一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法技术

本发明专利技术提出了一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法，该计算方法基于弹塑性理论，在抗弯、抗剪承载能力的基础上形成了CFRP修复时的高度和厚度，具有计算简单、计算迅速的特点，可以方便施工人员掌握，从而指导震后桥梁墩柱的快速修复，对恢复震后生命线具有十分重要的意义，同时，该计算方法能够解决已有CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法复杂、十分不利于地震之后快速修复的问题，具有很好的实用性。具有很好的实用性。具有很好的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法


[0001]本专利技术涉及桥梁抗震
，特别涉及一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法，其适用于震后破坏钢筋混凝土墩柱的加固设计。

技术介绍

[0002]根据我国桥梁抗震设计中“小震不坏，中震可修，大震不倒”的思想，是允许桥梁在一定等级地震作用下发生破坏的。而桥梁结构作为道路生命线中的重要工程，其震后快速恢复通行能力直接关系到抗震救灾工作能否顺利开展。混凝土桥墩往往会设计一段塑性铰区域，利用该区域的非弹性变形来吸收和消耗桥梁上部结构由于地震引起的巨大能力。因此，地震后该处往往损伤严重，对该处进行快速、合理地修复就显得十分重要。纤维聚合物(CFRP)具有强度高，自重轻，耐腐蚀性好的特点。将其用于桥墩加固具有施工工艺简便快捷，对原结构截面几乎没有任何改变，加固补修效果及耐久性好的优点。但是目前国内对于CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法十分复杂，十分不利于地震之后快速修复的要求。为此，本专利技术将形成一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法。

