一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法技术

本发明专利技术涉及一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，包括步骤：1)确定CFRP布加固前锈蚀钢筋混凝土梁及CFRP布的基本参数；2)基于步骤1)的基本参数计算CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参数；3)基于步骤2)的结果预判CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的破坏模式；4)计算预判破坏模式下CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力与相对受压区高度；5)根据步骤3)、步骤4)的结果复核破坏模式并核定CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力。与现有技术相比，本发明专利技术具有计算简便、实用性强、可预判受弯破坏模式以及相应的破坏模式下的CFRP应力状态、钢筋应力状态及混凝土应力状态等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法


[0001]本专利技术涉及一种土木建筑工程
，尤其是涉及一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法。

技术介绍

[0002]在钢筋混凝土梁的服役寿命期间，钢筋锈蚀引起的梁抗弯性能下降是一个常见的问题。钢筋锈蚀会引起力学性能退化和有效截面积减小，锈蚀钢筋混凝土梁的安全性能受到考验。碳纤维增强聚合物复合材料(Carbon fiber reinforced polymer，CFRP)目前已经被广泛应用于混凝土结构的加固中，碳纤维布提高锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的有效性已经被证明。与未锈钢筋混凝土梁相比，CFRP布加固使锈蚀钢筋混凝土梁的破坏模式多样，承载能力计算更加复杂。
[0003]国内外大量学者对CFRP布加固未锈混凝土梁进行了研究，并提出了基于正截面抗弯承载力的计算方法。考虑到锈蚀的影响，CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁与未锈加固梁的抗弯破坏模式有较大不同。目前CFRP布加固未锈钢筋混凝土梁的研究已经较为成熟，而对CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的正截面抗弯承载力的研究仍有待进一步进行，目前现有的CFRP加固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、CFRP加固率等相关参数的函数对CFRP布加固未锈蚀梁抗弯承载力进行修正获得的计算公式；II)考虑锈蚀钢筋的本构关系、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化等因素，开展截面分析获得的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式。
[0004]然而，随着锈蚀率增大，钢筋力学性能发生变化。同时CFRP布加固量可能影响受弯极限时材料的应力状态。CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的受弯极限状态下的钢筋、CFRP及混凝土应力状态较为复杂。然而，当前尚缺乏基于界限锈蚀率的明确区分不同受弯破坏模式的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力简化计算方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，该方法包括下列步骤：
[0008]步骤一、确定CFRP布加固前后锈蚀钢筋混凝土梁的基本参数。
[0009]CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁基本参数包括；截面宽度b、截面高度h、截面有效高度h0、混凝土强度等级、混凝土抗压强度f
c
、混凝土抗拉强度f
t
、混凝土弹性模量E
c
、初始弯矩M
i
、初始弯矩下受拉边缘混凝土应变ε
i
；变形或光圆的受拉与受压钢筋的类型、受拉钢筋平均锈蚀率η
s
、受拉钢筋初始配筋面积A
s0
；未锈蚀受拉钢筋弹性模量E
s0
、屈服强度f
y0
、极限强度f
u0
、屈服应变ε
y0
、强化应变ε
sh0
、极限应变ε
u0
；CFRP布极限拉应变ε
fu
、CFRP布加固率ρ
f
、CFRP布弹性模量E
f
。
[0010]本步骤中，截面宽度b、截面高度h、截面有效高度h0、混凝土强度等级、混凝土抗压强度f
c
、混凝土抗拉强度f
t
、混凝土弹性模量E
c
、变形或光圆的受拉与受压钢筋的类型、受拉钢筋平均锈蚀率η
s
、受拉钢筋初始配筋面积A
s0
、未锈蚀受拉钢筋弹性模量E
s0
、屈服强度f
y0
、极限强度f
u0
、屈服应变ε
y0
、强化应变ε
sh0
、极限应变ε
u0
等参数可根据《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T 50784
‑
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《混凝土结构设计规范》GB50010
‑
2010(2015年版)进行取值；CFRP的加固率ρ
f
根据实际情况确定；CFRP弹性模量E
f
和CFRP极限拉应变可根据《纤维增强复合材料工程应用技术标准》GB50608
‑
2020规定确定；初始弯矩M
i
根据实际情况进行估算，初始弯矩下受拉边缘混凝土应变ε
i
根据《纤维增强复合材料工程应用技术标准》GB50608
‑
2020规定确定；锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力M
uc
可通过相关计算方法获得，例如，锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力简化计算方法(专利申请号：CN202011502706.X)。
