植筋法加固置芯梁的正截面極限承載力的計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于梁加固技術領域，涉及一種極限承載力的計算方法，尤其是加固置芯 梁的極限承載力的計算方法。
【背景技術】
[0002] 中國古代建筑絕大多數隸屬于木結構建筑，這些古建筑由于長期受日曬雨淋，白 蟻駐蝕侵害，構件表面腐蝕老化，建筑的安全性在逐年降低。目前對古建筑木構件的加固修 復一般都是采用更換整梁，或是對孔洞、裂縫進行灌漿填充。這些方法在一定程度上提高了 古建筑的安全性；其不足之處在于更換梁柱前需要對建筑的梁柱進行卸載，存在安全隱患， 且施工速度慢，造價高。另外更換過后構件的外觀與原有部分存在明顯差異，違背了具有文 物價值古建筑"修舊如舊"的原則。
[0003] 木結構建筑中梁、枋構件的腐蝕主要發生在構件的兩端和上部位置，而靠近天井 和門、廊處的梁構件普遍比建筑內部的梁構件破壞的更為嚴重，尤其是一些祠堂、府衙、廟 宇等徽派建筑，年久失修，檐口位置多會存在漏雨、漏水等現象，導致梁構件外表完好，但髓 心部分已腐爛的情況下的一種特殊破壞形態，而且這種現象也是較為普遍的。
[0004] 對于木梁加固修復的方法技術，國內外都有大量的理論和試驗分析，但基本上都 是在原梁構件的表面直接粘貼鋼、布材和嵌肋等加固方式，采用的是以提高被破壞試件的 承載力或剛度為主要目標的加固技術，而且加固處理的方式是單向的、不可逆、不可二次加 固的，并且對木梁的外觀影響較大。尤其重要的是，對于能夠實現保護建筑物外觀且能夠二 次加固的加固技術，如何對其結構體系設計理論進行系統的研究，當前也沒有形成指導工 程應用的理論依據和分析設計方法，更沒有相應的規范規程可依照。尤其在計算加固梁的 極限承載力時，通常只考慮彈性發展的極限承載力，而未考慮塑性發展的極限承載力，不能 較為客觀地反應加固梁的性能，不能為工程應用提供合理的理論依據。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種對采用能夠實現保護建筑物外觀且能夠二次加固的 加固技術加固的梁的正截面極限承載力進行計算的方法。
[0006] 為了達到上述目的，本發明的解決方案是：
[0007] -種植筋法加固置芯梁的正截面極限承載力的計算方法，其中所述筋作為加固材 料，植入芯材的底部以加固芯材，所述芯材再設置在梁的外殼的受拉區內以加固所述梁；所 述方法包括以下步驟：
[0008] (1)對加固過程做基本假設；
[0009] (2)計算所述加固置芯梁中各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的應力應變關 系；
[0010] (3)計算各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的受壓區的高度以及所述芯材的 橫截面的受壓區的塑性發展的高度；
[0011] (4)根據各材料破壞情形下所述芯材的橫截面的受壓區的高度和受壓區的塑性發 展的高度，計算對應的各材料破壞情形下加固置芯梁的正截面受彎承載力，得到加固置芯 梁的考慮塑性發展的正截面極限承載力。
[0012] 所述筋為CFRP筋或者鋼筋。
[0013] 所述步驟⑴的基本假設包括：
[0014] (11)假設梁的外殼對加固置芯梁的貢獻為零；
[0015] (12)假設置芯梁的橫截面變形前后均保持平面；
[0016] (13)假設置芯梁受拉區開裂之前，加固材料和芯材之間協調變形，不出現粘結滑 移現象；
[0017] (14)假設芯材的受壓本構模型取理想彈塑性模型，受拉本構模型取線彈性模型；
[0018] (15)當所述筋為CFRP筋時，假設CFRP筋的本構模型取線彈性模型；當所述筋為 鋼筋時，假設鋼筋的本構模型選理想彈塑性模型。
[0019] 所述芯材為木材，包含木纖維；所述各材料破壞情形包括：
[0020] 受拉的芯材的木纖維拉斷引起的破壞；
[0021] 受壓的芯材的木纖維達到極限應變引起的破壞；
