FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法技术

本发明专利技术属于交通运输业桥涵工程技术领域，具体涉及一种FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法。FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)确定加固梁尺寸参数；2)确定FRP型材、混凝土和钢筋材料性能；3)根据加固梁受压区混凝土压碎破坏、FRP型材与混凝土之间无滑移的破坏模式，获得FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力和抗弯刚度计算公式；4)将相关参数代入计算公式中，确定加固梁的抗弯承载力和抗弯刚度。本发明专利技术解决了FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力和抗弯刚度的计算难题，为FRP型材加固既有钢筋混凝土梁提供了技术支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法


[0001]本专利技术属于交通运输业桥涵工程
，具体涉及一种FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法。

技术介绍

[0002]随着我国交通流量的逐年增加，既有钢筋混凝土梁桥存在抗弯承载力和抗弯刚度不足的问题。对这些桥梁进行加固增强，提高其结构承载力和刚度，提升其运营安全性，是解决既有混凝土梁桥承载力和刚度不足的主要途径。
[0003]目前常用的桥梁加固技术有四种：粘贴纤维增强复合材料加固法、粘贴钢板加固法、增大截面加固法和体外预应力法。粘贴纤维增强复合材料加固法施工简便，在不破坏既有桥梁的前提下可以显著提高结构的抗弯承载力，但却无法提升结构的抗弯刚度；粘贴钢板加固法、增大截面加固法和体外预应力法，能提高桥梁抗弯承载能力，增大结构刚度，但施工均较为复杂且对桥梁会造成一定破坏。鉴于此，本课题组提出了一种粘贴FRP型材加固既有钢筋混凝土梁的方法，通过在既有混凝土梁下缘粘贴FRP型材进行加固，见图2，既能提高桥梁抗弯承载力，也能显著增加桥梁抗弯刚度。但FRP型材加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力确定方法尚不明确，因此，本专利技术通过确定FRP型材加固梁的抗弯承载力和抗弯刚度计算公式，为FRP型材加固既有钢筋混凝土梁提供技术支撑。

