采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁及其设计方法，该采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁，包括预制梁和现浇叠合层混凝土，预制梁包括钢筋笼和预制混凝土，钢筋笼包括设置在底部的若干预应力BFRP纵筋，预应力BFRP纵筋通过若干箍筋连接，箍筋沿预应力BFRP纵筋的长度排列分布，箍筋两侧设有腰筋，腰筋与各个箍筋相互连接，箍筋顶部设有上部纵筋，预制混凝土分布在预应力BFRP纵筋和腰筋分布区域，箍筋上部穿出预制混凝土，现浇叠合层混凝土浇注在预制混凝土上侧，上部纵筋和箍筋上部埋设在现浇叠合层混凝土内。该叠合梁及其设计方法预应力技术、BFRP筋与叠合梁相结合，解决BFRP筋弹性模量较低带来的问题。解决BFRP筋弹性模量较低带来的问题。解决BFRP筋弹性模量较低带来的问题。

【技术实现步骤摘要】
采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁及其设计方法


[0001]本专利技术涉及装配式建筑领域，特别涉及采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁及其设计方法。

技术介绍

[0002]当前，我国正在大力发展装配式建筑，并将装配式建筑作为推动建筑行业转型升级的重要举措和碳达峰和碳中和的重要支撑工作之一。装配式建筑是现代中国工业化、规模化发展的必然，也是建筑产业升级、淘汰落后产能、提升建筑质量的必然。
[0003]叠合梁分成预制和现浇两部分，预制截面(腹板区)的受压区(一次受力时)处于叠合截面受载的受拉区(二次受力)。在叠合梁受力过程中，存在受拉钢筋“应力超前”和后浇混凝土“受压应变滞后”现象，更为不利的是，“应力超前”现象将导致叠合梁裂缝宽度和挠度增大，使得纵向受拉钢筋在使用阶段就可能处于接近屈服强度的高应力状态，甚至发生断裂。
[0004]玄武岩纤维材料(BFRP)作为常用的纤维材料之一，其热膨胀系数与混凝土相近，两者间不会产生过大的温度应力。但由于BFRP筋的弹性模量较低，因此通常需对BFRP筋施加预应力以发挥其主要作用。目前，BFRP筋混凝土结构已在一些试点工程结构中得到了应用。 CN215330947U公开的一种BFRP筋再生混凝土梁，用玄武岩复合筋(BFRP筋)代替钢筋作为受力筋，即满足了受力强度，又避免了钢筋锈蚀等带来的不利影响。
[0005]先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，预应力筋弹性回缩，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混凝土产生预压应力的施工工艺。
[0006]CN215330947U公开一种BFRP筋再生混凝土梁，利用BFRP筋代替钢筋，但BFRP筋混凝土梁弹性模量较低，工作性能较差，BFRP筋混凝土受弯构件达到正常使用极限状态时，承载力还具有相当大的安全储备，严重限制了BFRP筋高强特性的发挥。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁及其设计方法，预应力技术、BFRP筋与叠合梁相结合，解决BFRP筋弹性模量较低带来的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁，包括预制梁和现浇叠合层混凝土，预制梁包括钢筋笼和预制混凝土，钢筋笼包括设置在底部的若干预应力BFRP纵筋，预应力BFRP纵筋通过若干箍筋连接，箍筋沿预应力BFRP纵筋的长度排列分布，箍筋两侧设有腰筋，腰筋与各个箍筋相互连接，箍筋顶部设有上部纵筋，预制混凝土分布在预应力BFRP纵筋和腰筋分布区域，箍筋上部穿出预制混凝土，现浇叠合层混凝土浇注在预制混凝土上侧，上部纵筋和箍筋上部埋设在现浇叠合层混凝土内。
[0009]优选的方案中，所述预应力BFRP纵筋、腰筋以及上部纵筋两端穿出预制混凝土或现浇叠合层混凝土。
[0010]优选的方案中，所述预制混凝土顶部和与叠合梁连接的预制楼板底部平齐。
