锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法技术

一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，包括如下步骤：(1)测量并计算锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数；(2)判定正截面受弯破坏模式；(3)计算不同破坏模式下锈蚀钢筋混凝土梁的正截面抗弯承载力。本发明专利技术提供的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，以判定正截面受弯破坏模式为基础，涉及求解的最高次方程为一元二次方程，具有概念清晰、计算简便的优点，方便本领域技术人员快速准确计算锈蚀钢筋混凝土梁的正截面抗弯承载力，为服役钢筋混凝土结构的安全性评定提供支持。

【技术实现步骤摘要】
锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法
本专利技术属于土木建筑工程
，涉及锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法。
技术介绍
在环境中侵蚀介质的长期作用下，混凝土结构中的钢筋会发生锈蚀。钢筋锈蚀导致混凝土结构性能退化，引起混凝土结构过早失效，给国民经济和社会发展带来巨大负担。据估计，2014年我国腐蚀成本约占当年GDP的3.34％。如此重大的经济损失是混凝土结构建设之初始料未及的。因此，把握混凝土结构性能演化规律，引发国内外学术界和工程界的广泛关注。为此，国内外大量学者探究了锈蚀钢筋混凝土梁的受弯性能，并提出了其正截面抗弯承载力计算方法。现有锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式可分为两类：I)采用基于锈蚀率的函数修正初始未锈蚀时抗弯承载力获得的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式；II)考虑锈蚀钢筋力学性能退化、锈蚀钢筋-混凝土粘结性能退化等因素，开展截面分析获得的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式。第I类公式直接通过试验数据回归分析获得基于锈蚀率的修正函数，其形式虽然简单，但并未从根本上反映钢筋锈蚀引发钢筋混凝土梁正截面抗弯性能退化的机理，且其对试验数据依赖程度高，普适性存疑。第II类公式明确考虑钢筋锈蚀引发钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力退化的机理，其适用性更广，但是现有第II类公式多数主要针对受拉纵筋锈蚀后梁的破坏模式仍为适筋破坏的情况，或者并未区分正截面受弯破坏模式。然而，随着锈蚀率增大，钢筋的屈服强度、屈服应变、极限强度及极限应变都变小，屈服平台不断缩短甚至消失。如此，锈蚀钢筋混凝土梁受弯失效时，受压区混凝土可能压碎，但受拉锈蚀纵筋可能未屈服、已屈服或已强化。或者，锈蚀严重时，受压区混凝土还未压碎，受拉锈蚀纵筋已拉断。这说明，受拉纵筋锈蚀可能导致钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式发生改变。然而，当前尚缺乏明确区分不同受弯破坏模式的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的不足，本专利技术提供了一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，可方便准确计算不同破坏模式下锈蚀钢筋混凝土梁的正截面抗弯承载力。本专利技术提供的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，包括如下步骤：(1)测量并计算锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数所述的锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数包括截面宽度b、截面高度h、截面有效高度h0、混凝土抗压强度fc、混凝土抗拉强度ft；变形或光圆的钢筋类型、受拉纵向钢筋平均锈蚀率ηs、与钢筋根数n及直径d相关的初始配筋面积As0；未锈蚀钢筋弹性模量Es0、屈服强度fy0、极限强度fu0、屈服应变εy0、强化应变εsh0、极限应变εu0；计算界限I锈蚀率ηsyb、界限II锈蚀率ηshb及界限III锈蚀率ηsub；计算界限I相对受压区高度ξyb、界限II相对受压区高度ξhb及界限III相对受压区高度ξub。(2)判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式包括：1)若0≤ηs＜ηsyb，则判定为模式①；2)若ηsyb≤ηs＜ηshb，则判定为模式②3)若ηshb≤ηs＜ηsub，则判定为模式③4)若ηsub≤ηs＜1，则判定为模式④。(3)计算不同破坏模式对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力1)模式①a)令截面受压区边缘混凝土应变εct＝εcu，其中，εcu为混凝土的极限压应变，代入变形协调方程可得与相对受压区高度ξ相关的锈蚀钢筋应变εsc(ξ)；b)将锈蚀钢筋应变εsc(ξ)代入锈蚀钢筋应力-应变关系，得到与相对受压区高度ξ相关的锈蚀钢筋应力σsc(ξ)；c)将锈蚀钢筋应力σsc(ξ)代入正截面力平衡方程，获得关于ξ的一元二次方程，求解该一元二次方程，取0.8≥ξ＞ξyb范围内的解作为ξ的取值；d)将解得的ξ代入正截面弯矩平衡方程，计算模式①对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力。2)模式②a)令锈蚀钢筋应力σsc＝fyc(ηs)，其中，fyc(ηs)为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋屈服应力，代入正截面力平衡方程，可直接求得相对受压区高度ξ；b)将相对受压区高度ξ代入正截面弯矩平衡方程，计算模式②对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力。3)模式③a)令代入变形协调方程可得与相对受压区高度ξ相关的锈蚀钢筋应变εsc(ξ)；b)将锈蚀钢筋应变εsc(ξ)代入锈蚀钢筋应力-应变关系，获得相应的锈蚀钢筋应力σsc(ξ)；c)将锈蚀钢筋应力σsc(ξ)代入正截面力平衡方程，获得关于ξ的一元二次方程，求解该一元二次方程，取ξhb≥ξ＞ξub范围内的解作为ξ的取值；d)将解得的ξ代入正截面弯矩平衡方程，计算模式③对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力。4)模式④模式④可细分为两小类：i)受拉区混凝土开裂后，锈蚀纵筋未拉断，再加载时锈蚀纵筋拉断，但受压区混凝土未压碎，此时锈蚀钢筋混凝土梁的正截面抗弯承载力为Mu1；ii)受拉区混凝土一开裂，锈蚀纵筋即拉断，受压区混凝土未压碎，此时锈蚀钢筋混凝土梁与素混凝土梁类似，其正截面抗弯承载力为Mu2。模式④对应的正截面抗弯承载力为Mu1和Mu2的较大值。具体计算步骤如下：a)令锈蚀钢筋应力σsc＝fuc(ηs)、应变εsc＝εuc(ηs)，其中，fuc(ηs)、εuc(ηs)分别为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋极限应力、极限应变，代入并联立实际变形协调方程、模式④第i类情况下正截面力平衡方程，整理可得关于的一元一次方程，其中ε0为压应力达到fc时混凝土的压应变；b)求解该一元一次方程，获得受压区边缘混凝土真实压应变c)将代入实际变形协调方程，求得实际相对受压区高度ξn；d)将解得的ξn代入模式④第i类情况下正截面抗弯承载力计算公式，计算模式④中第i类情况对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力Mu1；e)计算模式④中第ii类情况对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力的计算公式为：f)取模式④的正截面抗弯承载力为Mu1与Mu2的较大值。步骤(1)中截面宽度b、截面高度h、截面有效高度h0、混凝土抗压强度fc、混凝土抗拉强度ft、受拉纵向钢筋平均锈蚀率ηs、钢筋根数n及直径d、未锈蚀钢筋弹性模量Es0、屈服强度fy0、极限强度fu0、屈服应变εy0、强化应变εsh0、极限应变εu0等参数可根据《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T50784-2013所述方法进行测量；如未锈蚀钢筋的力学性能参数不便获得，可参照常用钢筋初始力学性能参数表进行取值，如表1所示。表1常用钢筋初始力学性能参数步骤(1)中所述的界限I锈蚀率ηsyb计算步骤为：1)令钢筋应变εsc＝εyc(ηs)、应力σsc＝fyc(ηs)、截面受压区边缘混凝土应变εct＝εcu，其中，εyc(ηs)为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋屈服应变，代入变形协调方程可得界限I锈蚀率下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)测量并计算锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数；/n(2)判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式；/n所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式包括：模式①(0≤η

