植筋法加固置芯梁的正截面極限承載力的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于梁加固技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種極限承載力的計(jì)算方法，尤其是加固置芯 梁的極限承載力的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國(guó)古代建筑絕大多數(shù)隸屬于木結(jié)構(gòu)建筑，這些古建筑由于長(zhǎng)期受日曬雨淋，白 蟻駐蝕侵害，構(gòu)件表面腐蝕老化，建筑的安全性在逐年降低。目前對(duì)古建筑木構(gòu)件的加固修 復(fù)一般都是采用更換整梁，或是對(duì)孔洞、裂縫進(jìn)行灌漿填充。這些方法在一定程度上提高了 古建筑的安全性；其不足之處在于更換梁柱前需要對(duì)建筑的梁柱進(jìn)行卸載，存在安全隱患， 且施工速度慢，造價(jià)高。另外更換過(guò)后構(gòu)件的外觀與原有部分存在明顯差異，違背了具有文 物價(jià)值古建筑"修舊如舊"的原則。
[0003] 木結(jié)構(gòu)建筑中梁、枋構(gòu)件的腐蝕主要發(fā)生在構(gòu)件的兩端和上部位置，而靠近天井 和門(mén)、廊處的梁構(gòu)件普遍比建筑內(nèi)部的梁構(gòu)件破壞的更為嚴(yán)重，尤其是一些祠堂、府衙、廟 宇等徽派建筑，年久失修，檐口位置多會(huì)存在漏雨、漏水等現(xiàn)象，導(dǎo)致梁構(gòu)件外表完好，但髓 心部分已腐爛的情況下的一種特殊破壞形態(tài)，而且這種現(xiàn)象也是較為普遍的。
[0004] 對(duì)于木梁加固修復(fù)的方法技術(shù)，國(guó)內(nèi)外都有大量的理論和試驗(yàn)分析，但基本上都 是在原梁構(gòu)件的表面直接粘貼鋼、布材和嵌肋等加固方式，采用的是以提高被破壞試件的 承載力或剛度為主要目標(biāo)的加固技術(shù)，而且加固處理的方式是單向的、不可逆、不可二次加 固的，并且對(duì)木梁的外觀影響較大。尤其重要的是，對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)建筑物外觀且能夠二 次加固的加固技術(shù)，如何對(duì)其結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)理論進(jìn)行系統(tǒng)的研究，當(dāng)前也沒(méi)有形成指導(dǎo)工 程應(yīng)用的理論依據(jù)和分析設(shè)計(jì)方法，更沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范規(guī)程可依照。尤其在計(jì)算加固梁的 極限承載力時(shí)，通常只考慮彈性發(fā)展的極限承載力，而未考慮塑性發(fā)展的極限承載力，不能 較為客觀地反應(yīng)加固梁的性能，不能為工程應(yīng)用提供合理的理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)采用能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)建筑物外觀且能夠二次加固的 加固技術(shù)加固的梁的正截面極限承載力進(jìn)行計(jì)算的方法。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0007] -種植筋法加固置芯梁的正截面極限承載力的計(jì)算方法，其中所述筋作為加固材 料，植入芯材的底部以加固芯材，所述芯材再設(shè)置在梁的外殼的受拉區(qū)內(nèi)以加固所述梁；所 述方法包括以下步驟：
[0008] (1)對(duì)加固過(guò)程做基本假設(shè)；
[0009] (2)計(jì)算所述加固置芯梁中各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān) 系；
[0010] (3)計(jì)算各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的受壓區(qū)的高度以及所述芯材的 橫截面的受壓區(qū)的塑性發(fā)展的高度；
[0011] (4)根據(jù)各材料破壞情形下所述芯材的橫截面的受壓區(qū)的高度和受壓區(qū)的塑性發(fā) 展的高度，計(jì)算對(duì)應(yīng)的各材料破壞情形下加固置芯梁的正截面受彎承載力，得到加固置芯 梁的考慮塑性發(fā)展的正截面極限承載力。
[0012] 所述筋為CFRP筋或者鋼筋。
[0013] 所述步驟⑴的基本假設(shè)包括：
[0014] (11)假設(shè)梁的外殼對(duì)加固置芯梁的貢獻(xiàn)為零；
[0015] (12)假設(shè)置芯梁的橫截面變形前后均保持平面；
[0016] (13)假設(shè)置芯梁受拉區(qū)開(kāi)裂之前，加固材料和芯材之間協(xié)調(diào)變形，不出現(xiàn)粘結(jié)滑 移現(xiàn)象；
[0017] (14)假設(shè)芯材的受壓本構(gòu)模型取理想彈塑性模型，受拉本構(gòu)模型取線彈性模型；
[0018] (15)當(dāng)所述筋為CFRP筋時(shí)，假設(shè)CFRP筋的本構(gòu)模型取線彈性模型；當(dāng)所述筋為 鋼筋時(shí)，假設(shè)鋼筋的本構(gòu)模型選理想彈塑性模型。
[0019] 所述芯材為木材，包含木纖維；所述各材料破壞情形包括：
[0020] 受拉的芯材的木纖維拉斷引起的破壞；
[0021] 受壓的芯材的木纖維達(dá)到極限應(yīng)變引起的破壞；