[0011]本专利技术还采用一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁的设计方法，包括如下步骤：
[0012]步骤一、确定预应力BFRP筋T型叠合梁的尺寸b，h，h1,，b'
f
，h'
f
，b为梁宽，h为叠合梁整体高度，h1为预制梁高度，b'
f
叠合梁截面受压区的翼缘宽度，h'
f
为叠合梁截面受压区的翼缘高度；
[0013]步骤二、第一阶段受力计算：此阶段为现浇叠合混凝土未达到强度设计值之前的阶段，预制梁截面按矩形截面梁进行设计，包括预应力BFRP筋反拱值计算、正截面承载力计算和斜截面承载力计算；
[0014]步骤三、第二阶段受力计算：此阶段为现浇叠合混凝土达到强度设计值之后的阶段，叠合梁截面按T型截面进行设计，包括正截面承载力计算、斜截面承载力计算和叠合面的受剪承载力计算；
[0015]步骤四、预应力BFRP筋T型叠合梁极限状态验算，包括BFRP筋应力验算、裂缝宽度验算和挠度值验算。
[0016]优选的方案中，所述步骤二中，预应力BFRP筋反拱值计算、正截面承载力计算和斜截面承载力计算如下：
[0017]a.BFRP筋预应力短期反拱值计算
[0018]对BFRP筋施加的预应力要满足预制梁的设计要求，避免预制梁会出现反拱，按短期刚度计算：
[0019][0020]B
s1
＝0.85E
c
I0；
[0021]σ
pe
：BFRP预应力筋的有效预应力；
[0022]e
p
：预应力损失后的BFRP筋的有效预应力的偏心距；
[0023]l：梁的跨度；
[0024]B
s1
：第一阶段预应力混凝土矩形梁的短期刚度；
[0025]b.正截面承载力计算
[0026]E
c
：预制梁混凝土的弹性模量；
[0027]I0：预制梁换算截面的惯性矩；
[0028]预制构件弯矩设计值：M＝M
1G
+M
1Q
[0029][0030]α1f
c
bx＝f
py
A
p
；
[0031]M：弯矩设计值；M
1G
：预制梁自重、预制楼板自重和叠合层自重在计算截面产生的弯矩设计值；M
1Q
：第一阶段施工活荷载在计算截面产生的弯矩设计值；α1：系数，按规范取值；f
c
：混凝土轴心抗压强度设计值；b：梁宽；x：等效矩形应力图形的混凝土受压区高度； h0：预制构件截面有效高度；f
py
：预应力BFRP筋抗拉强度设计值；A
p
：受拉区BFRP预应力纵筋的截
面面积；
[0032]c.斜截面承载力计算
[0033]考虑BFRP筋的预应力影响，按BFRP筋的有效预应力计算：
[0034]预制构件剪力设计值：V＝V
1G
+V
1Q
[0035]V≤V
CS
+V
p
[0036][0037]V
p
＝0.05N
P0
[0038]N
P0
＝σ
p0
A
p
[0039]σ
p0
＝σ
con
‑
σ
l
；
[0040]V
1G
：预制构件自重、预制楼板自动和叠合层自重在计算截面产生的剪力设计值；
[0041]V
1Q
：第一阶段施工活荷载在计算截面产生的剪力设计值；
[0042]V
CS
：梁斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁，其特征在于，包括预制梁和现浇叠合层混凝土，预制梁包括钢筋笼和预制混凝土(1)，钢筋笼包括设置在底部的若干预应力BFRP纵筋(2)，预应力BFRP纵筋(2)通过若干箍筋(3)连接，箍筋(3)沿预应力BFRP纵筋(2)的长度排列分布，箍筋(3)两侧设有腰筋(4)，腰筋(4)与各个箍筋(3)相互连接，箍筋(3)顶部设有上部纵筋(5)，预制混凝土(1)分布在预应力BFRP纵筋(2)和腰筋(4)分布区域，箍筋(3)上部穿出预制混凝土(1)，现浇叠合层混凝土浇注在预制混凝土(1)上侧，上部纵筋(5)和箍筋(3)上部埋设在现浇叠合层混凝土内。2.根据权利要求1所述的一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁，其特征在于，所述预应力BFRP纵筋(2)、腰筋(4)以及上部纵筋(5)两端穿出预制混凝土(1)或现浇叠合层混凝土。3.根据权利要求1所述的一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁，其特征在于，所述预制混凝土(1)顶部和与叠合梁连接的预制楼板底部平齐。4.一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、确定预应力BFRP筋T型叠合梁的尺寸b，h，h1,，b'
