TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁、加固方法及极限承载力的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁、加固方法及极限承载力的计算方法。通过植筋胶和细粒混凝土来提高FRP筋和纤维编织网与原混凝土构件的整体性，加固体与原混凝土构件形成整体后相当于增大了受拉筋的面积，从而提高了结构体的抗弯承载力，使得TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁的加固效果好，极限承载力高。其加固方法简单、高效，便于施工，加固效果好，加固后的钢筋混凝土梁抗弯承载力高，极限承载力高。TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁极限承载力的计算方法，计算理论依据充分，过程简单，结果可靠，能够对加固后TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁的极限承载力进行准确计算，便于工程应用，同时，能为工程设计及施工提供理论依据。依据。依据。

【技术实现步骤摘要】
TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁、加固方法及极限承载力的计算方法


[0001]本专利技术涉及钢筋混凝土梁加固
，尤其涉及一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁、加固方法及极限承载力的计算方法。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土梁作为结构重要的承重构件，在设计、施工以及使用过程中，由于各种不确定因素造成钢筋混凝土梁的承载能力不能满足安全使用的要求，这时需要对钢筋混凝土梁进行加固。目前虽然有诸多的加固方式或方法，但整体的加固后的钢筋混凝土梁的抗弯承载力还不甚理想，还有很大的提高空间。抗弯承载力体现了钢筋混凝土梁的极限承载力，加固的钢筋混凝土梁的极限承载力的理论计算能够给实际应用起到很好的指定作用。现有技术虽然有提出采用TRC(纤维编织网增强混凝土，textile reinforced concrete)复合CFRP(碳纤维增强基复合材料，Carbon Fiber Reinforced Polymer)加固钢筋混凝土梁的加固方式或方法，但是具体的TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁的结构形式、加固方法以及其极限承载力的计算方法依然缺乏相应的理论。采用TRC复合NSM
‑
CFRP加固钢筋混凝土梁在加固时能取的很好地加固效果，本专利提出了一种TRC复合NSM
‑
CFRP加固钢筋混凝土梁击鼓方法及极限承载力的计算方法，为工程设计及施工提供依据。

