FRP布加固更换榫头梁榫头区承载力计算方法技术

一种FRP布加固更换榫头梁榫头区承载力计算方法，其特征在于，基于桁架模型，该模型主要由下弦拉杆、上弦压杆、斜压杆和竖直拉杆组成，应用于FRP布加固更换榫头梁榫头区的承载力计算。步骤一：由式(4)计算下弦拉杆承载力P(剪力)，作为榫头区的预估承载力。步骤二：由式(5)计算上弦压杆内力F1，并验算式(7)是否满足，若满足则榫头区的承载力P不变；若不满足则将式(7)取等号计算F1，并由式(5)反算出更新的预估承载力P。等。本发明专利技术方法可用于FRP布加固更换榫头梁榫头区的承载力计算，使用较为方便，能夠较好地指导工程实践。

【技术实现步骤摘要】
FRP布加固更换榫头梁榫头区承载力计算方法
本专利技术涉及土木工程领域。
技术介绍
木梁端部榫头的受力较为复杂，其破损也较为严重，如图1所示。对于梁端部糟朽的构件，为了尽可能地保存原有构件的艺术价值，往往采用更换榫头的加固方式。由于更换的新榫头与原木梁之间难以很好地协同工作，需要对榫接区进行加固。传统的加固方法一般采用螺栓和钢板加固，但加固用的铁件易遭到腐蚀，加固承载力也不高。随着FRP材料在加固领域的应用，采用FRP材料加固的新型加固方法应用于更换榫头梁加固，取得了较为良好的加固效果，FRP布加固更换榫头梁的加固方式见图2。古典桁架模型最早由德国的Ritter于1899年提出，认为开裂后的混凝土梁的抗剪可视为平面桁架，桁架的上弦压杆为受压区混凝土，下弦拉杆为受拉纵筋，箍筋视为桁架受拉腹杆，斜裂缝间的受压混凝土视为受压腹杆，腹杆与水平方向的夹角为45°。1995年，刘立新提出了桁架-拱模型，如图3。该模型的曲线形压杆既起桁架上弦压杆的作用又起拱腹的作用，还可以与受拉钢筋一起平衡荷载产生的弯矩，并起到将斜向压力直接传递到支座的作用。
技术实现思路
目前仍未有纤维布加固更换榫头梁的承载力计算方法，本专利技术基于试验研究成果和钢筋混凝土梁的桁架模型提出了FRP布加固更换榫头梁榫头区的承载力计算方法，可用于指导工程实际。本专利技术给出的技术方案：一种FRP布加固更换榫头梁榫头区承载力计算方法，其特征在于，基于桁架模型，该模型主要由下弦拉杆、上弦压杆、斜压杆和竖直拉杆组成，应用于FRP布加固更换榫头梁榫头区的承载力计算。具体包括如下步骤：步骤一：由式(4)计算下弦拉杆承载力P(剪力)，作为榫头区的预估承载力。步骤二：由式(5)计算上弦压杆内力F1，并验算式(7)是否满足，若满足则榫头区的承载力P不变；若不满足则将式(7)取等号计算F1，并由式(5)反算出更新的预估承载力P。步骤三：由式(8)和(9)计算斜压杆内力F2x和F2y，并验算式(10)～(13)是否全部满足，若满足则步骤二中获得的更新预估承载力不变；若不满足则将式(10)～(13)取等号计算F2x或F2y，并由式(8)或式(9)反算出再一次更新的承载力P。以上技术方案，由于榫头区一般发生的是拉杆破坏，故采用先由拉杆破坏确定承载力P，再由确定好的承载力P去验算其他破坏模式的方式。由于竖向拉杆在受力过程中不会发生破坏，因此在承载力计算中不予以考虑，而是作为保证FRP布粘接性能的构造措施。本专利技术方法可用于FRP布加固更换榫头梁榫头区的承载力计算，使用较为方便，能夠较好地指导工程实践。附图说明图1木梁段部糟朽图2更换榫头梁加固示意图图3刘立新提出的桁架-拱模型图4榫头区桁架模型图5木梁榫头区桁架模型计算简图图6下弦拉杆计算简图图7接榫区上弦压杆面积示意图图8斜压杆计算简图具体实施方式以下结合附图对本专利技术技术方案做详细说明一、榫头区承载力计算由于更换榫头梁接榫区域受力复杂，参考钢筋混凝土结构抗剪计算中的桁架模型，提出的更换榫头梁桁架模型示意图如图4所示。木梁榫头区的承载力计算，则基于桁架模型，考虑各种不同的连接方式提出，如图5。由于木梁榫头区破坏时多为拉杆破坏，因此可根据不同的加固形式分别计算拉杆所能承受的内力，反推出木梁榫头区破坏的极限承载力，并验算上弦压杆和斜压杆的承载力是否满足。二、下弦拉杆承载力计算粘贴CFRP布加固木梁榫头区拉杆的计算简图如图6所示。下弦拉杆的拉力为CFRP布与木材的粘结力。拉力T由两部分组成，梁底的CFRP布与木材的粘结力T1；梁侧CFRP布与木材的粘结力T2。考虑到梁底CFRP布的粘结应力有一部分是由下部榫头木材部分传递到1-1截面，且CFRP布端部粘结易失效，故偏安全地认为T1的内力臂长度亦为h0。