[发明专利]一种无剪切筋的FRP筋混凝土板冲切承载力简化计算方法

说明书

本发明提供了一种无剪切筋的FRP筋混凝土板冲切承载力简化计算方法。该方法基于临界剪切裂缝理论研究FRP筋混凝土板冲切承载力的计算方法。首先将方板方柱等效转换为圆板圆柱，其次对FRP筋板的变形进行简化，然后研究了FRP筋受弯构件的弯矩‑曲率关系，最后在给定转角基础上将单元板力学平衡方程中每个变量进行积分得到对应的承载力，增大转角计算承载力直至转角小于某一设定值得到承载力‑转角需求曲线。临界剪切裂缝理论能力曲线与需求曲线交点即为FRP筋板冲切承载力和临界转角。该方法可较精确地模拟出FRP筋混凝土板冲切承载力和临界转角，大大减少了计算量，计算效率得以提高。

技术领域

本发明实施例涉及土木工程领域，具体涉及一种无剪切筋的FRP筋混凝土板冲切承载力简化计算方法。

背景技术

钢筋锈蚀是影响传统钢筋混凝土结构耐久性的主要因素之一。为了控制钢筋锈蚀，国内外学术界与工程界提出了大量的解决方法，例如使用不锈钢、增加混凝土的抗渗性、增加结构保护层厚度、使用防水混凝土、钢筋外部涂刷防锈剂等。然而，以上这些方法并不能彻底解决钢筋锈蚀问题。近30年来，由于纤维增强复合材料(FRP)具有良好的抗腐蚀、质量轻、强度大等优点，有望成为一种替换钢筋的新型材料，从而在根本上解决传统钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀问题。

目前关于FRP筋板柱冲切计算模型大部分是在钢筋混凝土板冲切计算模型的基础上进行修正的经验或者半经验模型。然而，由于FRP筋和钢筋在本身力学性能以及和混凝土之间粘结性能之间的差异，使得钢筋混凝土板的冲切承载力计算模型不能平行移植于FRP筋混凝土板。除此以外，另一条主要的分析途径是有限元方法，但对于FRP筋混凝土这种复合结构，有限元模型虽然计算结果精度较高，但其计算量往往较大，无法快速、方便得到计算结果，同时其计算过程还面临非线性迭代不收敛的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种无剪切筋的FRP筋混凝土板冲切承载力简化计算方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明实施例所采用的技术方案如下：

将FRP筋混凝土方板方柱转化为圆板圆柱；

根据钢筋混凝土双向板冲切承载力与临界转角之间的关系，通过数值回归得到了荷载-转角能力曲线；

对FRP筋混凝土板的变形进行简化；

根据FRP筋受弯构件受力特点，在混凝土开裂前抗弯刚度保持不变，开裂后抗弯刚度快速减小至恒定值，得到了弯矩-曲率三线性关系；

对扇形单元板进行受力分析，得到力学平衡方程，并结合所述弯矩-曲率关系和FRP筋混凝土板变形简化，对给定一转角将所述的力学平衡方程中每个变量进行积分得到该转角所对应冲切承载力，增大转角，重复计算转角对应的冲切承载力直至转角小于某一设定值停止，得到FRP筋板荷载-转角需求曲线；

根据所述荷载-转角需求曲线，结合所述荷载-转角能力曲线，两条曲线交点即为FRP筋混凝土板冲切承载力和临界转角。

进一步地，将FRP筋混凝土方板方柱转化为圆板圆柱，包括：

采用扇形模型分析轴对称圆板的荷载-转角需求曲线，采用屈服线理论和虚功原理将方板及方柱等效转换为圆板圆柱进行求解：

r_c＝2c/π   (2)

式中，S为方板长度(mm)，c为方柱长度(mm)，r_s为等效圆板半径(mm)，r_c为等效圆柱半径(mm)。

进一步地，根据钢筋混凝土双向板冲切承载力与临界转角之间的关系，通过数值回归得到了荷载-转角能力曲线，包括：

基于临界剪切裂缝理论和力与转角关系，通过数值回归分析得到板冲切荷载-转角能力曲线：