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专利号: 2024114452366
申请人: 扬州工业职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于,具体步骤包括:步骤S1:将重组竹‑混凝土梁柱组合节点依次采用销钉连接、榫‑钉连接和植钢板连接以及至少两种连接方式的组合,并针对每一种连接方式的组合节点分别进行相同的静态荷载试验和动态荷载试验;

步骤S2:采集每一种组合节点连接方式在静态荷载试验和动态荷载试验下的剪切强度,并将每一种连接方式得到的剪切强度作为同类比对数据;

步骤S3:计算同类比对数据中静态荷载试验的剪切强度的平均值和标准差,以及动态荷载试验下的剪切强度的平均值和标准差;

步骤S4:在同类比对数据中,计算静态和动态荷载试验之间关于剪切强度平均值的第一差值,以及关于剪切强度标准差的第二差值,并结合这两个差值生成第一动静比对系数,第一动静比对系数用于评估所选组合节点连接方式在不同荷载条件下的刚度变化趋势;

计算第j类比对数据中剪切强度平均值的第一差值 ;

计算第j类比对数据中剪切强度标准差的第二差值 ;

对第一差值 和第二差值 应用逻辑蒂斯函数,得到以下计算公式:;

其中, 和 分别为第一差值和第二差值的逻辑蒂斯函数输出值;

使用加权平均的方法;设定 与 的权重系数分别为正数的a1和a2,使得a1+a2=1,定义第j类比对数据的第一动静比对系数为 ,计算公式如下:;

将 的值域范围限定为(0,1);

步骤S5:在同类比对数据中,计算静态荷载试验下剪切强度的平均值和标准差之间的第一比值,以及计算动态荷载试验下剪切强度的平均值和标准差之间的第二比值,结合第一比值和第二比值生成第二动静比对系数,第二动静比对系数用于评估所选组合节点连接方式在不同荷载条件下的抗剪性能变化趋势;

计算第j类比对数据中静态荷载试验下剪切强度的平均值和标准差之间的第一比值;

计算第j类比对数据中动态荷载试验下剪切强度的平均值和标准差之间的第二比值;

并对第一比值和第二比值应用以下指数函数表示:;

使用加权平均的方法,设定 与 权重系数分别为正数的b1和b2,使得b1+b2=1;定义第j类比对数据的第二动静比对系数为 ,计算公式如下:;

对 应用逻辑斯函数,使其输出值限定在(0,1)范围内;

其中, 是经过逻辑斯函数归一化后的第二动静比对系数, 是缩放调节系数;

步骤S6:使用有限元分析对每一种连接方式的组合节点进行不同尺寸数值的模拟,以预测组合节点分别在静态荷载试验和动态荷载试验下的剪切强度;

步骤S7:根据静态和动态荷载的场合情况,在数值模拟中使用优化算法,找到使第一动静比对系数和第二动静比对系数所对应的最优连接形式和组合节点尺寸数值;

步骤S8:根据最优连接形式和组合节点尺寸数值,制备重组竹‑混凝土梁柱组合节点试验样本并进行地震模拟试验,得到抗震试验数据,将抗震试验数据进行分析处理,计算抗震性能评价指数;

步骤S9:将第一动静比对系数、第二动静比对系数和抗震性能评价指数进行结合分析,采用统计分析或机器学习方法,构建用于评估当前组合节点试验样本抗震性能的综合抗震性能指标模型。

2.根据权利要求1所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:依次采用销钉连接、榫‑钉连接和植钢板连接,并针对每一种连接方式的组合节点分别进行相同的静态荷载试验和动态荷载试验,具体包括:设定静态荷载试验和动态荷载试验均进行n次试验,形成试验次数集合{1,2,…,i,…,n};其中i表示第i次试验次数的索引;

组合节点连接方式包括销钉连接、榫‑钉连接和植钢板连接中任意一种或至少两种连接方式的组合;对组合节点连接方式进行标记,形成集合{1,2,…,j,…,8};其中j表示第j类组合节点连接方式的索引,8表示组合连接索引的总个数;

在第j类组合节点连接方式上施加逐步增加的静态荷载,设定静态荷载试验的基础施加荷载为 ,将第j类组合节点连接方式在第i次静态荷载试验的施加荷载表示为,计算公式如下:;

对第j类组合节点连接方式上施加周期性变化的动态荷载,设定动态荷载试验的基础施加荷载为 ,将第j类组合节点连接方式在第i次动态荷载试验的施加荷载表示为 ,计算公式如下:;

其中,A为振幅系数, 为角频率,为初相位。

3.根据权利要求2所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:采集每一种组合节点连接方式在静态荷载试验和动态荷载试验下的剪切强度,并将每一种连接方式得到的剪切强度作为同类比对数据,具体包括:将第j类组合节点连接方式在第i次静态荷载试验的静态剪切强度记为 ,计算公式如下:;

其中,As为连接界面的有效面积;

将第j类组合节点连接方式在第i次动态荷载试验的动态剪切强度记为 ,计算公式如下:;

将第j类组合节点连接方式在n次试验的静态剪切强度 和动态剪切强度作为同类比对数据,进一步称作第j类比对数据。

4.根据权利要求3所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:计算同类比对数据中静态荷载试验的剪切强度的平均值和标准差,以及动态荷载试验下的剪切强度的平均值和标准差;具体包括:静态剪切强度 的平均值如下:

动态剪切强度 的平均值如下:

静态剪切强度 的标准差如下:

动态剪切强度 的标准差如下:

其中, 表示第j类比对数据中静态荷载试验的剪切强度平均值, 表示第j类比对数据中静态荷载试验的剪切强度标准差; 表示第j类比对数据中动态荷载试验的剪切强度平均值, 表示第j类比对数据中动态荷载试验的剪切强度标准差。

5.根据权利要求4所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:生成第一动静比对系数,第一动静比对系数用于评估所选组合节点连接方式在不同荷载条件下的刚度变化趋势,具体包括:定义第一差值 计算公式如下:

定义第二差值 计算公式如下:

基于实验验证或专家组分析,确定第j类组合节点连接方式分别在静态和动态荷载下的刚度标准值;

当 时,为中间值区间,表示该组合节点连接方式在静态和动态荷载下的表现一致,刚度变化幅度在对应刚度标准值的±5%波动,适用于均匀承受静态和动态荷载的场合;

当 时,表示该组合节点连接方式适用于静态荷载为主的场合;在静态荷载下刚度增加量超过对应刚度标准值的10%;适用于频繁受到静态荷载的环境;

当 时,表示该连接方式适合应用在动态荷载为主的场合;在动态荷载下刚度增加量超过对应刚度标准值的15%,适用于频繁受到动态荷载的环境。

6.根据权利要求5所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:生成第二动静比对系数,第二动静比对系数用于评估所选组合节点连接方式在不同荷载条件下的抗剪性能变化趋势,具体包括:定义第一比值 计算公式如下:

定义第二比值 计算公式如下:

将 值域划分为多个区间,并对每个区间的抗剪性能变化趋势进行量化描述:基于实验验证或专家组分析,确定第j类组合节点连接方式分别在静态和动态荷载下的抗剪性能标准值;

当 时,在动态荷载下,抗剪性能超过对应抗剪性能标准值的11%;适用于频繁受到动态荷载的环境;

当 时,为中间值区间,在静态和动态荷载下,抗剪性能变化幅度在对应抗剪性能标准值的±6%波动,表示组合节点连接方式在静态和动态荷载下表现出一致的抗剪性能;适用于均匀承受静态和动态荷载的场合;

当 时,在静态荷载下,抗剪性能超过对应抗剪性能标准值的12%;适用于频繁受到静态荷载的环境。

7.根据权利要求6所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:使用有限元分析对每一种连接方式的组合节点进行不同尺寸数值的模拟,以预测组合节点分别在静态荷载试验和动态荷载试验下的剪切强度;具体包括:

3.1)根据连接方式和组合节点尺寸,建立3D几何模型;对于每种连接方式,定义不同尺寸的模型;

3.2)针对重组竹、混凝土材料进行属性定义:

3.3)关键组合节点区域进行网格划分:

3.4)设定边界条件和载荷施加:

将静态荷载试验下的剪切强度预测值记为 ;

将动态荷载试验下的剪切强度预测值记为 :;

其中, 是静态荷载的最大载荷; 是动态荷载在峰值时刻的载荷;

是组合节点连接界面的有效接触面积,且 与As相等。

8.根据权利要求7所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:根据静态和动态荷载的场合情况,在数值模拟中使用优化算法,找到使第一动静比对系数和第二动静比对系数所对应的最优连接形式和组合节点尺寸数值,具体包括:

4.1)优化算法选择遗传算法;

4.2)优化目标与约束:

优化目标:根据静态和动态荷载的场合情况,分别针对不同的第一动静比对系数 和第二动静比对系数 所对应的最优连接形式和组合节点尺寸数值;

当场合情况以静态荷载为主时:最大化 和 ,以增强静态抗剪和抗震性能;

当场合情况以动态荷载为主:最小化 和 ,以增强动态抗剪和抗震性能;

当场合情况为均匀荷载:确保 和 处于中间值区间,以在静态和动态荷载下表现一致;

约束条件:连接方式和尺寸参数需满足结构设计要求;

4.3)最优解提取:

结合静态和动态荷载场合情况,使用优化算法得到最优的 和 值,提取最优连接方式和组合节点尺寸。

9.根据权利要求8所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:将抗震试验数据进行分析处理,计算抗震性能评价指数,具体包括:所述抗震试验数据包括加速度、应变值、位移值;

将抗震性能评价指数记为 ,公式如下:;

其中, 是试验次数; 是第 次试验的最大加速度; 是参考加速度值; 是第次试验的最大位移值; 是参考位移值; 是第 次试验的最大应变值, 是参考应变值;

值域限定在(0,1)范围内;

当 越趋近于0时,表示组合节点在地震荷载下的抗震性能越差;

当 越趋近于1时,表示组合节点在地震荷载下的抗震性能越好。

10.根据权利要求9所述的一种重组竹‑混凝土连接节点抗剪与抗震性能优化方法,其特征在于:构建用于评估当前组合节点试验样本抗震性能的综合抗震性能指标模型,具体包括:定义综合抗震性能指标为 ,计算公式如下:;

其中, 分别为第一动静比对系数、第二动静比对系数和抗震性能评价指数的正权重参数, 为计算的最大值,且满足 ;

的值域限定在(0,1)范围内;

当 越趋近于0时,表示组合节点在地震荷载下的综合抗震性能越差;

当 越趋近于1时,表示组合节点在地震荷载下的综合抗震性能越好。