镀锌钢板与cfrp板复合加固置芯梁的正截面极限承载力的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于梁加固技术领域，涉及一种极限承载力的计算方法，尤其是加固置芯 梁的极限承载力的计算方法。
【背景技术】
[0002] 中国古代建筑绝大多数隶属于木结构建筑，这些古建筑由于长期受日晒雨淋，白 蚁駐蚀侵害，构件表面腐蚀老化，建筑的安全性在逐年降低。目前对古建筑木构件的加固修 复一般都是采用更换整梁，或是对孔洞、裂缝进行灌浆填充。这些方法在一定程度上提高了 古建筑的安全性，其不足之处在于更换梁柱前需要对建筑的梁柱进行卸载，存在安全隐患， 且施工速度慢，造价高。另外更换过后构件的外观与原有部分存在明显差异，违背了具有文 物价值古建筑"修旧如旧"的原则。
[0003] 木结构建筑中梁、枋构件的腐蚀主要发生在构件的两端和上部位置，而靠近天井 和门、廊处的梁构件普遍比建筑内部的梁构件破坏的更为严重，尤其是一些祠堂、府衙、庙 宇等徽派建筑，年久失修，檐口位置多会存在漏雨、漏水等现象，导致梁构件外表完好，但髓 心部分已腐烂的情况下的一种特殊破坏形态，而且这种现象也是较为普遍的。
[0004] 对于木梁加固修复的方法技术，国内外都有大量的理论和试验分析，但基本上都 是在原梁构件的表面直接粘贴钢、布材和嵌肋等加固方式，采用的是以提高被破坏试件的 承载力或刚度为主要目标的加固技术，而且加固处理的方式是单向的、不可逆、不可二次加 固的，并且对木梁的外观影响较大。此外，对于能够实现保护建筑物外观且能够二次加固的 加固技术，如何对其结构体系设计理论进行系统的研究，当前也没有形成指导工程应用的 理论依据和分析设计方法，更没有响应的规范规程可依照。尤其在计算加固梁的极限承载 力时，通常只考虑弹性发展的极限承载力，而未考虑塑性发展的极限承载力，不能较为客观 地反应加固梁的性能，不能为工程应用提供合理的理论依据。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种对能够实现保护建筑物外观且能够二次加固的加固 技术的梁的正截面极限承载力进行计算的方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
[0007] -种镀锌钢板与CFRP板复合加固置芯梁的正截面极限承载力的计算方法，其中 所述镀锌钢板和所述CFRP板作为加固材料，分别附贴在芯材的顶部和底部以加固芯材，所 述芯材再设置在梁的外壳的受拉区内以加固所述梁；所述方法包括以下步骤：
[0008] (1)对加固过程做基本假设；
[0009] (2)计算所述加固置芯梁中各材料破坏情形下，所述芯材的横截面的应力应变关 系；
[0010] (3)计算各材料破坏情形下，所述芯材的横截面的受压区的塑性发展的高度以及 所述芯材的横截面的受压区的高度；
[0011] (4)根据各材料破坏情形下所述芯材的横截面的受压区的塑性发展的高度和受压 区的高度，计算对应的各材料破坏情形下加固置芯梁的正截面受弯承载力，得到加固置芯 梁的考虑塑性发展的正截面极限承载力。
[0012] 所述步骤⑴的基本假设包括：
[0013] (11)假设原梁外壳对加固置芯梁的贡献为零；
[0014] (12)假设加固置芯梁的横截面变形前后均保持平面；
[0015] (13)假设加固置芯梁受拉区开裂之前，加固材料和芯材之间协调变形，不出现粘 结滑移现象；
[0016] (14)假设芯材的受压本构模型取理想弹塑性模型，受拉本构模型取线弹性模型；
[0017] (15)假设CFRP板的本构模型取线弹性模型；
[0018] (16)假设镀锌钢板的应力应变关系取理想弹塑性模型。
[0019] 所述芯材为木材，包含木纤维；所述各材料破坏情形包括：
[0020] 受拉的芯材的木纤维拉断引起的破坏；
[0021] 受压的芯材的木纤维达到极限应变引起的破坏；
[0022] 梁底部的CFRP板受拉引起的破坏；
[0023] 梁顶部的镀锌钢板屈服后芯材的木纤维受拉破坏；
[0024] 梁顶部的镀锌钢板屈服后芯材的木纤维受压破坏；
[0025] 梁顶部的镀锌钢板屈服后CFRP板受拉破坏。
[0026] 所述步骤⑵包括：
[0027] 按下式计算受拉的芯材的木纤维拉断引起破坏的情形下，芯材的横截面的应力应 变关系：
[0028]