[0011]步骤二、计算CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参数。
[0012]CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参数包括：界限I锈蚀率η
fsyb
、界限II锈蚀率η
fshb
、界限III锈蚀率η
fsub
；界限I相对受压区高度ξ
fsyb
、界限II相对受压区高度ξ
fshb
、界限III相对受压区高度ξ
fsub
以及界限IV相对受压区高度ξ
fu
。
[0013]界限I定义为：梁受弯破坏时锈蚀钢筋刚开始屈服，受压区混凝土即压碎，CFRP布未拉断；界限II定义为：梁受弯破坏时锈蚀钢筋刚开始强化，受压区混凝土即压碎，CFRP布未拉断；界限III定义为：梁受弯破坏时锈蚀钢筋拉断与受压区混凝土压碎同时发生，CFRP布未拉断；界限IV定义为：梁受弯破坏时CFRP布拉断和受压区混凝土压碎同时发生。
[0014]本步骤中，界限I的锈蚀率η
fsyb
及界限I的相对受压区高度ξ
fsyb
的计算步骤如下：
[0015]1)取锈蚀钢筋应变ε
sc
＝ε
yc
(η
s
)、锈蚀钢筋应力σ
sc
＝f
yc
(η
s
)、截面受压区边缘混凝土应变ε
ct
＝ε
cu
，其中ε
yc
(η
s
)和f
yc
(η
s
)分别为锈蚀钢筋屈服应变和屈服应力，ε
cu
为混凝土的极限压应变，根据变形协调方程，计算界限I的相对受压区高度ξ
fsyb
；
[0016]2)根据变形协调方程，计算CFRP布拉应变ε
f
；
[0017]3)将锈蚀钢筋应变ε
sc
、锈蚀钢筋应力σ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，包括下列步骤：1)确定CFRP布加固前锈蚀钢筋混凝土梁及CFRP布的基本参数；2)基于步骤1)的基本参数计算CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参数；3)基于步骤2)的结果预判CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的破坏模式；4)计算预判破坏模式下CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力与相对受压区高度；5)根据步骤3)、步骤4)的结果复核破坏模式并核定CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力。2.根据权利要求1所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，所述CFRP布加固前锈蚀钢筋混凝土梁及CFRP布的基本参数包括截面宽度b、截面高度h、截面有效高度h0、混凝土强度等级、混凝土抗压强度f
c
、混凝土抗拉强度f
t
、混凝土弹性模量E
c
、初始弯矩M
i
、初始弯矩下受拉边缘混凝土应变ε
i
、变形或光圆的受拉与受压钢筋的类型、受拉钢筋平均锈蚀率η
s
、受拉钢筋初始配筋面积A
s0
、未锈蚀受拉钢筋弹性模量E
s0
、屈服强度f
y0
、极限强度f
u0
、屈服应变ε
y0
、强化应变ε
sh0
、极限应变ε
u0
、CFRP布极限拉应变ε
fu
、CFRP布加固率ρ
f
和CFRP布弹性模量E
f
。3.根据权利要求2所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，所述CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参数包括界限I锈蚀率η
fsyb
、界限II锈蚀率η
fshb
、界限III锈蚀率η
fsub
；界限I相对受压区高度ξ
fsyb
、界限II相对受压区高度ξ
fshb
、界限III相对受压区高度ξ
fsub
以及界限IV相对受压区高度ξ
fu
。4.根据权利要求3所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，所述界限I表示为梁受弯破坏时锈蚀钢筋刚开始屈服，受压区混凝土即压碎，CFRP布未拉断；所述界限II表示为梁受弯破坏时锈蚀钢筋刚开始强化，受压区混凝土即压碎，CFRP布未拉断；所述界限III表示为梁受弯破坏时锈蚀钢筋拉断与受压区混凝土压碎同时发生，CFRP布未拉断；所述界限IV表示为梁受弯破坏时CFRP布拉断和受压区混凝土压碎同时发生。5.根据权利要求4所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，界限I的锈蚀率η
fsyb
及界限I的相对受压区高度ξ
fsyb
的计算步骤包括：a1)取锈蚀钢筋应变ε
sc
＝ε
yc
(η
s
)、锈蚀钢筋应力σ
sc
＝f
yc
(η
s
)、截面受压区边缘混凝土应变ε
ct
＝ε
cu
，其中ε
yc
(η
s
)和f
yc
(η
s
)分别为锈蚀钢筋屈服应变和屈服应力，ε
cu
为混凝土的极限压应变，根据变形协调方程，计算界限I的相对受压区高度ξ
fsyb
；a2)根据变形协调方程，计算CFRP布拉应变ε
f
；a3)将锈蚀钢筋应变ε
sc
、锈蚀钢筋应力σ
sc
与CFRP布拉应变ε
f
代入力平衡方程，获取一个关于η
s
的一元三次方程，求解该一元三次方程，取0～0.8范围内的最小解作为界限I的界限锈蚀率η
fsyb
，若在0～0.8范围内无解且最小解为负数，则取η
fsyb
＝0，若在0～0.8范围内无解且最小解大于0.8，则取η
fsyb
＝0.8。6.根据权利要求4所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，界限II的锈蚀率η
fshb
及界限II的相对受压区高度ξ
fshb
的计算步骤包括：b1)取锈蚀钢筋应变ε
sc
＝ε
shc
(η
s
)、锈蚀钢筋应力σ
sc
＝f
yc
(η
s
)和截面受压区边缘混凝土应变ε
ct
＝ε
cu
，其中ε
shc
(η
s
)和f
yc
(η
s
)分别为锈蚀钢筋强化应变和屈服应力，ε
cu
为混凝土的
极限压应变，根据变形协调方程，求解界限II的相对受压区高度ξ
fshb

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟平，姜超，余晞源，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：