[0022] 當(dāng)所述筋為CFRP筋時(shí)，CFRP筋達(dá)到極限強(qiáng)度引起的破壞；當(dāng)所述筋為鋼筋時(shí)，鋼 筋屈服、芯材的木纖維拉斷開(kāi)裂引起的破壞。
[0023] 所述步驟⑵包括：
[0026] 其中：表不芯材的木纖維的極限拉應(yīng)變；[0027] <；表示芯材的木纖維的屈服壓應(yīng)變；[0028] h。表示筋的受力幾何中心到芯材的受壓邊緣的距離；[0029] X。表示芯材的橫截面的受壓區(qū)的高度；[0030] 1@表示芯材的橫截面的受壓區(qū)的塑性區(qū)發(fā)展的高度；[0031] 表示考慮強(qiáng)度折減的情況下芯材的木纖維的極限拉應(yīng)力；
[0024] 按下式計(jì)算受拉的芯材的木纖維拉斷引起破壞的情形下，芯材的橫截面的應(yīng)力應(yīng) 變關(guān)系·
[0025]
[0032] 表示不考慮強(qiáng)度折減的情況下芯材的木纖維的屈服壓應(yīng)力；
[0033] R。表示芯材的木纖維的最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力的比值；
[0034] 按下式計(jì)算受壓的芯材的木纖維達(dá)到極限壓應(yīng)變引起破壞的情形下，芯材的橫截 面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：
[0035]
[0036] 其中：表示芯材的木纖維的極限壓應(yīng)變；
[0037] γ E表示芯材的木纖維的極限塑性應(yīng)變與彈性應(yīng)變的比值；
[0038] 當(dāng)所述筋為CFRP筋時(shí)，按下式計(jì)算CFRP筋達(dá)到極限強(qiáng)度引起破壞的情形下，芯材 的橫截面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：
[0039]
[0040] 其中： <表示CFRP筋本構(gòu)模型中的極限拉應(yīng)變；
[0041] σ【表示CFRP筋本構(gòu)模型中的極限拉應(yīng)力；
[0042] αE表示CFRP筋的彈性模量與芯材的彈性模量的比值；
[0043] 當(dāng)所述筋為鋼筋時(shí)，按下式計(jì)算鋼筋屈服、芯材的木纖維拉斷開(kāi)裂引起破壞的情 形下，芯材的橫截面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：
[0044]
[0045] 所述步驟（3)中計(jì)算各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的受壓區(qū)的高度包 括：按照下式計(jì)算受拉的芯材的木纖維拉斷引起破壞的情形下，受壓的芯材的木纖維達(dá)到 極限壓應(yīng)變引起破壞的情形下，當(dāng)所述筋為CFRP筋時(shí)的CFRP筋達(dá)到極限強(qiáng)度引起破壞的 情形下，當(dāng)所述筋為鋼筋時(shí)的鋼筋屈服、芯材的木纖維拉斷開(kāi)裂引起破壞的情形下，芯材的 橫截面的受壓區(qū)的高度X。：
[0046]
[0047] 其中$表示各材料或組分的內(nèi)力；
[0048] h表示芯材的橫截面的高度；
[0049] 〇 "〇〇表示芯材的橫截面的受壓區(qū)的高度X。處木纖維的應(yīng)力；
[0050] b(xc)表示芯材的橫截面的受壓區(qū)的高度\處的截面寬度；
[0051] (jf表示受拉加固材料的拉應(yīng)力；
[0052] AF表示受拉加固材料的面積。
[0053] 所述步驟（3)中計(jì)算各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的受壓區(qū)的塑性發(fā)展 的高度包括：結(jié)合步驟（2)中計(jì)算的各材料破壞情形下芯材的橫截面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，計(jì) 算對(duì)應(yīng)的各材料破壞情形下芯材的橫截面的受壓區(qū)的塑性發(fā)展的高度\p。
[0054] 所述步驟⑷包括：
[0055] 按下式計(jì)算各材料破壞情形下加固置芯梁的正截面受彎承載力：
[0056]
[0057] 其中：Μ表示加固后的置芯梁的正截面受彎承載力；
[0058] b表不芯材的橫截面的寬度；
[0059]X。分別按照步驟（3)中對(duì)應(yīng)的破壞情形下的X。取值計(jì)算；
[0060] 分別按照步驟（3)中對(duì)應(yīng)的破壞情形下的Xα取值計(jì)算。
[0061] 所述步驟（4)還包括：在所求得的各材料破壞情形下加固置芯梁的正截面受彎承 載力中，取最小的值作為所述加固置芯梁的考慮塑性發(fā)展的正截面極限承載力。
[0062] 由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種植筋法加固置芯梁 的正截面極限承載力的計(jì)算方法，為采用植筋法加固置芯梁的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)，保證 了采用這種方式加固的置芯梁能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而有效地保護(hù)建筑物外觀的完好，強(qiáng) 度達(dá)到要求且能夠二次加固。
【附圖說(shuō)明】
[0063]圖la是本發(fā)明實(shí)施例中采用植筋方式加固后的芯材的示意圖；
[0064] 圖lb是本發(fā)明實(shí)施例中原梁外殼的示意圖；
[006