由于梁侧的粘结力和梁底的粘结力不可能同时达到最大值，根据分析，梁侧CFRP布与木材的粘结力应乘以0.8的折减系数。拉杆有CFRP布与木材的粘结破坏和CFRP布断裂两种破坏模式，因此拉力T可由下式计算：T1＝min[τ2(a+a1)b,ftubt1](1)T2＝min[2τ2(a+a1)b1,2ftub1t2](2)T＝T1+0.8T2(3)式中：b——梁底面宽度，mm；b1——梁侧粘贴的CFRP布宽度，mm；a——木梁接榫榫头长度，mm；a1——接缝一侧FRP布长度减去榫头长度，mm；ftu——碳纤维布极限抗拉强度，MPa；t1、t2——分别为梁底和梁侧粘贴的碳纤维布厚度，mm。承载力P可按下式计算：式中：l0——接缝到支座的距离，mm。三、上弦压杆承载力验算上弦压杆在外荷载作用下的内力F1计算公式如下：上弦压杆的承载力可由下式验算：式中：F1——上弦压杆在外荷载作用下所受的内力，kN；M——外荷载作用下榫头区承受的弯矩，M＝Pl0，kN·m；P——外荷载作用下榫头区承受的剪力，kN；h0——榫头区拉杆与压杆之间的距离，mm；α——斜压杆与水平方向的夹角，°；a——木梁接榫榫头长度，mm；——木材抗压强度，MPa；Sc——接榫区上弦压杆面积，如图7，mm2。四、斜压杆承载力验算斜压杆的计算简图如图8所示。斜压杆的水平分力由接触面之间的摩擦力F2x1和中间榫头端部压力F2x2组成，根据分析，可近似认为F2x1＝F2x2＝0.5F2x。斜压杆内力的计算如下：F2y＝P(9)为了保证斜压力的传递，防止上部榫头和中间榫头折断，需验算A(木梁接榫榫头受拉边缘)、B(木梁接榫榫头受压边缘)、C(上弦压杆受压边缘)、D(上弦压杆受拉边缘)四点的应力：式中：F2x——斜压杆内力的水平分量，kN；F2y——斜压杆内力的竖直分量，kN；SAB——AB截面面积，mm2；SCD——CD截面面积，mm2；WAB——AB截面抗弯模量，mm3；WCD——CD截面抗弯模量，mm3；——木材抗拉强度，MPa。b2——木梁接榫榫头高度，mm；b3——木梁接榫上部受压区高度，mm；五、竖向拉杆竖向拉杆由竖向粘贴的碳纤维环箍组成，主要用于防止上下部分的榫头在根部产生水平纵向裂缝，发生劈裂破坏，以及保证榫头区协同工作。根据试验研究表明，在榫头未发生破坏时，碳纤维环箍应变一般均为受压，仅发生榫头破坏的试件的环箍应变受拉。通过有限元分析表明，榫头接缝两侧的碳纤维环箍应力最大。而且，作为竖向拉杆的碳纤维环箍抗拉强度很高，在受力过程中不会发生破坏。因此，在承载力计算中不考虑竖向拉杆，而是将碳纤维环箍视为防止榫头劈裂破坏、保证榫头安全的构造措施，粘贴位置为榫头竖向接缝两侧，以及纵向粘贴的碳纤维布两端，以保证纵向粘贴的碳纤维布有较好的粘结锚固性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FRP布加固更换榫头梁榫头区承载力计算方法，其特征在于，基于桁架模型，该模型包括下弦拉杆、上弦压杆、斜压杆和竖直拉杆，具体包括如下步骤：步骤一：由式(4)计算下弦拉杆承载力P(剪力)，作为榫头区的预估承载力；步骤二：由式(5)计算上弦压杆内力F1，并验算式(7)是否满足，若满足则榫头区的承载力P不变；若不满足则将式(7)取等号计算F1，并由式(5)反算出更新的预估承载力P；步骤三：由式(8)和(9)计算斜压杆内力F2x和F2y，并验算式(10)～(13)是否全部满足，若满足则步骤二中获得的更新预估承载力不变；若不满足则将式(10)～(13)取等号计算F2x或F2y，并由式(8)或式(9)反算出再一次更新的承载力P。

【技术特征摘要】
1.一种FRP布加固更换榫头梁榫头区承载力计算方法，其特征在于，基于桁架模型，该模型包括下弦拉杆、上弦压杆、斜压杆和竖直拉杆，具体包括如下步骤：步骤一：由式(4)计算下弦拉杆承载力P(剪力)，作为榫头区的预估承载力；步骤二：由式(5)计算上弦压杆内力F1，并验算式(7)是否满足，若满足则榫头区的承载力P不变；若不...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊学玉，陆宣行，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31