[0029] 其中表示芯材的木纤维的极限拉应变；
[0030] 表示芯材的木纤维的屈服压应变；
[0031]h表示芯材的横截面的高度；
[0032] X。表示芯材的横截面的受压区的高度；
[0033]X。,表示芯材的横截面的受压区的塑性发展的高度；
[0034] 表示考虑强度折减的情况下芯材的木纤维的极限拉应力；
[0035] 表示不考虑强度折减的情况下芯材的木纤维的屈服压应力；
[0036] R。表示芯材的木纤维的最大拉应力与最大压应力的比值；
[0037] 按下式计算受压的芯材的木纤维达到极限压应变引起破坏的情形下，芯材的横截 面的应力应变关系：
[0038]
[0039] 其中： 表示芯材的木纤维的极限压应变；
[0040]γE表示芯材的木纤维的极限塑性应变与弹性应变的比值；
[0041] 按下式计算梁底部的CFRP板受拉破坏的情形下，所述芯材的横截面的应力应变 关系：
[0042]
[0043] 其中：εf表示CFRP板的压拉应变；
[0044] 4表示CFRP板的极限拉应变；
[0045] 表示CFRP板本构模型中的极限拉应力；
[0046] aEt表示梁底加固材料与芯材的弹性模量的比值；
[0047] 按下式计算梁顶部的镀锌钢板屈服后芯材的木纤维受拉破坏的情形下，芯材的横 截面的应力应变关系：
[0048]
[0049] 按下式计算梁顶部的镀锌钢板屈服后芯材的木纤维受压破坏的情形下，芯材的横 截面的应力应变关系：
[0050]
[0051] 按下式计算梁顶部的镀锌钢板屈服后CFRP板受拉破坏的情形下，芯材的横截面 的应力应变关系：
[0052]
[0053] 所述步骤（3)中计算各材料破坏情形下，所述芯材的横截面的受压区的塑性发展 的高度包括：
[0054] 按下式计算受拉的芯材的木纤维拉断引起破坏的情形下，芯材的横截面的受压区 的塑性发展的高度：
[0055]
[0056] 其中：αE。表示梁顶加固材料与芯材的弹性模量的比值；
[0057] <表示受压加固材料的面积；
[0058] $表示受拉加固材料的面积；
[0059] b表不芯材的横截面的宽度；
[0060] 按下式计算受压的芯材的木纤维达到极限压应变引起破坏的情形下，芯材的横截 面的受压区的塑性发展的高度：
[0061]
[0062] 按下式计算梁底部的CFRP板受拉破坏的情形下，芯材的横截面的受压区的塑性 发展的高度：
[0063]
LUUO外」 ?5ζ|、工\^|弁米」火司川、」坂卞干卞出；口心uH、j/卜?τ彡田又仏贩叫、H、JI冃yi夕Γ，心UH、JTM 截面的受压区的塑性发展的高度：
[0065]
[0066] 按下式计算梁顶部的镀锌钢板屈服后芯材的木纤维受压破坏的情形下，芯材的横 截面的受压区的塑性发展的高度：
[0067]
[0068] 其中：表示镀锌钢板的极限压应力；
[0069] 按下式计算梁顶部的镀锌钢板屈服后CFRP板受拉破坏的情形下，芯材的横截面 的受压区的塑性发展的高度：
[0070]
[0071] 所述步骤（3)中计算各材料破坏情形下，所述芯材的横截面的受压区的高度包 括：结合所述步骤（2)中计算的各材料破坏情形下芯材的横截面的应力应变关系，计算对 应的各材料破坏情形下芯材的横截面的受压区的高度X。。
[0072] 所述步骤⑷包括：
[0073] 按下式计算各材料破坏情形下加固置芯梁的正截面受弯承载力：
[0074]
[0075] 其中：Μ表示加固后的置芯梁的正截面受弯承载力；
[0076] X表示芯材的横截面的高度坐标；
[0077] σw(x)表示芯材的横截面的高度坐标X处木纤维的应力；
[0078] σ/表示受拉加固材料的拉应力；
[0079] ilf表示受压加固材料的拉应力；
[0080] 取所述步骤（3)中对应的材料破坏情形下的值；
[0081]X。取所述步骤（3)中对应的材料破坏情形下的值。
[0082] 所述步骤（4)还包括：在所求得的各材料破坏情形下加固置芯梁的正截面受弯承 载力中，取最小的值作为所述加固置芯梁的考虑塑性发展的正截面极限承载力。
[0083] 由于采用上述方案，本发明的有益效果是：综上所述，本发明提出了一种镀锌钢板 与CFRP板复合加固置芯梁的正截面承载力的计算方法，为采用镀锌钢板与CFRP板复合加 固置芯梁的设计提供了理论指导，保证了采用这种方式加固的置芯梁能够达到设计要求， 从而有效地保护建筑物外观的完好，强度达到要求且能够二次加固。
【附图说明】