【技术特征摘要】
1.一种锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)测量并计算锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数；
(2)判定锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式；
所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式包括：模式①(0≤ηs＜ηsyb)、模式②(ηsyb≤ηs＜ηshb)、模式③(ηshb≤ηs＜ηsub)及模式④(ηsub≤ηs＜1)；ηs为受拉纵向钢筋平均锈蚀率，ηsyb为界限I锈蚀率，ηshb为界限II锈蚀率，ηsub为界限III锈蚀率；
(3)计算不同破坏模式对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力；
所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力包括：模式①、模式②、模式③及模式④对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力。


2.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，其特征在于，步骤(1)中所述的锈蚀前后钢筋混凝土梁的基本参数包括截面宽度b、截面高度h、截面有效高度h0、混凝土抗压强度fc、混凝土抗拉强度ft；变形或光圆的钢筋类型、受拉纵向钢筋平均锈蚀率ηs、与钢筋根数n及直径d相关的初始配筋面积As0；未锈蚀钢筋弹性模量Es0、屈服强度fy0、极限强度fu0、屈服应变εy0、强化应变εsh0、极限应变εu0；计算界限I锈蚀率ηsyb、界限II锈蚀率ηshb及界限III锈蚀率ηsub；计算界限I相对受压区高度ξyb、界限II相对受压区高度ξhb及界限III相对受压区高度ξub。


3.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，其特征在于，所述的模式①对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力，其计算步骤如下：
1)令截面受压区边缘混凝土应变其中，εcu为混凝土的极限压应变，代入变形协调方程可得与相对受压区高度ξ相关的锈蚀钢筋应变εsc(ξ)；
2)将锈蚀钢筋应变εsc(ξ)代入锈蚀钢筋应力-应变关系，得到与相对受压区高度ξ相关的锈蚀钢筋应力σsc(ξ)；
3)将锈蚀钢筋应力σsc(ξ)代入正截面力平衡方程，获得关于ξ的一元二次方程，求解该一元二次方程，取0.8≥ξ＞ξyb范围内的解作为ξ的取值；
4)将解得的ξ代入正截面弯矩平衡方程，计算模式①对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力。


4.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，其特征在于，所述的模式②对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力，其计算步骤如下：
1)令锈蚀钢筋应力σsc＝fyc(ηs)，其中，fyc(ηs)为锈蚀率为ηs时的锈蚀钢筋屈服应力，代入正截面力平衡方程，可直接求得相对受压区高度ξ；
2)将相对受压区高度ξ代入正截面弯矩平衡方程，计算模式②对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力。


5.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，其特征在于，所述的模式③对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力，其计算步骤如下：
1)令代入变形协调方程可得与相对受压区高度ξ相关的锈蚀钢筋应变εsc(ξ)；
2)将锈蚀钢筋应变εsc(ξ)代入锈蚀钢筋应力-应变关系，获得相应的锈蚀钢筋应力σsc(ξ)；
3)将锈蚀钢筋应力σsc(ξ)代入正截面力平衡方程，获得关于ξ的一元二次方程，求解该一元二次方程，取ξhb≥ξ＞ξub范围内的解作为ξ的取值；
4)将解得的ξ代入正截面弯矩平衡方程，计算模式③对应的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力。


6.根据权利要求1所述的锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法，其特征在于，所述的模式④分为两小类：i)受拉区混凝土开裂后，锈蚀纵筋未拉断，再加载时锈蚀纵筋拉断，但受压区混凝土未...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜超，顾祥林，丁豪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31