Pa，Ec= 32. 5GPa;FRP筋ffk= 600MPa， Ef= 40GPa;裂縫寬度限值為0? 5mm，跨中撓度限值為1/200。c= 25mm，試選擇合適的梁截 面尺寸和配筋。
[0035] (1)初選截面尺寸及內(nèi)力計算
[0036] 選取h= 1/10 = 6000/10 = 600mm;雙排配筋：h0f= 540mm;b= 0? 5h0f= 270mm;
[0037] 設計彎矩：M= 140. 4X106N?mm
[0038] (2)計算平衡配筋率
[0039] 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，當混凝土強度等級彡C50時，a丨二1. 〇, 0i= 〇. 8 ;ecu= 0. 0033。
[0053] 取Pf，Pff的較大值作為梁的配筋率Pf。Pf=1.57%>Pfc]= 1.24%，滿 足要求。
[0054]Af=Pfbbh0f= 0? 0157X270X540 = 2289mm2,選用6<i> 22的FRP筋即可。Af= 2281mm2。
[0055] (6)確定承載力儲備系數(shù)
[0056]對于P Pf。，當混凝土強度等級<C50 時，ec=ecu= 0? 0033，e。= 0? 002， 等效矩形應力圖系數(shù)為：0 u= 〇? 82,au= 〇? 97。
[0057]

[0073] 承載力計算：
[0074] 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，F(xiàn)RP筋有效設計應力計算公式如下：
[0075]
[0076] 因Pfo<P1. 5Pf。，故
[0077]
[0078]FRP筋受彎構(gòu)件正截面極限承載力計算公式如下：
[0079]當Pf>Pf。時：
[0080]
[0081]M^ffeAf (h〇f-x/2) = 287X2281X(540-127/2) = 311.9X106N?mm> 140. 4X106N?mm
[0082] 表明承載力計算滿足要求。
[0083] 本發(fā)明在設計過程中的一些關鍵技術(shù)：
[0084] 1、初選截面尺寸時：
[0085] 因FRP筋混凝土梁剛度較鋼筋混凝土梁小，高跨比的取值應比鋼筋混凝土梁稍大 一些，確保FRP筋混凝土梁具有足夠的抗彎剛度。
[0086] 2、計算等效矩形應力圖系數(shù)時：
[0087] 正常使用極限狀態(tài)梁上邊緣混凝土壓應變小于峰值應變，本設計方法根據(jù)實際應 力圖積分求得等效矩形應力圖系數(shù)，而不是按近似三角形的應力圖進行計算。
[0088] 3、計算由裂縫寬度限值確定的受拉筋材配筋率P,"時：
[0089] 本發(fā)明依據(jù)已有試驗結(jié)果，將FRP筋混凝土梁的裂縫寬度達到限值時確定的FRP 筋混凝土梁上邊緣混凝土的壓應變作為設計條件。由力和力矩的平衡條件求得受壓區(qū)高 度、受拉筋應變，進而求得受拉筋材配筋率Pfw。
[0090] 4、計算由撓度限值確定的受拉筋材配筋率Pff時：
[0091]由撓度和曲率的關系式，以及截面應變和曲率的關系式，將撓度限值代入，求得受 拉筋應變、受壓區(qū)高度，進而求得受拉筋材配筋率Pff。取PfJPPff的較大值作為FRP筋 混凝土梁的配筋率Pf。為保證混凝土壓碎的破壞模式，當Pf彡P&時，配筋率為Pf，否 貝丨J，取Pf=Pf。。
[0092] 對于本領域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0093] 此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包 含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術(shù)人員應當 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術(shù)人員 可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1. 一種裂縫寬度和撓度控制的FRP筋混凝土梁的設計方法，其特征在于，具體步驟如 下： (1) 初選截面尺寸 依據(jù)受彎構(gòu)件的高跨比經(jīng)驗值，初選FRP筋混凝土梁的高度h和有效高度hM，寬度b= 〇. 5hQf，使得FRP筋混凝土梁具有足夠的抗彎剛度； (2) 計算平衡配筋率系數(shù)，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010-2010)確定，當混凝土強度等級<C50時，a1 =1. 0, 13 0. 8 ;eeu為正截面混凝土極限壓應變，取0. 0033;f"為FRP筋的抗拉強度設 計值，N/mm2;Ef為FRP筋的彈性模量，GPa;Pfb為FRP筋的平衡配筋率；fFRP筋的抗拉 強度標準值，N/mm2;Yf為FRP筋材料的分項系數(shù)，取1. 4 ;Y6為FRP筋材料的環(huán)境影響系 數(shù)，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》確定； (3) 設定受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應變計算等效矩形應力圖系數(shù)a、0 根據(jù)FRP筋混凝土梁的試驗結(jié)果，設定FRP筋混凝土梁在受拉區(qū)邊緣混凝土達到裂縫 寬度限值〇. 5mm時受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應變e。= 0. 001，混凝土強度<C50 ;FRP筋混凝 土梁的設計極限狀態(tài)為受拉區(qū)邊緣混凝土達到裂縫寬度限值的同時受壓區(qū)邊緣混凝土達 到設定壓應變；土達到裂縫寬度限值的同時受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應變，％為混凝土的峰值壓應變； (4) 由裂縫寬度限值確定的受拉筋材配筋率Pfw 根據(jù)力的平衡條件得到aPXav =EfefwAf，根據(jù)力矩的平衡條件得到，M=(5) 由撓度限值確定的受拉筋材配筋率Pff 由截面應變關系，得FRP筋混凝土梁的曲率表示為.FRP筋混凝土梁的撓度 ? 與曲率之間的關系表示為/q#，式中，s為與荷載類型和支承條件有關的系數(shù)，1為FRP筋 混凝土梁的跨度；取PfJPPff的較大值作為FRP筋混凝土梁的配筋率Pf;為保證混凝土壓碎的破壞 模式，當Pf多Pfb時，配筋率為Pf，否則，取Pf=Pfb; (6)確定承載力儲備系數(shù) 為衡量此設計方法的安全度，對FRP筋混凝土梁的承載力儲備系數(shù)進行了計算； 當FRP筋混凝土梁受壓區(qū)混凝土壓應變達到極限壓應變eeu= 0. 0033 時，F(xiàn)RP筋混凝土梁達到承載能力極限狀態(tài)；此時，等效矩形應力圖系數(shù)為壞極限彎矩；M為設計彎矩。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種裂縫寬度和撓度控制的FRP筋混凝土梁的設計方法，經(jīng)過初選截面尺寸、計算平衡配筋率、設定受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應變計算等效矩形應力圖系數(shù)α、β，由裂縫寬度限值確定的受拉筋材配筋率ρfw，由撓度限值確定的受拉筋材配筋率ρff，確定承載力儲備系數(shù)等步驟。本發(fā)明能夠客觀反映FRP筋混凝土梁的實際工作狀態(tài)和破壞過程，設計時無需盲目選定筋材直徑，也無需通過復雜公式計算筋材的有效應力，提高了設計效率。并且，通過對安全儲備系數(shù)的分析可知，將裂縫寬度限值和撓度限值作為FRP筋混凝土梁的設計極限狀態(tài)具有安全可靠的承載力儲備。
【IPC分類】E04C3/20
【公開號】CN105040904
【申請?zhí)枴緾N201510405373
【發(fā)明人】涂建維, 趙 權(quán)
【申請人】涂建維
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月13日