[发明专利]PVA纤维水泥基复合材料层合板与曲率延性计算方法

说明书

本发明公开了PVA纤维水泥基复合材料层合板与曲率延性计算方法，PVA纤维水泥基复合材料层合板包括受拉区PVA‑FRCC材料层、受拉区钢筋层、受压区PVA‑FRCC材料层和受压区钢筋层。基于经典层合板理论，建立了PVA纤维水泥基复合材料层合板的曲率延性计算方法。本方法可以计算屈服时刻和极限时刻的曲率，还可以根据该方法预测PVA纤维水泥基复合材料层合板的延性。

技术领域

本发明属于土木工程材料领域，尤其涉及一种PVA纤维水泥基复合材料层合板与曲率延性计算方法。

背景技术

在水泥砂浆或混凝土中掺加高强度、高弹性模量的纤维，可以改善普通混凝土抗拉性能差、延性较差的缺点。PVA纤维水泥基复合材料在拉伸荷载作用下展现出应变硬化和多重裂缝稳态开裂的特点，可以使构件呈现出持荷变形的能力，从而避免构件脆性破坏的发生。

传统的受弯构件曲率延性计算方法没有考虑受拉区混凝土的作用，所以已经不适用于PVA纤维水泥基复合材料梁。本方法的主要目的是考虑PVA纤维水泥基复合材料的应变硬化特点，提出一种PVA纤维水泥基复合材料层合板受力模型与曲率延性计算方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种PVA纤维水泥基复合材料层合板与曲率延性计算方法,以解决传统的受弯构件曲率延性计算方法没有考虑受拉区混凝土的作用，不能计算PVA纤维水泥基复合材料梁在屈服时刻和极限时刻的曲率的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体技术方案如下：

一种PVA纤维水泥基复合材料层合板，包括受拉区PVA-FRCC材料层、受拉区钢筋层、受压区PVA-FRCC材料层和受压区钢筋层；

受拉区PVA-FRCC材料层和受压区PVA-FRCC材料层由多个薄层组成；

受拉区钢筋层和受压区钢筋层作为独立的层处理，受拉区钢筋层和受压区钢筋层的等效厚度为ts＝As/b，其中As为钢筋的截面面积，b为梁宽。

PVA纤维水泥基复合材料层合板的曲率延性计算方法，包括如下步骤：

步骤1、根据PVA纤维水泥基复合材料层合板，得到任意一层截面的静力平衡方程，如下式所示：

式中：M为弯矩；N为轴力；P为集中荷载；x₁和x₂分别为集中荷载距离支座的距离；x为集中荷载距离梁任意位置的距离；L为梁的跨度。

步骤2、根据下式得到任意一层截面的位移方程：

u^k(x)＝u₀(x)-z_kβ (2)

式中：u^k表示第k层的横向位移；u₀表示中性轴处的横向位移；z_k表示第k层到中性轴的距离；β表示中性轴在x方向上的斜率。

步骤3、根据位移方程，得到任意一层截面的应变方程，如下式所示：

式中：ε^k——试验梁中第k层的应变；ε₀——试验梁中性轴上的应变；ψ(x)为试验梁任意截面处的曲率。

步骤4、根据下式得到内力平衡方程：

式中：z_k为试验梁中第k层到中和轴的距离；z_k-1为试验梁中第k-1层到中和轴的距离；σ^k为试验梁中第k层的应力；b为试验梁的梁宽；z为试验梁中和轴的高度。

步骤5、根据PVA纤维水泥基复合材料层合板中各层的应力关系式得到如下公式：