本发明涉及混凝土结构抗震，具体涉及一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法。
背景技术：
1、倒塌是结构在地震作用下的最终破坏形态，代表着结构性能的彻底丧失，也意味着不再具备修复价值。合理地评估震损rc梁柱的极限变形能力，是准确预测其剩余抗倒塌能力的前提。为预测既有结构的极限变形能力，国内外构建了一系列基于试验结果的经验模型。
2、然而，现有的以试验结果为基础的rc梁柱变形能力经验模型与其极限失效的物理机制脱节，同时存在样本选择标准不统一、预测精度偏低等问题。有诸多学者认为应首先对rc梁柱失效的力学机理展开研究，然而关于rc梁柱极限状态失效机理的研究十分罕见。这导致了目前能够准确预测rc梁柱极限失效的方法很少。在实际地震灾区，对震损rc梁柱剩余抗倒塌能力进行评估时还需要依赖评估专家的专业知识，造成了评估效率的低下。
3、鉴于此，有必要研究rc梁柱的极限失效机理，并基于rc梁柱的极限失效机理提出相应的方法对其剩余抗倒塌能力进行预测，进而建立能够预测rc框架震后极限变形能力的理论方法，以弥补现有经验模型的不足。
技术实现思路
1、为了克服以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，本方法首先提出能解释rc梁柱极限失效机理的去约束效应，并结合去约束效应提出了对rc梁柱极限失效点进行预测的理论模型，最后验证模型的可靠性。该方法不依赖评估专家的专业知识，脱离复杂的检测仪器，大大降低了评估工作的人力成本，同时大大提高了评估效率。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
3、一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，包括以下步骤；
4、步骤1，记录试验梁柱试件的极限转角θu；当约束混凝土被压碎一定深度后，这种约束混凝土被部分压碎后退化为未约束混凝土的效应成为去约束效应；
5、步骤2，基于纤维梁柱单元理论，建立所搜集的rc梁柱试验试件的opensees有限元数值模型；
6、步骤3，实时提取opensees有限元数值模型底部截面上混凝土材料应变的分布；
7、步骤4，通过比较混凝土应变与其极限应变的大小确定rc梁柱在达到极限失效点时底部截面混凝土的压碎深度d0，在压碎深度d0处混凝土实际输出的应变即等于其极限压应变；
8、步骤5，通过分析，得到所有所收集的试验rc梁柱在达到其极限失效点时对应的底部截面压碎深度d0；
9、步骤6，定义压碎深度比e0为底部截面压碎深度d0与截面核心区高度h0之比；
10、步骤7，计算得到其在极限失效点时底部截面的混凝土压碎深度比e0；
11、步骤8，有限元软件中约束混凝土的应力应变关系将被替换为未约束混凝土的应力应变关系；
12、步骤9，分析完成后，输出rc梁柱的荷载-位移分析曲线，荷载-位移曲线上出现荷载突降的点即为rc梁柱极限失效点的预测结果。
13、所述步骤1中搜集现有试验研究中rc梁柱试件的试验资料，对其极限失效点进行人工识别与提取，记录试验梁柱试件的极限转角θu，并总结了这些梁柱试件在极限失效点处的试验现象，结果表明：当约束混凝土被压碎一定深度后，剩余部分未被压碎的约束混凝土由于失去了箍筋的约束退化为未约束混凝土，导致了rc梁柱的承载能力迅速退化进而快速达到极限失效点，这种约束混凝土被部分压碎后退化为未约束混凝土的效应成为去约束效应。
14、所述步骤2中，基于纤维梁柱单元理论，建立所搜集的rc梁柱试验试件的opensees有限元数值模型。
15、所述步骤3中，在侧向往复荷载作用下对所建立的opensees有限元数值模型进行了分析，并实时提取模型底部截面上混凝土材料应变的分布。
16、所述步骤4中，当数值模型在侧向往复荷载作用下达到其极限转角θu时，则认为模型达到了极限失效点，此时输出模型底部截面上混凝土应变的分布，通过比较混凝土应变与其极限应变的大小确定rc梁柱在达到极限失效点时底部截面混凝土的压碎深度d0，在压碎深度d0处混凝土实际输出的应变即等于其极限压应变。
