[发明专利]一种基于力筋应力测试结果的混凝土桥梁加固设计方法

权利要求书

1.一种基于力筋应力测试结果的混凝土桥梁加固设计方法，其特征在于，所述加固设计方法具体为：

1)首先对待加固桥梁进行承载能力检算，如果待加固桥梁控制截面的承载能力不满足设计及规范要求，则需要对该桥进行加固处理；

2)选用测试系统，所采用的测试系统包括钢绞线(2)、表面应变计(3)、保护层混凝土凿除区(4)、应力释放点(5)、数据采集仪(6)和切割机(7)；

3)安装测试系统，钢绞线(2)包裹在保护层混凝土凿除区(4)中；将受拉区待测钢绞线(2)的保护层混凝土、波纹管及浆体凿除，凿除宽度和深度以露出钢绞线(2)为准，长度为25-30cm，并将钢绞线(2)表面混凝土清除干净，形成保护层混凝土凿除区(4)；在已经凿除波纹管和浆体的钢绞线(2)的一股钢丝上顺钢丝轴向粘贴表面应变计(3)，沿该根钢绞线(2)的轴线方向依次数到第n-1根，n为钢绞线股数，找出同股钢丝，将该点作为应力释放点(5)进行切割，记录力筋应变释放结果，并对测试过程中的测试误差进行修正处理；数据采集仪(6)通过导线连接在表面应变计(3)上；切割机(7)在应力释放点(5)处将待测钢丝切断；

4)根据平截面假定原则，利用力筋应变释放结果推求外粘贴高强度纤维材料的设计抗拉强度；

5)根据外粘贴高强度纤维材料的设计抗拉强度，估算后加固外粘贴高强度纤维材料面积，并结合粘贴处结构构造尺寸，合理设计后加固材料截面尺寸，该设计截面积大于等于估算面积，然后重新计算加固后桥梁控制截面的特征，并对控制截面的承载能力进行复核；

6)在待加固桥梁受拉区粘贴高强度纤维材料，并在主梁和外粘贴加固材料之间抹环氧树脂胶。

2.根据权利要求1所述的基于力筋应力测试结果的混凝土桥梁加固设计方法，其特征在于，所述表面应变计(3)为金属表面应变计。

3.根据权利要求1所述的基于力筋应力测试结果的混凝土桥梁加固设计方法，其特征在于，所述钢绞线股数n为7股。

4.根据权利要求1所述的基于力筋应力测试结果的混凝土桥梁加固设计方法，其特征在于，所述高强度纤维材料为碳纤维布或碳纤维板。

5.根据权利要求1所述的基于力筋应力测试结果的混凝土桥梁加固设计方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤1)中截面的承载能力的计算方法具体为：

①当混凝土受压区高度x≤h_f'时，其截面的承载力应按下列公式计算：

γ0×Md≤fcd1×bf′×x×(h0-x2)+f′sd1×A′s1×(h0-a′s1)+Es2×ϵs2×As2×as---(1-1)]]>

混凝土受压区高度应按下列公式确定：

f_cd1×b_f′×x＝f_sd1×A_s1-f'_sd1×A'_s1+E_s2×ε_s2×A_s2 (1-2)

σ_s2＝E_s2×ε_s2≤f_sd2 (1-3)

混凝土受压区高度没应符合下列条件：

2×a'_s≤x≤ξ_b×h₀ (1-4)

式中：γ₀——桥梁结构重要性系数，按照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定采用；M_d——第二阶段弯矩给合设计值；f_cd1——原构件混凝土轴心抗压强度设计值，可根据现场检测强度推算值按照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的有关规定确定；x——等效矩形应力图形的混凝土受压区高度，简称混凝土受压区高度，x₀₁为加固前混凝土受压区高度；x₀₂为加固后混凝土受压区高度；b、h——分别为原构件截面宽度和高度；f_sd1、f'_sd1——分别为原构件纵向力筋的抗拉强度设计值和抗压强度设计值；f_sd2、f'_sd2——分别为后粘贴加固材料的抗拉强度设计值和抗压强度设计值；E_s2——加固材料的弹性模量；ε_s2——构件达到承载能力极限状态时，加固材料的拉应变；A_s2——加固材料的截面面积；A_s1、A'_s1——分别为原构件受拉区和受压区纵向力筋的截面面积；A_s2、A'_s2——分别为主梁受拉区和受压区纵向后粘贴加固材料的截面面积；a_s、a'_s——受拉区、受压区纵向力筋合力点至受拉区边缘、受压区边缘的距离；a_s1、a'_s1——原构件受拉区、受压区纵向力筋合力点至受拉区边缘、受压区边缘的距离；a_s2、a'_s2——加固后主梁受拉区、受压区纵向力筋合力点至受拉区边缘、受压区边缘的距离；h₀——构件截面受拉区力筋合力作用点至截面上缘距离；h₀₁——加固前构件截面受拉区力筋合力作用点至截面上缘距离，h₀₁＝h-α_s；h₀₂——加固后构件截面受拉区力筋合力作用点至截面上缘距离，ξ_b——正截面相对界限受压区高度，按原构件混凝土和受拉力筋强度级别，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的有关规定选用；

当x＜2a'_s1时，正截面抗弯承载力按下列公式计算：

γ₀×M_d≤f_sd1×A_s1×(h₀-a'_s)+E_s2×ε_s2×A_s2×(h-a'_s) (1-5)

式中各项符号意义见式(1-1)～(1-4)；

②当混凝土受压区高度x＞h_f'时，其截面的承载力应按下列公式计算：

γ0×Md≤fcd1×[b×x×(h0-x2)+(bf′-b)×hf′×(h0-hf′2)---(1-6)]]>

混凝土受压区高度应按下式计算，并应满足式(1-4)的要求：

f_cd1×b×x+f_cd1×(b_f'-b)×h_f'＝f_sd1×A_s1+E_s2×ε_s2×A_s2 (1-7)

式中：h_f′——T形截面受压翼缘厚度；b_f′——T形截面受压翼缘的有效宽度，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的有关规定采用；其他符号意义见式(1-1)～(1-4)；

其中，后粘贴加固材料的拉应变ε_s2按下列公式计算：

ϵs2=ϵcu×(β×h-x)x-ϵs1×(h-x1)h0-x1---(1-7)]]>

式中：ε_cu——混凝土极限压应变，当混凝土强度等级为C50及C50以下时，取ε_cu＝0.0033；β——截面受压区矩形应力图高度与实际受压区高度的比值，当混凝土强度等级为C50及C50以下时，取β＝0.8；h₀——原构件截面有效高度，为原构件受拉区纵向力筋As1合力点至截面受压区边缘距离；ε_s1——在先期荷载作用下，原构件截面下缘受拉钢绞线的应变释放结果；x₀₁——加固前原构件开裂截面换算截面的混凝土受压区高度；其它符号意义见(1-1)～(1-4)。