雙筋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、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)加固后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] -種雙筋加固置芯梁的正截面極限承載力的計(jì)算方法，其中所述雙筋作為加固材 料，包括第一 CFRP板和第二CFRP板，分別附貼在芯材的頂部和底部以加固芯材，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)的塑性發(fā)展的高度以及 所述芯材的橫截面的受壓區(qū)的高度；
[0011] (4)根據(jù)各材料破壞情形下受壓區(qū)的塑性發(fā)展的高度和受壓區(qū)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] 所述步驟(1)的基本假設(shè)包括：
[0013] (11)假設(shè)原梁外殼對(duì)加固置芯梁的貢獻(xiàn)為零；
[0014] (12)假設(shè)加固置芯梁的橫截面變形前后均保持平面；
[0015] (13)假設(shè)加固置芯梁受拉區(qū)開裂之前，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；
[0016] (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；
[0017] (15)假設(shè)CFRP板的本構(gòu)模型取線彈性模型。
[0018] 所述芯材為木材，包含木纖維;所述各材料破壞情形包括：
[0019] 受拉的芯材的木纖維拉斷引起的破壞；
[0020] 受壓的芯材的木纖維達(dá)到極限壓應(yīng)變引起的破壞；
[0021] 梁底部的第二CFRP板受拉引起的破壞；
[0022]梁頂部的第一 CFRP板受壓引起的破壞。
[0023]所述步驟(2)包括：
[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：
[0026] 其中：Siw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表示芯材的橫截面的高度；
[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；
[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：
[0036]其中： 表示芯材的木纖維的極限壓應(yīng)變；
[0037] γ ε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] 按下式計(jì)算梁底部的第二CFRP板材受拉破壞的情形下，芯材的橫截面的應(yīng)力應(yīng)變 關(guān)系：
[0040] 其中：ef表示CFRP板的壓拉應(yīng)變；
[0041 ] 表示CFRP板的極限拉應(yīng)變；
[0042] 表示CFRP板本構(gòu)模型中的極限拉應(yīng)力；
[0043] aEt表示梁底加固材料與芯材的彈性模量的比值；
[0044]按下式計(jì)算梁頂部的第一CFRP板受壓破壞的情形下，芯材的橫截面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān) 系：
[0046] 其中：表示CFRP板的壓應(yīng)變；
[0047] 表示CFRP板的極限壓應(yīng)變；
[0048] 表示CFRP板的極限壓應(yīng)力；
[0049] αΕ。表示梁頂加固材料與木材的彈性模量的比值。
[0050] 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：
[0051] 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，芯材的橫截面的受壓區(qū) 的塑性發(fā)展的高度：
[0052]
[0053] 其中：表示受壓加固材料的面積；
[0054] if表示受拉加固材料的面積；
[0055] b表示芯材的橫截面的寬度；
[0056] 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 面的受壓區(qū)的塑性發(fā)展的高度：
[0058]按下式計(jì)算梁底的第二CFRP板材受拉破壞的情形下，芯材的橫截面的受壓區(qū)的塑 性發(fā)展的高度：
[0060]按下式計(jì)算梁頂?shù)牡谝?CFRP板材受壓破壞的情形下，芯材的橫截面的受壓區(qū)的塑 性發(fā)展的高度：
[0062]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： 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)的高度X。。
[0063]所述步驟(4)包括：
[0064] 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：
[0065]
[0066]其中:M表示加固后的置芯梁的正截面受彎承載力；
[0067] X表示芯材的橫截面的高度坐標(biāo)；
[0068] Qw(X)表示芯材的橫截面的高度坐標(biāo)X處木纖維的應(yīng)力；
[0069] Cjf表示受拉加固材料的拉應(yīng)力；
[0070] Crf表示受壓加固材料的拉應(yīng)力；
[0071 ] Xcip取所述步驟(3)中對(duì)應(yīng)的材料破壞情形下的Xcip的值；
[0072 ] X。取所述步驟(3)中對(duì)應(yīng)的材料破壞情形下的X。的值。
[0073] 所述步驟(4)還包括：
[0074] 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正截面極限承載力。
[0075] 由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出了一種雙筋加固置芯梁的 正截面極限承載力的計(jì)算方法，為采用雙筋加固置芯梁的設(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。
【附圖說明】