[發明專利]一種基于構件預警絲理論的FRP抗彎加固設計方法

有效

• 申請號: 201911154564.X
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110866302B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 郭蓉;張澤琛;趙少偉;王明浩;彭志會;杜力峰;田英林
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種基于構件預警絲理論的FRP抗彎加固設計方法，該方法在待加固構件的外表面貼FRP板作為加固材料，將加固材料分成預警部分和承載部分，兩部分材質相同，預警部分的FRP板認為是預警絲，預警部分所施加的預應力大于承載部分所施加的預應力，且預警部分的面積小于承載部分的面積，預警部分的設置能夠使構件在破壞前有一個明顯的預警；所述設計方法的具體步驟是：

第一步、確定待加固構件的本身屬性參數，并通過對待加固構件的分析確定破壞模式；根據所選用的加固材料種類確定材料的承載能力安全儲備指標K_F和承載力基本安全儲備K₀；

第二步、確定FRP板承載部分：計算出承載部分的加固面積、選定配纖率，獲得承載部分所應施加的預應力；

預應力FRP板加固構件的破壞形式有三種，分別為：

第一種破壞模式：鋼筋屈服，混凝土未被壓碎，FRP板被拉斷；

第一種破壞模式的承載部分FRP板的加固面積A_f為：

其中，γ_r為加固后構件相對于未加固前待加固構件的承載力提高系數，加固前待加固構件的極限承載力A_s為受拉鋼筋的面積，f_y為受拉鋼筋的屈服強度，E_f為FRP板的彈性模量，h₀為加固前混凝土構件的截面有效高度，ξ₁為加固構件的混凝土相對受壓區高度，ε_f，u為FRP板的極限拉應變，h為加固前混凝土構件的高度，a_s為受拉下部鋼筋到混凝土下表面距離；

配纖率ρ滿足：ρ＜ρ_f1；

ρ_f1為鋼筋屈服后，受壓區邊緣混凝土應變ε_c達到極限壓應變ε_cu的同時FRP板拉應變達到極限拉應變ε_f，u的界限配纖率；

第二種破壞模式：鋼筋屈服，混凝土被壓碎，FRP板未被拉斷；

第二種破壞模式的承載部分FRP板的加固面積A_f為：

其中，f′_y為受壓鋼筋的屈服強度，A′_s為受壓鋼筋的面積，為未加固構件混凝土的屈服點荷載，x₁為中和軸高度，A_s為受拉鋼筋面積，ε_f為FRP板的拉應變；

配纖率ρ滿足：ρ_f1＜ρ＜ρ_f2，

ρ_f2為當鋼筋屈服的同時受壓區邊緣混凝土應變ε_c達到極限壓應變ε_cu，但FRP板拉應變未達到極限拉應變ε_f，u的界限配纖率；

第三種破壞模式：鋼筋未屈服，FRP板未被拉斷而混凝土被壓碎；

第三種破壞模式的承載部分FRP板的加固面積A_f為：

其中，f_c為混凝土受壓強度設計值，b為構件截面寬度；

配纖率ρ滿足：ρ＞ρ_f2，

第三步、確定預警部分：

a)設定等效承載力安全儲備指標K_eq滿足：K_eq≥2.1；

b)加固后混凝土構件從預警狀態到承載力極限狀態時，承載力附加安全儲備為承載部分的極限承載力M_ur與預警承載力M_w之差：

M_ur-M_w＝(1-K₀/K_F)M_ur (4)

式中：K_F為承載能力安全儲備指標，K₀為承載力基本安全儲備；

預警部分預警絲施加初始預應力后的應變ε_i，w為：

ε_i，w＝ε_f，u-(ε_f，w-ε_i) (5)

則預警絲所應施加的預應力P_i，w為：

P_i，w＝ε_i，wE_f (6)

其中，ε_f，u為FRP板的極限拉應變，ε_f，w為預警狀態時承載部分FRP板的應變，ε_i為承載部分FRP板的初始應變。

2.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，預警部分采用彩色長絲狀形式構成預警絲。