17、所述步骤6中，通过多元线性拟合的方法得到了压碎深度比e0与试件设计参数之间的关系式；
18、
19、式中e0为压碎深度比，ρv为体积配箍率，fcc为约束混凝土的峰值强度，c为保护层厚度，h为截面高度，n为轴压比。
20、所述步骤7中，在预测任意rc梁柱的极限失效点时，首先需要将待预测rc梁柱的设计参数代入式(1)中0。
21、所述步骤8中，使用opensees有限元软件对待预测的rc梁柱进行有限元数值模拟，并在数值模拟的过程中监测模型底部截面上深度比为e0处约束混凝土材料的应变，当深度比为e0处约束混凝土材料的应变达到其极限应变时，触发去约束效应。
22、本发明的有益效果：
23、本发明克服了现有技术中在预测rc梁柱极限失效点时理论依据不足的缺陷，此外，还克服了现有技术严重依赖评估专家经验导致效率低下的不足。该方法能实现rc梁柱极限失效点的数值快速模拟，且该方法揭示了rc梁柱在极限失效点处承载力快速下降的原因，即部分约束混凝土退化为未约束混凝土的去约束效应，并提出了能够计算去约束效应触发时混凝土压碎深度比e0的计算公式。
24、本发明旨在应用去约束效应解释rc梁柱极限失效的物理机理，并基于有限元数值模拟的思想对rc梁柱的极限失效进行了数值模拟。本发明中去约束效应具有明确的物理意义，且去约束效应触发时的混凝土压碎深度计算方法简单明确，具有极高的普适性以及工程意义。
1.一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，所述步骤1中搜集现有试验研究中rc梁柱试件的试验资料，对其极限失效点进行人工识别与提取，记录试验梁柱试件的极限转角θu，并总结了这些梁柱试件在极限失效点处的试验现象，结果表明：当约束混凝土被压碎一定深度后，剩余部分未被压碎的约束混凝土由于失去了箍筋的约束退化为未约束混凝土，导致了rc梁柱的承载能力迅速退化进而快速达到极限失效点，这种约束混凝土被部分压碎后退化为未约束混凝土的效应成为去约束效应。
3.根据权利要求1所述的一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，所述步骤2中，基于纤维梁柱单元理论，建立所搜集的rc梁柱试验试件的opensees有限元数值模型。
4.根据权利要求1所述的一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，所述步骤3中，在侧向往复荷载作用下对所建立的opensees有限元数值模型进行了分析，并实时提取模型底部截面上混凝土材料应变的分布。
5.根据权利要求1所述的一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，所述步骤4中，当数值模型在侧向往复荷载作用下达到其极限转角θu时，则认为模型达到了极限失效点，此时输出模型底部截面上混凝土应变的分布，通过比较混凝土应变与其极限应变的大小确定rc梁柱在达到极限失效点时底部截面混凝土的压碎深度d0，在压碎深度d0处混凝土实际输出的应变即等于其极限压应变。
6.根据权利要求1所述的一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，所述步骤6中，通过多元线性拟合的方法得到了压碎深度比e0与试件设计参数之间的关系式；
7.根据权利要求1所述的一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，所述步骤7中，在预测任意rc梁柱的极限失效点时，首先需要将待预测rc梁柱的设计参数代入式(1)中0。
8.根据权利要求1所述的一种考虑去约束效应的钢筋混凝土柱倒塌预测方法，其特征在于，所述步骤8中，使用opensees有限元软件对待预测的rc梁柱进行有限元数值模拟，并在数值模拟的过程中监测模型底部截面上深度比为e0处约束混凝土材料的应变，当深度比为e0处约束混凝土材料的应变达到其极限应变时，触发去约束效应。