技术实现思路

[0003]鉴于以上内容，有必要提供一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法，以解决地震后桥墩损伤后的快速修复问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法，包括如下步骤：
[0006]首先，做如下基本假定：1)钢筋混凝土桥墩假定为弹性体，且假定为空心结构；2)假定桥墩中的损伤仅为混凝土，钢筋未达到屈服条件；3)假定碳纤维和桥墩的接触面没有相对位移；4)假定混凝土桥墩加固后其抗弯、抗剪的力学性能恢复到震前同等水平；
[0007]然后，基于上述基本假定，采用式(1)进行修复厚度和修复高度的计算：
[0008][0009]式中，t
p
为修复厚度，L
p
为修复高度，f
p
为碳纤维的强度，D为墩柱直径，f
tk
为混凝土的抗拉设计强度，a1、a2、......a7和p1、p2、......p7均为常量。
[0010]进一步地，在式(1)中，当桥墩发生剪切破坏、时，式(1)得到的修复厚度和修复高度分别为抗剪所需修复厚度t
pτ
及抗剪所需修复高度L
pτ
，此时，a1＝-78.42，a2＝0.168，a3＝-2.51，a4＝-61.17，a5＝0.036，a6＝5.31
×
10-3
，a7＝64.63
×
10-3
，p1＝21.55
×
10-3
，p2＝634.91，p3＝-1.49，p4＝3.60，p5＝61.19，p6＝2.76，p7＝-0.63；
[0011]当桥墩发生剪切破坏、时，式(1)得到的修复厚度和修复高度分别为抗弯所需修复厚度t
pε
和抗弯所需修复高度L
pε
，此时，a1＝-134.48，a2＝
0.116，a3＝-1.63，a4＝-27.56，a5＝0.212，a6＝-35.08
×
10-3
，a7＝-0.421，p1＝47.16
×
10-3
，p2＝170.02
×
103，p3＝-2.18，p4＝5.24，p5＝27.60，p6＝0.90，p7＝-32.98
×
10-3
；
[0012]在上述式(2)和式(3)中，E为混凝土弹性模量，为混凝土的切应变，为混凝土的竖向应变，f
ck
为混凝土的抗压设计强度，为柱坐标角度；
[0013]基于上述所得的抗剪所需修复厚度t
pτ
、抗剪所需修复高度L
pτ
和抗弯所需修复厚度t
pε
、抗弯所需修复高度L
pε
，取t
pτ
和t
pε
中的最大值为CFRP修复厚度t
p
，取L
pτ
和L
pε
中的最大值为CFRP修复高度L
p
。
[0014]进一步地，式(3)中，f
tk
和f
ck
的关系如下：
[0015][0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]本专利技术针对已有CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法复杂、十分不利于地震之后快速修复的问题，提出的一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的快速计算方法。该计算方法基于弹塑性理论，在抗弯、抗剪承载能力的基础上形成了CFRP修复时的高度和厚度，具有计算简单、计算迅速的特点，可以方便施工人员掌握，从而指导震后桥梁墩柱的快速修复，对恢复震后生命线具有十分重要的意义。
附图说明
[0018]图1是采用本专利技术所提出的计算方法计算得到的CFRP修复厚度与采用有限元计算方法所计算得到的修复厚度的对比图。
[0019]图2是采用本专利技术所提出的计算方法计算得到的CFRP修复高度与采用有限元计算方法所计算得到的修复高度的对比图。
[0020]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0021]在本专利技术的一种较佳实施方式中，一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法，包括如下步骤：
[0022]首先，做如下基本假定：1)钢筋混凝土桥墩假定为弹性体，且假定为空心结构，也就是假定为壳体结构；2)假定桥墩中的损伤仅为混凝土，钢筋未达到屈服条件；3)假定碳纤维和桥墩的接触面没有相对位移；4)假定混凝土桥墩加固后其抗弯、抗剪的力学性能恢复到震前同等水平；
[0023]然后，基于上述基本假定，采用式(1)进行修复厚度和修复高度的计算：
[0024][0025]式中，t
p
为修复厚度，L
p
为修复高度，f
p
为碳纤维的强度，D为墩柱直径，f
tk
为混凝土的抗拉设计强度，a1、a2、......a7和p1、p2、......p7均为常量。
[0026]在本专利技术中，由于桥墩假定为壳体，桥墩受到外力时的运动微分方程可以由壳体理论推导得到式(a)：
[0027][0028][0029][0030][0031]式中，z、R、分别为柱坐标高度、半径以及角度；K
z
、K
R
、分别为混凝土竖向位移、径向位移、法向位移；a
j
为承载力折减系数，通常抗剪取0.85，抗弯取0.9；E为混凝土弹性模量，v为混凝土泊松比，I为混凝土截面惯性矩；f
tk
、f
ck
分别为混凝土的抗拉、抗压设计强度；D，d分别为混凝土的直径与内径。
[0032]其中，在本实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，做如下基本假定：1)钢筋混凝土桥墩假定为弹性体，且假定为空心结构；2)假定桥墩中的损伤仅为混凝土，钢筋未达到屈服条件；3)假定碳纤维和桥墩的接触面没有相对位移；4)假定混凝土桥墩加固后其抗弯、抗剪的力学性能恢复到震前同等水平；然后，基于上述基本假定，采用式(1)进行修复厚度和修复高度的计算：式中，t
p
为修复厚度，L
p
为修复高度，f
p
为碳纤维的强度，D为墩柱直径，f
tk
为混凝土的抗拉设计强度，a1、a2、......a7和p1、p2、......p7均为常量。2.如权利要求1所述的一种CFRP修复震后破坏钢筋混凝土桥墩的计算方法，其特征在于，在式(1)中，当桥墩发生剪切破坏、时，式(1)得到的修复厚度和修复高度分别为抗剪所需修复厚度t
pτ
及抗剪所需修复高度L
pτ
，此时，a1＝-78.42，a2＝0.168，a3＝-2.51，a4＝-61.17，a5＝0.036，a6＝5.31
×
10-3
，a7＝64.63
×
10-3
，p1＝21.55
×
10-3
，p2＝634.91，p3＝-1.49，p4＝3.60，p5＝61.19，p6＝2.76，p7＝-0.63；当桥墩发生剪切破坏、时，式(1)得到的修复厚度和修复高度分别为抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，黄凯楠，王龙林，王希瑞，彭曦，李俊毅，施培华，梁茜雪，杨雨厚，黄铁，
申请(专利权)人：广西交科集团有限公司，
类型：发明
国别省市：