[发明专利]一种基于构件预警丝理论的FRP抗弯加固设计方法

权利要求书

1.一种基于构件预警丝理论的FRP抗弯加固设计方法，该方法在待加固构件的外表面贴FRP板作为加固材料，将加固材料分成预警部分和承载部分，两部分材质相同，预警部分的FRP板认为是预警丝，预警部分所施加的预应力大于承载部分所施加的预应力，且预警部分的面积小于承载部分的面积，预警部分的设置能够使构件在破坏前有一个明显的预警；所述设计方法的具体步骤是：

第一步、确定待加固构件的本身属性参数，并通过对待加固构件的分析确定破坏模式；根据所选用的加固材料种类确定材料的承载能力安全储备指标K_F和承载力基本安全储备K₀；

第二步、确定FRP板承载部分：计算出承载部分的加固面积、选定配纤率，获得承载部分所应施加的预应力；

预应力FRP板加固构件的破坏形式有三种，分别为：

第一种破坏模式：钢筋屈服，混凝土未被压碎，FRP板被拉断；

第一种破坏模式的承载部分FRP板的加固面积A_f为：

其中，γ_r为加固后构件相对于未加固前待加固构件的承载力提高系数，加固前待加固构件的极限承载力A_s为受拉钢筋的面积，f_y为受拉钢筋的屈服强度，E_f为FRP板的弹性模量，h₀为加固前混凝土构件的截面有效高度，ξ₁为加固构件的混凝土相对受压区高度，ε_f，u为FRP板的极限拉应变，h为加固前混凝土构件的高度，a_s为受拉下部钢筋到混凝土下表面距离；

配纤率ρ满足：ρ＜ρ_f1；

ρ_f1为钢筋屈服后，受压区边缘混凝土应变ε_c达到极限压应变ε_cu的同时FRP板拉应变达到极限拉应变ε_f，u的界限配纤率；

第二种破坏模式：钢筋屈服，混凝土被压碎，FRP板未被拉断；

第二种破坏模式的承载部分FRP板的加固面积A_f为：

其中，f′_y为受压钢筋的屈服强度，A′_s为受压钢筋的面积，为未加固构件混凝土的屈服点荷载，x₁为中和轴高度，A_s为受拉钢筋面积，ε_f为FRP板的拉应变；

配纤率ρ满足：ρ_f1＜ρ＜ρ_f2，

ρ_f2为当钢筋屈服的同时受压区边缘混凝土应变ε_c达到极限压应变ε_cu，但FRP板拉应变未达到极限拉应变ε_f，u的界限配纤率；

第三种破坏模式：钢筋未屈服，FRP板未被拉断而混凝土被压碎；

第三种破坏模式的承载部分FRP板的加固面积A_f为：

其中，f_c为混凝土受压强度设计值，b为构件截面宽度；

配纤率ρ满足：ρ＞ρ_f2，

第三步、确定预警部分：

a)设定等效承载力安全储备指标K_eq满足：K_eq≥2.1；

b)加固后混凝土构件从预警状态到承载力极限状态时，承载力附加安全储备为承载部分的极限承载力M_ur与预警承载力M_w之差：

M_ur-M_w＝(1-K₀/K_F)M_ur (4)

式中：K_F为承载能力安全储备指标，K₀为承载力基本安全储备；

预警部分预警丝施加初始预应力后的应变ε_i，w为：

ε_i，w＝ε_f，u-(ε_f，w-ε_i) (5)

则预警丝所应施加的预应力P_i，w为：

P_i，w＝ε_i，wE_f (6)

其中，ε_f，u为FRP板的极限拉应变，ε_f，w为预警状态时承载部分FRP板的应变，ε_i为承载部分FRP板的初始应变。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，预警部分采用彩色长丝状形式构成预警丝。