一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法技术

本发明专利技术属于桥梁工程的技术领域，公开了一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，包括采集混凝土梁材料属性，并对其进行四点弯曲试验，获取试验梁荷载

【技术实现步骤摘要】
一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法


[0001]本专利技术涉及桥梁工程的
，尤其涉及一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法。

技术介绍

[0002]由于钢筋锈蚀而导致的混凝土结构存在耐久性不足的问题十分突出。FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀、电磁绝缘等优点，与混凝土共同工作性能良好，可以替代混凝土结构中的普通钢筋，从根本上解决由钢筋锈蚀引起的工程失效问题。然而由于FRP材料弹性模量偏低，应力
‑
应变关系为线弹性，不存在屈服状态，导致纯粹的FRP筋混凝土梁破坏呈脆性破坏特征以及在正常使用状态下产生过大的裂缝宽度和挠度，这些缺点都限制了其在土木工程领域的推广和应用。
[0003]采用FRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁，能够在发挥FRP筋耐腐蚀性能和抗拉性能的同时，充分利用普通钢筋抗压强度高、延性好的优点，这种混合配筋梁能够同时发挥两种材料的优点，延长构件的使用寿命。此外，相关学者研究了FRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁的受弯性能。根据试验结果可知，在相同荷载作用下，FRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁的挠度、平均裂缝间距和延性系数介于钢筋混凝土梁和纯FRP筋混凝土梁之间。除此之外，聚丙烯纤维成本低，而且对钢筋混凝土梁裂缝具有良好的阻裂效果。但目前针对GFRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁研究较多，对掺入聚丙烯纤维GFRP筋与钢筋混合配筋梁研究较少，现有理论不足以建立针对GFRP筋与钢筋混合配筋聚丙烯纤维混凝土梁抗弯设计的相应规范，缺乏一种快速、简便的计算GFRP筋与钢筋混合配筋聚丙烯纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术解决的技术问题是：现有技术中关于GFRP筋与钢筋混合配筋聚丙烯纤维混凝土梁抗弯承载力计算研究较少的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供了一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，包括：
[0009]采集混凝土梁材料属性，并对其进行四点弯曲试验，获取试验梁荷载
‑
位移曲线；
[0010]通过有限元软件建立混凝土梁有限元模型，获取模拟梁荷载
‑
位移曲线，并与试验梁荷载
‑
位移曲线进行对比分析；
[0011]利用有限元模型分析混凝土梁材料属性对混合配筋梁抗弯承载力的影响规律，提取梁发生破坏时GFRP筋应力和混凝土梁抗弯承载力。
[0012]作为本专利技术所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法的一种优选方案，其中：所述混合配筋纤维混凝土梁由HRB400钢筋作为上层钢筋、GFRP筋作为下层钢筋，混凝土中加入聚丙烯纤维构成。
[0013]作为本专利技术所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法的一种优选方案，其中：所述混凝土梁材料属性，包括GFRP筋面积，钢筋面积、等效配筋率、GFRP筋弹性模量以及混凝土强度。
[0014]作为本专利技术所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法的一种优选方案，其中：对所述有限元模型输入所述混凝土梁材料属性进行四点弯曲试验数值模拟分析，得到模拟梁荷载
‑
位移曲线。
[0015]作为本专利技术所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法的一种优选方案，其中：对比所述试验梁荷载
‑
位移曲线与所述模拟梁荷载
‑
位移曲线，当两者误差小于5％时，说明所述有限元模型建模可以用于材料属性分析。
[0016]作为本专利技术所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法的一种优选方案，其中：将有限元分析结果GFRP筋应力分别与等效配筋率、混凝土抗压强度以及GFRP筋弹性模量进行线性拟合分析，得到GFRP筋应力拟合计算公式，表示为：
[0017]f
f
＝(0.00351E
f
+177.5)(0.016f
c
′
+0.037)(
‑
96.95ρ
eff
+3.07)
[0018]其中，f
f
为GFRP筋应力，f
c
′
为混凝土圆柱体抗压强度，ρ
eff
为等效配筋率，ρ
s
为钢筋配筋率，ρ
f
为GFRP筋配筋率，E
f
为GFRP筋弹性模量，E
s
为钢筋弹性模量。
[0019]作为本专利技术所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法的一种优选方案，其中：基于平截面假定，利用应变协调、等效矩形应力图形与截面内力平衡得到混凝土梁抗弯承载力计算公式，表示为：
[0020][0021]其中，M
u
为承载力，A
f
为GFRP筋面积，A
s
为HRB400钢筋面积，f
y
为破坏时钢筋屈服应力，h0为混合配筋梁截面有效高度，ε
cu
为混凝土极限压应变0.0033，β1为不同混凝土强度等级对应的计算系数，按照GB50010
‑
2010取值。
[0022]第二方面，本专利技术实施例提供了一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算系统，包括：
[0023]试验模块，用于采集混凝土梁材料属性，并对其进行四点弯曲试验，获取试验梁荷载
‑
位移曲线；
[0024]模拟模块，用于通过有限元软件建立混凝土梁有限元模型，获取模拟梁荷载
‑
位移曲线，并与试验梁荷载
‑
位移曲线进行对比分析；
[0025]计算模块，用于利用有限元模型分析混凝土梁材料属性对混合配筋梁抗弯承载力的影响规律，提取梁发生破坏时GFRP筋应力和混凝土梁抗弯承载力。
[0026]第三方面，本专利技术实施例提供了一种计算设备，包括：
[0027]存储器和处理器；
[0028]所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本专利技术任一实施例所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法。
[0029]第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法。
[0030]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，四点弯曲试验和ABAQUS有限元软件分析结果，可以得到GFRP筋与钢筋混合配筋聚丙烯纤维混凝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于，包括：采集混凝土梁材料属性，并对其进行四点弯曲试验，获取试验梁荷载
‑
位移曲线；通过有限元软件建立混凝土梁有限元模型，获取模拟梁荷载
‑
位移曲线，并与试验梁荷载
‑
位移曲线进行对比分析；利用有限元模型分析混凝土梁材料属性对混合配筋梁抗弯承载力的影响规律，提取梁发生破坏时GFRP筋应力和混凝土梁抗弯承载力。2.如权利要求1所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于：所述混合配筋纤维混凝土梁由HRB400钢筋作为上层钢筋、GFRP筋作为下层钢筋，混凝土中加入聚丙烯纤维构成。3.如权利要求2所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于：所述混凝土梁材料属性，包括GFRP筋面积，钢筋面积、等效配筋率、GFRP筋弹性模量以及混凝土强度。4.如权利要求1所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于：对所述有限元模型输入所述混凝土梁材料属性进行四点弯曲试验数值模拟分析，得到模拟梁荷载
‑
位移曲线。5.如权利要求4所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于：对比所述试验梁荷载
‑
位移曲线与所述模拟梁荷载
‑
位移曲线，当两者误差小于5％时，说明所述有限元模型建模可以用于材料属性分析。6.如权利要求5所述的混合配筋纤维混凝土梁抗弯承载力计算方法，其特征在于：将有限元分析结果GFRP筋应力分别与等效配筋率、混凝土抗压强度以及GFRP筋弹性模量进行线性拟合分析，得到GFRP筋应力拟合计算公式，表示为：f
f
＝(0.00351E
f
+177.5)(0.016f
c
′
+0.037)(
‑
96.95ρ
eff
+3.07)其中，f
f
为GFRP筋应力，f
c
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏丙岩，何雄君，范诚，王华逸，张思天，周明，何振建，肖一楚，付胤达，刘首颐，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：