技术实现思路

[0003]针对以上不足，本专利技术提供一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁、加固方法及极限承载力的计算方法，能够解决现有的加固的钢筋混凝土梁的抗弯承载力依然不足，以及其相应加固方法及极限承载力的计算方法缺乏相应的理论的问题，为工程设计及施工提供依据。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术提供一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁，包括混凝土梁本体，所述混凝土梁本体的底部开设凹槽，所述凹槽内注胶并植入有CFRP筋，所述混凝土梁本体的底部铺设有TRC，所述TRC的基体为细粒混凝土。
[0006]优选的，TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁中，所述CFRP筋的直径为6～10mm，所述凹槽深度和宽度与CFRP筋直径的比值均为2～3倍，CFRP筋的长度与混凝土梁本体的长度相同；相邻两凹槽间净距为40～50mm，植筋胶的抗压强度为50～80MPa，抗拉强度为20～40MPa；TRC层数为1层以上，厚度为10～16mm。
[0007]本专利技术还提供一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁的加固方法，包括以下步骤：
[0008]S11、混凝土梁本体的底部开设凹槽；
[0009]S12、槽内植筋；
[0010]制备植筋胶，植筋前在凹槽内先填入1/2槽深的植筋胶；
[0011]将CFRP筋压入凹槽中，并保证CFRP筋居中，待CFRP筋材在槽内位置居中时，停止压
入，再向槽孔内填入植筋胶直至溢出槽孔；
[0012]用刮刀抹除多余的植筋胶并拉毛以增大其与细粒混凝土的粘结；
[0013]S13、TRC加固；
[0014]植筋完成后静置一定时间待植筋胶硬化后再在梁底面进行TRC加固；
[0015]对梁底部进行凿毛，凿至梁底面粗骨料外露；
[0016]在凿毛处均匀涂抹搅拌好一定厚度的细粒混凝土，接着在抹平的细粒混凝土上铺一层纤维编织网，将网抚平后再涂抹一定厚度的细粒混凝土；
[0017]把外表面抹至光滑平整；
[0018]养护。
[0019]本专利技术还提供一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁极限承载力的计算方法，包括以下步骤：
[0020]S21、对梁的受力做出基本假定；
[0021]S22、确定加固后的钢筋混凝土梁内CFRP筋及原有钢筋的位置、数量及直径以及TRC层数，确定构件几何尺寸；
[0022]S23、确定CFRP筋、钢筋、纤维编织网及混凝土的力学性能；
[0023]S24、通过最优配网率公式判断加固梁破坏模式；
[0024]S25、根据加固后的钢筋混凝土梁的计算简图利用变形协调方程和力的平衡方程求得混凝土受压区高度；
[0025]S26、利用力矩平衡原理计算加固后的混凝土梁的钢筋混凝土梁极限承载力。
[0026]优选的，所述步骤S21的基本假设包括：
[0027]平截面假定适用于复合梁；
[0028]开裂后不考虑混凝土基体的强度贡献；
[0029]CFRP筋及粘结剂与混凝土间、复合层和混凝土间完全粘结，无相对滑移；
[0030]复合纤维材的本构关系为复合纤维材的应力
‑
应变关系取直线式，其拉应力等于拉应变与弹性模量的乘积。
[0031]优选的，构件几何尺寸以及CFRP筋、钢筋、纤维编织网及混凝土的力学性能的基本参数包括：混凝土梁截面宽度b、混凝土梁截面高度h、开槽深度c、TRC层厚度t、截面有效高度h0、受拉钢筋配筋面积A
s
、CFRP筋配筋面积A
f
、纤维编织网碳纤维束面积A
t
、混凝土抗压强度设计值f
c
、混凝土弹性模量E
c
、屈服强度f
y
、屈服应变ε
s
、CFRP筋弹性模量E
s
、CFRP筋极限抗拉强度f
fu
、碳纤维束弹性模量E
t
、碳纤维束极限抗拉强度σ
tu
。
[0032]优选的，步骤S24中，通过适筋破坏时力的平衡方程，可得最优配网率公式：
[0033][0034]m＝
‑
24.79ρ
t
+0.7
[0035]式中，
[0036]ρ
ot
为最优配网率；
[0037]ρ
s
为钢筋配筋率；
[0038]ρ
f
为CFRP筋配筋率；
[0039]m为纤维编织网强度利用率；
[0040]ρ
t
为纤维编织网配网率；
[0041]α1为受压区混凝土等效矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值f
c
的比值；
[0042]β1为矩形应力图的受压区高度与平截面假定的中和轴高度x
c
的比值；
[0043]通过公式结合变形协调方程可求出最优配网率，当实际配网率小于最优配网率时，加固梁发生少筋破坏；当实际配网率等于最优配网率时，加固梁发生适筋破坏；当实际配网率大于最优配网率时，加固梁发生超筋破坏。
[0044]优选的，少筋破坏时中性轴高度x0的计算方法：
[0045][0046]当ε
c
≤ε0时：
[0047][0048]当ε0≤ε
c
≤ε
cu
时：
[0049]σ
c
＝f...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁，包括混凝土梁本体，其特征在于：所述混凝土梁本体的底部开设凹槽，所述凹槽内注胶并植入有CFRP筋，所述混凝土梁本体的底部铺设有TRC，所述TRC的基体为细粒混凝土。2.根据权利要求1所述的TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁，其特征在于：所述CFRP筋的直径为6～10mm，所述凹槽深度和宽度与CFRP筋直径的比值均为2～3倍，CFRP筋的长度与混凝土梁本体的长度相同；相邻两凹槽间净距为40～50mm，植筋胶的抗压强度为50～80MPa，抗拉强度为20～40MPa；TRC层数为1层以上，厚度为10～16mm。3.一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：S11、混凝土梁本体的底部开设凹槽；S12、槽内植筋；制备植筋胶，植筋前在凹槽内先填入1/2槽深的植筋胶；将CFRP筋压入凹槽中，并保证CFRP筋居中，待CFRP筋材在槽内位置居中时，停止压入，再向槽孔内填入植筋胶直至溢出槽孔；用刮刀抹除多余的植筋胶并拉毛以增大其与细粒混凝土的粘结；S13、TRC加固；植筋完成后静置一定时间待植筋胶硬化后再在梁底面进行TRC加固；对梁底部进行凿毛，凿至梁底面粗骨料外露；在凿毛处均匀涂抹搅拌好一定厚度的细粒混凝土，接着在抹平的细粒混凝土上铺一层纤维编织网，将网抚平后再涂抹一定厚度的细粒混凝土；把外表面抹至光滑平整；养护。4.一种TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁极限承载力的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S21、对梁的受力做出基本假定；S22、确定加固后的钢筋混凝土梁内CFRP筋及原有钢筋的位置、数量及直径以及TRC层数，确定构件几何尺寸；S23、确定CFRP筋、钢筋、纤维编织网及混凝土的力学性能；S24、通过最优配网率公式判断加固梁破坏模式；S25、根据加固后的钢筋混凝土梁的计算简图利用变形协调方程和力的平衡方程求得混凝土受压区高度；S26、利用力矩平衡原理计算加固后的混凝土梁的极限弯矩。5.根据权利要求4所述的TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁极限承载力的计算方法，其特征在于，所述步骤S21的基本假设包括：平截面假定适用于复合梁；开裂后不考虑混凝土基体的强度贡献；CFRP筋及粘结剂与混凝土间、复合层和混凝土间完全粘结，无相对滑移；复合纤维材的本构关系为复合纤维材的应力
‑
应变关系取直线式，其拉应力等于拉应变与弹性模量的乘积。
6.根据权利要求4所述的TRC复合CFRP加固钢筋混凝土梁极限承载力的计算方法，其特征在于，构件几何尺寸以及CFRP筋、钢筋、纤维编织网及混凝土的力学性能的基本参数包括：混凝土梁截面宽度b、混凝土梁截面高度h、开槽深度c、TRC层厚度t、截面有效高度h0、受拉钢筋配筋面积A
s
、CFRP筋配筋面积A
f
、纤维编织网碳纤维束面积A
t
、混凝土抗压强度f
c
、混凝土弹性模量E
c
、屈服强度f
y
、屈服应变ε
s
、CFRP筋弹性模量E
s
、CFRP筋极限抗拉强度f
fu
、碳纤维束弹性模量E
t
、碳纤维束极限抗拉强度σ
tu
。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗资清，宁杰钧，尹世平，刘子瑞，杨永华，郝天之，陈齐风，骆俊晖，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：