[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

说明书

本发明为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。该方法能够在不影响加固构件正常使用状态下，可提前发出预警信号，对加固结构使用期间进行实时监测，在预警部分构件达到其抗拉强度极限点时预警丝发生断裂，发出预警信号，避免加固结构发生脆性破坏，为加固结构在使用期间延性不足发生脆性破坏提供了新的解决方案。

技术领域

本发明涉及一种基于构件预警丝理论的FRP抗弯加固设计方法。

背景技术

目前我国现存的各种建筑物的总面积至少在100亿平方米以上，其中很多结构都亟待进行加固维修：例如，大量建国初期建造的工业与民用建筑，存在超期服役的建筑物的各种安全隐患等等；并且随着国家相关规范标准的更新，许多现有的构筑物的功能指标已不能满足新规范的要求；按新标准建造的构筑物在长期使用过程中，也出现承载力劣化的现象。

目前有多种针对混凝土结构的加固方法，其中纤维增强复合材料FRP加固法为一种新兴的加固方法，经FRP加固后构件的承载力、刚度、抗疲劳性能等均得到了明显的提高，但通过粘贴普通的无预应力FRP材料加固存在材料强度利用率低、加固后构件的正常使用状态性能改善小、延性指标明显降低的现象，加固构件破坏形式发生改变，主要为混凝土压碎破坏以及FRP被拉断等形式，破坏前没有明显征兆，破坏突然发生，不安全，使得预应力FRP加固在推广应用上受到了限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出了一种基于构件预警丝理论的FRP抗弯加固设计方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供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，且预警部分的面积远小于承载部分的面积，在计算时忽略预警部分对承载力的影响，预警部分的设置能够使构件在破坏前有一个明显的预警。

这里的预警部分采用彩色长丝状形式构成预警丝，预警信号为预警丝发生明显断裂。

上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主要有三种，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；