技术实现思路

[0004]本专利技术的在于提供一种FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法，解决FRP型材加固梁的抗弯承载力和抗弯刚度计算难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)确定加固梁尺寸参数；2)确定FRP型材、混凝土和钢筋材料性能；3)根据加固梁受压区混凝土压碎破坏、FRP型材与混凝土之间无滑移的破坏模式，获得FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力和抗弯刚度计算公式；4)将相关参数代入计算公式中，确定加固梁的抗弯承载力和抗弯刚度。
[0006]按上述技术方案，所述的FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下具体步骤：
[0007]1)确定加固梁的截面尺寸参数，需要确定的参数有：
[0008]①
加固梁(即FRP型材加固梁，或称FRP型材加固既有钢筋混凝土梁)的横截面尺寸，既有混凝土梁截面宽度b
c
；FRP型材宽度b
f
；腹板厚度b
w
；FRP型材加固既有混凝土梁后整体高度h；既有混凝土梁截面高度h
c
；受拉钢筋合力点到截面受压边缘的距离h0；FRP型材高度h
f
；FRP型材顶板高度h
f1
；FRP型材底板高度h
f2
；受压钢筋合力点到截面受压边缘的距离a
s
′
；受压钢筋的截面面积A
s
′
；受拉钢筋的截面面积A
s
；
[0009]②
加固梁的有效跨径l0；
[0010]2)确定FRP型材、混凝土、钢筋材料性能，实施方法如下：
[0011]①
FRP型材材料性能根据《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB/T 1447
‑
2005)确定，需要确定其抗拉强度f
F
和弹性模量E
F
；
[0012]②
混凝土材料性能根据《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081
‑
2019)确定，需要确定其立方体抗压强度f
cu，k
和弹性模量E
c
；混凝土轴心抗压强度f
ck
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010
‑
2010)由立方体抗压强度换算得到；
[0013]③
钢筋材料性能根据《金属材料拉伸试验》(GB/T 228.1
‑
2010)确定，需要确定其屈服强度f
y
、极限强度f
st
以及弹性模量E
s
；
[0014]3)FRP型材加固梁截面变形符合平截面假定，破坏模式为受压区混凝土压碎破坏、FRP型材与混凝土之间无滑移，获得FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力和抗弯刚度计算公式：
[0015]①
FRP型材加固梁加载到极限荷载时混凝土压应变为ε
cu
，根据几何关系得到应变；
[0016][0017][0018][0019][0020][0021]式中：ε
s
′
为受压钢筋应变；ε
s
为受拉钢筋应变；ε
fw
为FRP型材腹板应变；ε
f1
、ε
f2
为FRP型材顶板、底板1/2高度处的应变；x为混凝土实际受压区高度；h0为受拉钢筋合力点到截面受压边缘的距离；h
c
为既有混凝土梁截面高度；h
f1
为FRP型材顶板高度；h
x
为FRP型材腹板受压高度；
[0022]根据内力平衡方程得：
[0023]N
c
+N'
s
＝T
s
+T
f1
+T
fw
+T
f2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0024]N
c
＝α1f
ck
b
c
x0[0025]N
′
s
＝ε
′
s
E
s
A
′
s
[0026]T
s
＝ε
s
E
s
A
s
[0027]T
f1
＝E
F
b
f1
h
f1
ε
f1
[0028][0029]T
f2
＝E
F
b
f2
h
f2
ε
f2
[0030]式中：N
C
为受压区混凝土压力；N
s
′
为受压区钢筋压力；T
s
′
为受压区钢筋压力；T
s
为受拉区钢筋拉力；T
fw
为FRP型材腹板拉力；T
f1
、T
f2
为FRP型材顶板和底板拉力；α1为混凝土受压区等效矩形应力系数，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010确定，当混凝土为C50以下时取1，混凝土为C80时取0.94，其间插值选取；x0为按等效矩形应力图计算的混
凝土受压区有效高度，x0＝βx，对于C50以下混凝土，β＝0.8；f
ck
为混凝土轴心抗压强度；A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)确定加固梁尺寸参数；2)确定FRP型材、混凝土和钢筋材料性能；3)根据加固梁受压区混凝土压碎破坏、FRP型材与混凝土之间无滑移的破坏模式，获得FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力和抗弯刚度计算公式；4)将相关参数代入计算公式中，确定加固梁的抗弯承载力和抗弯刚度。2.根据权利要求1所述的FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)确定加固梁的截面尺寸参数；2)确定FRP型材、混凝土、钢筋材料性能；3)FRP型材加固梁截面变形符合平截面假定，破坏模式为受压区混凝土压碎破坏、FRP型材与混凝土之间无滑移，获得FRP型材加固既有钢筋混凝土梁抗弯承载力和抗弯刚度计算公式：
①
FRP型材加固梁加载到极限荷载时混凝土压应变为ε
cu
，根据几何关系得到应变；，根据几何关系得到应变；，根据几何关系得到应变；，根据几何关系得到应变；，根据几何关系得到应变；式中：ε
s
′
为受压钢筋应变；ε
s
为受拉钢筋应变；ε
fw
为FRP型材腹板应变；ε
f1
、ε
f2
为FRP型材顶板、底板1/2高度处的应变；x为混凝土实际受压区高度；h0为受拉钢筋合力点到截面受压边缘的距离；h
c
为既有混凝土梁截面高度；h
f1
为FRP型材顶板高度；h
x
为FRP型材腹板受压高度；根据内力平衡方程得：N
c
+N'
s
＝T
s
+T
f1
+T
fw
+T
f2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)N
c
＝α1f
ck
b
c
x0N
’
s
＝ε
’
s
E
s
A
’
s
T
s
＝ε
s
E
s
A
s
T
f1
＝E
F
b
f1
h
f1
ε
f1
T
f2
＝E
F
b
f2
h
f2
ε
f2
式中：N
C
为受压区混凝土压力；N
s
′
为受压区钢筋压力；T
s
′
为受压区钢筋压力；T
s
为受拉区钢筋拉力；T
fw
为FRP型材腹板拉力；T
f1
、T
f2
为FRP型材顶板、底板拉力；α1为混凝土受压区等效矩形应力系数，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010确定，当混凝土为C50
以下时取1，混凝土为C80时取0.94，其间插值选取；x0为按等效矩形应力图计算的混凝土受压区有效高度，x0＝βx，对于C50以下混凝土，β＝0.8；f
ck
为混凝土轴心抗压强度；A
s
′
为受压钢筋的截面面积；A
s
为受拉钢筋的截面面积；受拉钢筋的截面面积；E
s
为钢筋材料的弹性模量；E
F
为FRP型材的弹性模量；b
f1
为FRP型材顶板宽度；b
f2
为FRP型材底板宽度；h
f2
为FRP型材底板高度；ε
f2
为FRP型材底板1/2高度处的应变；b
fw
为FRP型材腹板宽度；联立公式(1)～(6)，得到混凝土实际受压区高度x，对混凝土等效矩形应力受压区合力点求弯矩，获得FRP型材加固梁的抗弯承载力计算公式：
②
将FRP型材顶板、底板和受拉钢筋截面面积换算成等效混凝土截面面积；将FRP型材顶板、底板和受拉钢筋截面面积换算成等效混凝土截面面积；将FRP型材顶板、底板和受拉钢筋截面面积换算成等效混凝土截面面积；式中：A
sc
为钢筋的换算面积；A
f1c
为FRP型材顶板的换算面积；A
f2c
为FRP型材底板换算面积；E
s
为钢筋弹性模量；E
c
为混凝土弹性模量；E
F
为FRP型材弹性模量；A
f1
为FRP型材顶板面积；A
f2
为FRP型材底板面积；a
Es
为E
S
与E
C
比值；a
EF
为E
F
与E
C
比值；根据拉、压区对中和轴的静矩相等，确定FRP型材加固既有钢筋混凝土梁中和轴高度x
N
：式中：h
0s
为受拉钢筋合力点到梁顶部的高度；h
0f1
、h
0f2
为FRP型材顶板、底板1/2高度处到梁顶部的高度；x
N
为FRP型材加固既有钢筋混凝土梁中和轴高度；得到FRP型材加固既有钢筋混凝土梁的截面惯性矩为：对箱型的FRP型材加固梁，其整体稳定性系数对H型的FRP型材加固梁，需要考虑型材整体失稳现象，其整体稳定性系数为：式中：λ
y
为FRP型材加固梁在侧向支承点间对截面弱轴y
‑
y的长细比，λ
y
＝l0/i
y
，l0为加固梁的有效跨径，I
y
为梁截面对y
‑
y的惯性矩，A
F
为FRP型材截面面积；f
F
为FRP型材抗拉强度；联...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沐宇，张强，高宗余，卢志芳，曹玉贵，罗锋，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：