(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210672704.8 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 张伟平　姜超　余晞源　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 彭瑶 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种CFRP布加 固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承 载力计算方法 (57)摘要 本发明涉及一种CFRP布加 固锈蚀钢筋混凝 土梁抗弯承载力计算方法， 包括步骤： 1)确定 CFRP布加固前锈蚀钢筋混凝土梁及CFRP布的基 本参数； 2)基于步骤1)的基本参数计算C FRP布加 固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参数； 3)基于步骤2) 的结果预判CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的破 坏模式； 4)计算预判破坏 模式下CFRP布加固锈蚀 钢筋混凝土梁抗弯承载力与相对受压区高度； 5) 根据步骤3)、 步骤4)的结果复核破坏 模式并核定 CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力。 与现 有技术相比， 本发明具有计算简便、 实用性强、 可 预判受弯破坏模式以及相应的破坏模式下的 CFRP应力状态、 钢筋 应力状态及混凝土应力状态 等优点。 权利要求书2页 说明书15页 附图2页 CN 115017590 A 2022.09.06 CN 115017590 A 1.一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征在于， 包括下列步 骤： 1)确定CFRP布加固前锈蚀钢筋混凝 土梁及CFRP布的基本参数； 2)基于步骤1)的基本参数计算CFRP布加固锈蚀钢筋混凝 土梁的界限参数； 3)基于步骤2)的结果预判CFRP布加固锈蚀钢筋混凝 土梁的破坏模式； 4)计算预判破坏模式下CFRP布加固锈蚀钢筋混凝 土梁抗弯承载力与相对受压区高度； 5)根据步骤3)、 步骤4)的结果复核破坏模式并核定CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯 承载力。 2.根据权利要求1所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 所述CFRP布加固前锈蚀钢筋混凝土梁及CFRP布的基本参数包括截面宽度b、 截面高度 h、 截面有效高度h0、 混凝土强度等级、 混凝土抗压强度fc、 混凝土抗拉强度ft、 混凝土弹性模 量Ec、 初始弯矩Mi、 初始弯矩下受拉边缘混凝土应变εi、 变形或光圆的受拉与受压钢筋的类 型、 受拉钢筋平均锈蚀率ηs、 受拉钢筋初始配筋面积As0、 未锈蚀受拉钢筋弹性模量Es0、 屈服 强度fy0、 极限强度fu0、 屈服应变 εy0、 强化应变 εsh0、 极限应变 εu0、 CFRP布极限拉应变 εfu、 CFRP 布加固率ρf和CFRP布弹性模量Ef。 3.根据权利要求2所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 所述CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参数包括界限I锈蚀率ηf syb、 界限II锈蚀率 ηf shb、 界限III锈蚀率ηf sub； 界限I相对受压区高度ξfsyb、 界限II相对受压区高度ξfshb、 界限 III相对受压区高度 ξfsub以及界限IV相对受压区高度 ξfu。 4.根据权利要求3所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 所述界 限I表示为梁受弯破坏时锈蚀钢筋 刚开始屈服， 受压区混凝土即压碎， CFRP布 未拉断； 所述界限II表示为梁受弯破坏时锈蚀钢筋刚开始强化， 受压区混凝土 即压碎， CFRP 布未拉断； 所述界限III表示为梁受弯破坏时锈蚀钢筋拉断与受压区混凝土压碎同时发生， CFRP布未拉断； 所述界限IV表示为梁受弯破坏时CFRP布拉断和受压区混凝土压碎 同时发 生。 5.根据权利要求4所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 界限I的锈蚀率 ηf syb及界限I的相对受压区高度 ξfsyb的计算步骤包括： a1)取锈蚀钢筋应变 εsc＝ εyc( ηs)、 锈蚀钢筋应力σsc＝fyc( ηs)、 截面受压区边缘混凝土应 变 εct＝ εcu， 其中εyc( ηs)和fyc( ηs)分别为锈蚀钢筋屈服应变和屈服应力， εcu为混凝土的极限 压应变， 根据变形协调方程， 计算界限I的相对受压区高度 ξfsyb； a2)根据变形协调方程， 计算CFRP布拉应 变 εf； a3)将锈蚀钢筋应变 εsc、 锈蚀钢筋应力σsc与CFRP布拉应变 εf代入力平衡方程， 获取一个 关于 ηs的一元三次方程， 求解该一元三次方程， 取0～0.8范围内 的最小解作为界限I的界限 锈蚀率 ηf syb， 若在0～0.8范围内无解且最小解为负数， 则取 ηf syb＝0， 若在0～0.8范围内无解 且最小解大于 0.8， 则取 ηf syb＝0.8。 