[0022] 當所述筋為CFRP筋時，CFRP筋達到極限強度引起的破壞；當所述筋為鋼筋時，鋼 筋屈服、芯材的木纖維拉斷開裂引起的破壞。
[0023] 所述步驟⑵包括：
[0026] 其中：表不芯材的木纖維的極限拉應變；[0027] <；表示芯材的木纖維的屈服壓應變；[0028] h。表示筋的受力幾何中心到芯材的受壓邊緣的距離；[0029] X。表示芯材的橫截面的受壓區的高度；[0030] 1@表示芯材的橫截面的受壓區的塑性區發展的高度；[0031] 表示考慮強度折減的情況下芯材的木纖維的極限拉應力；
[0024] 按下式計算受拉的芯材的木纖維拉斷引起破壞的情形下，芯材的橫截面的應力應 變關系·
[0025]
[0032] 表示不考慮強度折減的情況下芯材的木纖維的屈服壓應力；
[0033] R。表示芯材的木纖維的最大拉應力與最大壓應力的比值；
[0034] 按下式計算受壓的芯材的木纖維達到極限壓應變引起破壞的情形下，芯材的橫截 面的應力應變關系：
[0035]
[0036] 其中：表示芯材的木纖維的極限壓應變；
[0037] γ E表示芯材的木纖維的極限塑性應變與彈性應變的比值；
[0038] 當所述筋為CFRP筋時，按下式計算CFRP筋達到極限強度引起破壞的情形下，芯材 的橫截面的應力應變關系：
[0039]
[0040] 其中： <表示CFRP筋本構模型中的極限拉應變；
[0041] σ【表示CFRP筋本構模型中的極限拉應力；
[0042] αE表示CFRP筋的彈性模量與芯材的彈性模量的比值；
[0043] 當所述筋為鋼筋時，按下式計算鋼筋屈服、芯材的木纖維拉斷開裂引起破壞的情 形下，芯材的橫截面的應力應變關系：
[0044]
[0045] 所述步驟（3)中計算各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的受壓區的高度包 括：按照下式計算受拉的芯材的木纖維拉斷引起破壞的情形下，受壓的芯材的木纖維達到 極限壓應變引起破壞的情形下，當所述筋為CFRP筋時的CFRP筋達到極限強度引起破壞的 情形下，當所述筋為鋼筋時的鋼筋屈服、芯材的木纖維拉斷開裂引起破壞的情形下，芯材的 橫截面的受壓區的高度X。：
[0046]
[0047] 其中$表示各材料或組分的內力；
[0048] h表示芯材的橫截面的高度；
[0049] 〇 "〇〇表示芯材的橫截面的受壓區的高度X。處木纖維的應力；
[0050] b(xc)表示芯材的橫截面的受壓區的高度\處的截面寬度；
[0051] (jf表示受拉加固材料的拉應力；
[0052] AF表示受拉加固材料的面積。
[0053] 所述步驟（3)中計算各材料破壞情形下，所述芯材的橫截面的受壓區的塑性發展 的高度包括：結合步驟（2)中計算的各材料破壞情形下芯材的橫截面的應力應變關系，計 算對應的各材料破壞情形下芯材的橫截面的受壓區的塑性發展的高度\p。
[0054] 所述步驟⑷包括：
[0055] 按下式計算各材料破壞情形下加固置芯梁的正截面受彎承載力：
[0056]
[0057] 其中：Μ表示加固后的置芯梁的正截面受彎承載力；
[0058] b表不芯材的橫截面的寬度；
[0059]X。分別按照步驟（3)中對應的破壞情形下的X。取值計算；
[0060] 分別按照步驟（3)中對應的破壞情形下的Xα取值計算。
[0061] 所述步驟（4)還包括：在所求得的各材料破壞情形下加固置芯梁的正截面受彎承 載力中，取最小的值作為所述加固置芯梁的考慮塑性發展的正截面極限承載力。
[0062] 由于采用上述方案，本發明的有益效果是：本發明提出了一種植筋法加固置芯梁 的正截面極限承載力的計算方法，為采用植筋法加固置芯梁的設計提供了理論指導，保證 了采用這種方式加固的置芯梁能夠達到設計要求，從而有效地保護建筑物外觀的完好，強 度達到要求且能夠二次加固。
【附圖說明】
[0063]圖la是本發明實施例中采用植筋方式加固后的芯材的示意圖；
[0064] 圖lb是本發明實施例中原梁外殼的示意圖；
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