm)和(Δu， Fu)的折线图作 为分析对象的F ‑Δ曲线； Δy和Fy分别表示轻微损伤状态对应的顶部位移和底部剪力； Δm， Fm分别表示中度损伤状态对应的顶部位移和底部剪力； Δu， Fu分别表示倒塌损伤状态对应 的顶部位移和底部 剪力。 8.如权利 要求3所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析方法， 其特征在于， S2中根 据 曲线划分损伤状态。 9.一种HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析系统， 其特征在于， 包括存储器， 存储器存 储有计算机程序， 所述计算机程序被执行时用于实现如权利要求1 ‑8任一项所述的HSC ‑ HSSB结构多 级损伤本构快速分析 方法。 10.如权利要求1所述的HSC ‑HSSB结构多级损伤本构快速分析系 统， 其特征在于， 还包权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270272 A 3