6.根据权利要求4所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 界限I I的锈蚀率 ηf shb及界限II的相对受压区高度 ξfshb的计算步骤包括： b1)取锈蚀钢筋应变 εsc＝εshc( ηs)、 锈蚀钢筋应力σsc＝fyc( ηs)和截面受压区边缘混凝土 应变εct＝εcu， 其中εshc( ηs)和fyc( ηs)分别为锈蚀钢筋强化应变和屈服应力， εcu为混凝土的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115017590 A 2极限压应 变， 根据变形协调方程， 求 解界限II的相对受压区高度 ξfshb； b2)根据变形协调方程， 获取CFRP布拉应 变 εf； b3)将锈蚀钢筋应变 εsc、 锈蚀钢筋应力σsc与CFRP布拉应变 εf代入力平衡方程， 根据锈蚀 钢筋应力应变 关系以及力平衡方程， 获取关于 ηs的一元四次方程， 取(1 –1.092 ηs)/(1–ηs)＝ 1进行化简， 得到一元二次方程， 对原方程 或化简后的方程进行求解， 取 ηf syb< ηs< ηs,cr范围内 最小的解作为界限I I锈蚀率 ηf shb， 若在上述范围内方程无解， 则取 ηf shb＝ ηf syb。 7.根据权利要求4所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 界限I II的锈蚀率 ηf sub及相对受压区高度 ξfsub的计算步骤包括： c1)取锈蚀钢筋应变 εsc＝εsuc( ηs)、 锈蚀钢筋应力σsc＝fuc( ηs)和截面受压区边缘混凝土 应变εct＝εcu， 其中εsuc( ηs)和fuc( ηs)分别为锈蚀钢筋极限应变和极限应力， εcu为混凝土的 极限压应 变； 根据变形协调方程， 求 解界限III的相对受压区高度 ξfsub； c2)根据变形协调方程， 得到 CFRP布拉应 变 εf； c3)将锈蚀钢筋应变 εsc、 锈蚀钢筋应力σsc与CFRP布拉应变 εf代入力平衡方程， 获取关于 ηs的一元二次方程， 取ηf shb< ηs<0.8范围内最小的解作为界限III锈蚀率 ηf sub， 若在上述范围 内方程无解， 则取 ηf sub＝0.8。 8.根据权利要求4所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 界限IV的相对受压区高度 ξfu的计算步骤为： 令CFRP布拉应变εf＝εfu， 截面受压区边缘混凝土应变εct＝εcu， 其中εfu为CFRP布极限拉 应变， εcu为混凝土的极限压应 变， 代入变形协调方程， 求 解界限IV相对受压区高度 ξfu。 9.根据权利要求4所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 步骤3)中， CFRP布加固锈蚀钢筋混凝 土梁的破坏模式包括： 当0≤ ηs< ηf syb时， 则判定为模式 ①， 即受弯破坏时CFRP布 未拉断、 锈蚀钢筋弹性、 受压区 混凝土压碎； 当ηf syb≤ηs<ηf shb时， 则判定为模式 ②， 即受弯破坏 时CFRP布未拉断、 锈蚀钢筋屈服、 受 压区混凝 土压碎； 当ηf shb≤ηs<ηf sub时， 则判定为模式 ③， 即受弯破坏 时CFRP布未拉断、 锈蚀钢筋强化、 受 压区混凝 土压碎； 当ηf sub≤ ηs<1时， 则判定为模式 ④， 即受弯破坏时CFRP布 未拉断、 锈蚀钢筋拉断、 受压区 混凝土压碎。 10.根据权利要求9所述的CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法， 其特征 在于， 步骤5)中， 复核破坏模式并核定CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的具体内 容为： 1)若判断ξ ≥ξfu， 则步骤3)所确定的破坏模式真实， 步骤4)计算的承载力真实； 2)若判断ξ＜ξfu， 则真实的破坏模式为模式 ⑤， 计算模式 ⑤下CFRP布加固锈蚀钢筋混凝 土梁抗弯承载力； 破坏模式 ⑤包括两类： A)CFRP拉断时， 混凝土未压碎， 此时CFRP布加固锈 蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力为Mu1； B)CFRP拉断后， CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁退化为未 加固锈蚀钢筋混凝土梁， 对应的抗弯承载力为Muc； CFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载 力Mu取Mu1与Muc的较大值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115017590 A 3