[发明专利]一种FRP筋混凝土板冲切承载力的简化计算方法

说明书

本发明提供一种FPR筋混凝土板冲切承载力的简化计算方法，涉及土木工程技术领域，首先采用屈服线理论及虚功原理推导得出方板和方柱等效转换公式；其次通过试验研究对FRP筋混凝土板半径‑曲率的关系进行变形假设；然后采用有限条带法分析了FRP筋混凝土板的弯矩‑曲率关系；最后建立FRP筋混凝土板力学平衡方程，并在此基础上将每个变量进行积分得到荷载‑转角需求曲线，结合临界剪切裂缝理论能力曲线得到FRP筋混凝土板冲切承载力和临界转角。本发明可精确地模拟出FRP筋混凝土板冲切承载力和临界转角，大大减少了计算量，计算效率得以提高。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种FRP筋混凝土板冲切承载力的简化计算方法。

背景技术

钢筋锈蚀是影响传统钢筋混凝土结构耐久性的主要因素之一。为了控制钢筋锈蚀，国内外学术界与工程界提出了大量的解决方法，例如使用不锈钢、增加混凝土的抗渗性、增加结构保护层厚度、使用防水混凝土、钢筋外部涂刷防锈剂等。然而，这些方法并不能彻底解决钢筋锈蚀问题。近30年来，由于纤维增强复合材料(FRP)具有良好的抗腐蚀、质量轻、强度大等优点，有望成为一种替换钢筋的新型材料，从而在根本上解决传统钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀问题。

目前，关于FRP筋混凝土板冲切承载力计算模型大部分是在钢筋混凝土板冲切承载力计算模型的基础上进行修正的经验模型或者半经验模型。然而，由于FRP筋和钢筋在本身力学性能以及和混凝土之间粘结性能存在差异，使得钢筋混凝土板的冲切承载力计算模型不能平行移植于FRP筋混凝土板承载力计算。以外，另一条主要的分析途径是有限元方法，但对于FRP筋混凝土板的复合结构，有限元模型虽然计算结果精度较高，但其计算量往往较大，无法快速、方便得到计算结果，同时计算过程还面临非线性迭代不收敛的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种FRP筋混凝土板冲切承载力的简化计算方法，解决现有技术中钢筋混凝土板的冲切承载力计算模型不能平行移植于FRP筋混凝土板承载力计算；有限元模型计算量较大，无法快速、方便得到计算结果，同时计算过程还存在非线性迭代不收敛的问题。

本发明提供一种FRP筋混凝土板冲切承载力的简化计算方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1.结合临界剪切裂缝理论，通过试验数据回归分析构建FRP筋混凝土板冲切承载力-转角能力关系式：

其中，V_R为冲切强度；b₀为临界截面周长，b₀取距离板边界0.5d处的板截面周长； d为板的有效高度；d_g为最大骨料粒径；f′_c为混凝土抗压强度；ψ为板的转角；

步骤 2.根据屈服线理论和虚功原理，推导方板和方柱与圆板和圆柱之间的转化公式：

r_c.eq＝2b/π (3)

其中，B为方板长度，b为方柱长度，r_s.eq为等效圆板半径，r_c.eq为等效圆柱半径；

步骤 3.对FRP筋混凝土板半径-曲率的关系进行变形假设；

步骤4.根据有限条带法的基本假设，结合材料的本构模型、截面的静力平衡和变形协调构建FRP筋混凝土板截面弯矩-曲率关系式；

步骤4.1.混凝土单轴受压应力-应变关系采用的是分段模型，其表达式为：

步骤4.2.混凝土拉伸应力-应变关系采用拉伸刚化效应本构模型，其表达式为：

F_t＝124-0.05λ (6)