f
，h'
f
，b为梁宽，h为叠合梁整体高度，h1为预制梁高度，b'
f
叠合梁截面受压区的翼缘宽度，h'
f
为叠合梁截面受压区的翼缘高度；步骤二、第一阶段受力计算：此阶段为现浇叠合混凝土未达到强度设计值之前的阶段，预制梁截面按矩形截面梁进行设计，包括预应力BFRP筋反拱值计算、正截面承载力计算和斜截面承载力计算；步骤三、第二阶段受力计算：此阶段为现浇叠合混凝土达到强度设计值之后的阶段，叠合梁截面按T型截面进行设计，包括正截面承载力计算、斜截面承载力计算和叠合面的受剪承载力计算；步骤四、预应力BFRP筋T型叠合梁极限状态验算，包括BFRP筋应力验算、裂缝宽度验算和挠度值验算。5.根据权利要求4所述的一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁的设计方法，其特征在于，所述步骤二中，预应力BFRP筋反拱值计算、正截面承载力计算和斜截面承载力计算如下：a.BFRP筋预应力短期反拱值计算对BFRP筋施加的预应力要满足预制梁的设计要求，避免预制梁会出现反拱，按短期刚度计算：B
s1
＝0.85E
c
I0；σ
pe
：BFRP预应力筋的有效预应力；e
p
：预应力损失后的BFRP筋的有效预应力的偏心距；l：梁的跨度；B
s1
：第一阶段预应力混凝土矩形梁的短期刚度；b.正截面承载力计算；
E
c
：预制梁混凝土的弹性模量；I0：预制梁换算截面的惯性矩；预制构件弯矩设计值：M＝M
1G
+M
1Q
α1f
c
bx＝f
py
A
p
；M：弯矩设计值；M
1G
：预制梁自重、预制楼板自重和叠合层自重在计算截面产生的弯矩设计值；M
1Q
：第一阶段施工活荷载在计算截面产生的弯矩设计值；α1：系数，按规范取值；f
c
：混凝土轴心抗压强度设计值；b：梁宽；x：等效矩形应力图形的混凝土受压区高度；h0：预制构件截面有效高度；f
py
：预应力BFRP筋抗拉强度设计值；A
p
：受拉区BFRP预应力纵筋的截面面积；c.斜截面承载力计算考虑BFRP筋的预应力影响，按BFRP筋的有效预应力计算：预制构件剪力设计值：V＝V
1G
+V
1Q
V≤V
cS
+V
p
V
p
＝0.05N
P0
N
P0
＝σ
p0
A
p
σ
p0
＝σ
con
‑
σ
l
；V
1G
：预制构件自重、预制楼板自动和叠合层自重在计算截面产生的剪力设计值；V
1Q
：第一阶段施工活荷载在计算截面产生的剪力设计值；V
CS
：梁斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；V
p
：BFRP筋的预应力所提高的梁受剪承载力设计值；α
cv
：斜截面混凝土受剪承载力系数；f
t
：混凝土抗拉强度设计值；f
yv
：箍筋的抗拉强度设计值；A
sv
：配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；S：沿梁长度方向的箍筋间距；N
P0
：计算截面混凝土法向预应力等于零时的预加力；σ
p0
：受拉区BFRP预应力筋合力点处混凝土法向应力等于零时的BFRP预应力筋应力；A
p
：受拉区BFRP预应力筋的截面面积；σ
con
：BFRP预应力筋的张拉控制应力；σ
l
：相应阶段BFRP筋的预应力损失值。6.根据权利要求4所述的一种采用先张法的预应力BFRP筋T型叠合梁的设计方法，其特征在于，所述步骤三中，正截面承载力计算、斜截面承载力计算和叠合面的受剪承载力计算如下：a.正截面承载力计算叠合构件的正弯矩区段弯矩设计值：M＝M
1G
+M
2G

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小勇，胡记磊，陈灯红，王颖，陈兴华，张齐，程淦，杨仲祥，陈绍杰，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：