[发明专利]一种裂缝宽度和挠度控制的FRP筋混凝土梁的施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程FRP筋混凝土结构设计领域，具体是一种裂缝宽度和挠度控制的FRP筋混凝土梁的施工方法。

背景技术

纤维增强塑料(fiber reinforced polymer，简称FRP)筋具有很好的耐腐蚀性、较高的抗拉强度、较轻的重量和较低的弹性模量等特点。特别是在潮湿盐雾的海洋环境中，需要采用FRP筋替代钢筋来克服钢筋的腐蚀问题。FRP筋按纤维种类可分为玻璃纤维筋(GFRP筋)、碳纤维筋(CFRP筋)、芳纶纤维筋(AFRP筋)和玄武岩筋(BFRP筋)等。FRP筋的抗拉强度远优于其抗压强度，因此FRP筋最适合用作受弯构件的受拉筋材。目前，FRP筋在许多立交桥的桥面板中都得到应用，然而在房屋建筑的受弯构件中却应用较少。其原因就是还没有形成一套系统完整的FRP筋受弯构件设计方法。

目前，对于FRP筋混凝土梁的施工方法，大多数都参照和移植钢筋混凝土受弯构件的计算公式，然后对部分参数进行修正而得到。相关文献对FRP筋混凝土梁的研究都来自于钢筋混凝土梁的计算理论，并没有真正反映FRP筋梁的实际破坏过程和工作状态。

已有文献研究表明，与钢筋混凝土梁相比，FRP筋混凝土梁在筋材达到设计强度时，梁的变形已经远远超出了正常使用极限状态的裂缝宽度和挠度的限值，超出了使用性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种裂缝宽度和挠度控制的FRP筋混凝土梁的施工方法，能够客观反映FRP筋混凝土梁的实际工作状态和破坏过程，设计时无需盲目选定筋材直径，也无需通过复杂公式计算筋材的有效应力，由裂缝宽度和挠度控制的FRP筋混凝土梁的施工方法，提高了设计的效率，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种裂缝宽度和挠度控制的FRP筋混凝土梁的施工方法，具体步骤如下：

(1)初选截面尺寸

依据受弯构件的高跨比经验值，初选FRP筋混凝土梁的高度h和有效高度h_0f，宽度b＝0.5h_0f，使得FRP筋混凝土梁具有足够的抗弯刚度；

(2)计算平衡配筋率

FRP筋混凝土梁的平衡配筋率为式中，α₁，β₁分别为系数，按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)确定，当混凝土强度等级≤C50时，α₁＝1.0，β₁＝0.8；ε_cu为正截面混凝土极限压应变，取0.0033；f_fd为FRP筋的抗拉强度设计值，N/mm²；E_f为FRP筋的弹性模量，GPa；ρ_fb为FRP筋的平衡配筋率；f_fk为FRP筋的抗拉强度标准值，N/mm²；γ_f为FRP筋材料的分项系数，取1.4；γ_e为FRP筋材料的环境影响系数，按照《混凝土结构设计规范》确定；

(3)设定受压区边缘混凝土的压应变计算等效矩形应力图系数α、β

根据FRP筋混凝土梁的试验结果，设定FRP筋混凝土梁在受拉区边缘混凝土达到裂缝宽度限值0.5mm时受压区边缘混凝土的压应变ε_c＝0.001，混凝土强度≤C50；FRP筋混凝土梁的设计极限状态为受拉区边缘混凝土达到裂缝宽度限值的同时受压区边缘混凝土达到设定压应变；

等效矩形应力图系数为ε_c为受拉区边缘混凝土达到裂缝宽度限值的同时受压区边缘混凝土的压应变，ε₀为混凝土的峰值压应变；

(4)由裂缝宽度限值确定的受拉筋材配筋率ρ_fw

根据力的平衡条件得到αf_cbβx_cw＝E_fε_fwA_f，根据力矩的平衡条件得到，M＝E_fε_fwA_f(h_0f-0.5βx_cw)，从而得到受压区高度为

根据截面应变关系得到受压区高度为计算得到受拉FRP筋的应变为从而得到由裂缝宽度限值确定的受拉FRP筋的配筋率为

(5)由挠度限值确定的受拉筋材配筋率ρ_ff