一种FRP筋混凝土梁力学性能的简化计算方法技术

发明专利技术提供一种FRP筋混凝土梁力学性能的简化计算方法。该方法包括建立空间直角坐标系、分析计算FRP筋混凝土梁的材料应力应变表达式、建立FRP筋混凝土梁的运动控制方程和FRP筋混凝土梁力的边界条件和求解得出FRP筋混凝土梁的最终计算模型等步骤。该方法可较精确地计算出混凝土梁的整体抗弯力学性能(荷载‑挠度曲线)，以及FRP筋应变、混凝土应变和混凝土梁中性轴深度等局部力学性能，大大减少了计算量，计算效率得以提高。

A simplified calculation method for mechanical properties of FRP reinforced concrete beams

The invention provides a simplified calculation method for the mechanical properties of FRP reinforced concrete beams. The method includes establishing a rectangular space coordinate system, calculation and analysis of FRP reinforced concrete beam material stress strain expression, the establishment of boundary conditions and solution of FRP reinforced concrete beam motion control equation and FRP reinforced concrete beam force results of the final calculation model of FRP reinforced concrete beams. This method can accurately calculate the overall bending performance of concrete beams (load deflection curve), and FRP strain, strain of concrete and reinforced concrete beam and the local mechanical properties of the neutral axis depth, greatly reducing the amount of calculation, the calculation efficiency can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种FRP筋混凝土梁力学性能的简化计算方法
本专利技术涉及土木工程领域，具体涉及一种FRP筋混凝土梁力学性能的计算方法。
技术介绍
FRP(FiberReinforcedPolymer纤维增强复合材料)筋是一种由高强纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等)和基底树脂组成，经过特质模具挤压和拉拔成型的新型材料，具有轻质高强、耐腐蚀性强、电磁绝缘性好等特点。由于具有上述特点，用FRP筋取代传统的钢筋作为混凝土结构的加固材料，能有效解决钢筋锈蚀所带来的结构性能退化问题，是一种在建筑结构、桥梁工程等领域有着广泛应用前景的新型复合结构。目前，对FRP筋混凝土梁力学性能的分析计算，多基于对钢筋混凝土梁计算公式的参考和修正，而这往往难以真实反映FRP筋混凝土梁的工作状态。除此以外，另一条重要的分析途径是有限元方法，但对FRP筋混凝土梁这种复合结构，有限元模型虽然计算结果精度较高，但其计算量往往较大，无法快速、方便地得到计算结果，同时其计算过程还面临非线性迭代不收敛的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种FRP筋混凝土梁力学性能的简化计算方法，以解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FRP筋混凝土梁力学性能的简化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以FRP筋混凝土梁A端横截面的对称轴与中性轴的交点o为原点建立空间直角坐标系o‑xyz；其中，令横截面对称轴为z轴，方向向下为正；中性轴为y轴；FRP筋混凝土梁变形前的长度方向为x轴，方向指向B端为正；2)分析计算得出FRP筋混凝土梁上xz截面任意一点(x,z)的材料应力应变表达式；其中，计算准则如下：(a)将混凝土梁的轴向位移uC、横向位移w和横截面转角φ的表达式对x求导，得出混凝土梁沿z轴方向的应变εC、FRP筋的应变εB、混凝土梁的剪切应变γC；其中：uC(x,z,t)＝u0(x,t)‑zφ(x,t)  (1)w(...

【技术特征摘要】
1.一种FRP筋混凝土梁力学性能的简化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以FRP筋混凝土梁A端横截面的对称轴与中性轴的交点o为原点建立空间直角坐标系o-xyz；其中，令横截面对称轴为z轴，方向向下为正；中性轴为y轴；FRP筋混凝土梁变形前的长度方向为x轴，方向指向B端为正；2)分析计算得出FRP筋混凝土梁上xz截面任意一点(x,z)的材料应力应变表达式；其中，计算准则如下：(a)将混凝土梁的轴向位移uC、横向位移w和横截面转角φ的表达式对x求导，得出混凝土梁沿z轴方向的应变εC、FRP筋的应变εB、混凝土梁的剪切应变γC；其中：uC(x,z,t)＝u0(x,t)-zφ(x,t)(1)w(x,z,t)＝w(x,t)(2)式中，uC为混凝土梁的轴向位移(mm)，w为横向位移(mm)，φ为横截面转角(rad)，u0为混凝土中性轴的轴向位移(mm)，t为时间；将式(1)、(2)对x求导得出混凝土梁沿z轴方向的应变εC、FRP筋的应变εB、混凝土梁的剪切应变γC；其中：γC＝w,x-φ(5)式中，εC为混凝土梁沿z轴方向的轴向应变，εB为FRP筋的轴向应变，γC为混凝土梁的剪切应变，(·),x表示对x的一阶导数；zjC为混凝土梁的z坐标，zjB为FPR筋的z坐标；(b)建立混凝土和FRP筋的材料本构关系；其中：σC＝ECεCσB＝EBεBτC＝GCγC(6)式中，σC为混凝土的轴向应力(MPa)，τC为混凝土的剪切应力(MPa)，σB为FRP筋的轴向应力(MPa)，EC为混凝土弹性模量(MPa)，EB为钢筋弹性模量(MPa)，GC为混凝土剪切模量(MPa)；3)根据Hamilton变分原理建立FRP筋混凝土梁的运动控制方程和FRP筋混凝土梁力的边界条件；其中：将步骤2)中的材料应力应变表达式带入Hamilton变分原理，得出式(7)；式中，z1为混凝土梁梁底的z坐标，z2为混凝土梁梁顶的z坐标，L为梁的长度，bC为梁的宽度，NB为FRP加固筋的数量，ABj为各FRP筋的横截面积(mm2)；利用式(7)推导得出FRP筋混凝土梁的运动控制方程和力的边界条件；其中：FRP筋混凝土梁的运动控制方程为：FRP筋混凝土梁力的边界条件为：N＝A11u0,x-B11φ,x(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙瑞，李少鹏，潘勇军，谢波，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50