(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 202210672724.5 (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 姜超　张伟平　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设 计方法 (57)摘要 本发明涉及一种CFRP布加 固锈蚀钢筋混凝 土梁抗弯设计方法， 包括步骤： (1)确定C FRP布加 固前锈蚀钢筋混凝土梁及CFRP布的基本参数； (2)计算CF RP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的界限参 数； (3)复核界限抗弯承载力； (4)判断CFRP布加 固后锈蚀钢筋混凝土梁的破坏模式； (5)基于目 标抗弯承载力与目标破坏模式设计所需CFRP布 加固率。 与现有 技术相比， 本发明具有计算简便， 实用性强， 为提升既有锈蚀钢筋混凝土梁的安全 性、 延长其使用寿 命提供支持等优点。 权利要求书3页 说明书14页 附图2页 CN 115186332 A 2022.10.14 CN 115186332 A 1.一种CFRP布加固锈蚀钢筋混凝 土梁抗弯设计方法， 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， 并根据实际需求确定 CFRP加固前锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力和 CFRP布加固后锈蚀钢筋混凝土梁的目标抗 弯承载力； 2)基于步骤1)的基本参数计算CFRP布加固锈蚀钢筋混凝 土梁界限参数； 3)基于步骤2)的结果以及步骤1)中的CFRP加固前锈蚀钢 筋混凝土梁的抗弯承载力， 复 核界限抗弯承载力； 4)基于步骤2)的结果， 步骤3)复核的界限抗弯承载力， 以及步骤1)中的CFRP布加固后 锈蚀钢筋混凝土梁的目标抗弯承载力， 判断CFRP布加固后 锈蚀钢筋混凝土梁的受弯破坏模 式； 5)基于实 际需求确定目标受弯破坏模式， 基于目标受弯破坏模式和目标抗弯承载力， 结合步骤3)复核的界限抗弯承载力及步骤4)的受弯破坏模式设计所需CFRP布加固率。 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设计方法， 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、 变形或光圆的钢筋类型、 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、 弹性模量Ef、 加固时的初始 弯矩Mi和混凝土受拉边 缘应变 εi。 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设计方法， 其特征在于， 所 述CFRP布加固锈 蚀钢筋混凝土梁界限参数包括界限I加固率ρfsyb、 界限II加固率ρfshb、 界限 III加固率ρfsub、 界限Ⅳ加固率ρfu、 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、 界限Ⅳ相对受压区高度ξfu、 界限I抗弯承载力Muf,syb、 界限II 抗弯承载力Muf,shb、 界限III抗弯承载力Muf,sub和界限Ⅳ抗弯承载力Muf,CFRP。 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设计方法， 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设计方法， 其特征在于， 计 算界限I加固率ρfsyb、 界限I相对受压区高度 ξfsyb、 界限I抗弯承载力Muf,syb的具体步骤 包括： a1)令锈蚀钢筋应变εsc＝εyc( ηs)， 锈蚀钢筋应力σsc＝fyc( ηs)， 受压区混凝土边缘应变 εct＝ εcu， 其中εyc( ηs)和fyc( ηs)为锈蚀钢筋屈服应变及锈蚀钢筋屈服应力， εcu为混凝土的极 限压应变， 将锈蚀钢筋应变εsc和受压区混凝土边缘应变εct代入变形协调方程， 求解界限I 的相对受压区高度 ξfsyb； a2)将界限I相对受压区高度 ξfsyb代入变形协调方程， 求 解CFRP布应 变 εf； a3)将相对受压区高度ξfsyb、 锈蚀钢筋应力σsc＝fyc( ηs)及CFRP布应变εf代入力平衡方 程， 获取界限I加固率ρfsyb； a4)若计算得到的界限I加固率ρfsyb≤0， 取ρfsyb＝0， 则界限I抗弯承载力Muf,syb＝Muc； Muc 为锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力； 若ρfsyb>0， 将相对受压区高度ξfsyb、 CFRP布应变εf及界权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115186332 A 2限I加固率ρfsyb代入弯矩平衡方程， 计算得到 Muf,syb。 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设计方法， 其特征在于， 计 算界限II加固率ρfshb、 界限II相对受压区高度 ξfshb及界限II抗弯承载力Muf,shb的具体步骤包 括： b1)令锈蚀钢筋应变εsc＝εshc( ηs)， 锈蚀钢筋应力σsc＝fyc( ηs)， 受压区边缘混凝土应变 εct＝εcu， 其中εshc( ηs)为锈蚀钢筋强化应变， fyc( ηs)为锈蚀钢筋屈服应力， εcu为混凝土的极 限压应变， 将锈蚀钢筋应变εsc和受压区混凝土边缘应变εct代入变形协调方程求解界限II 的相对受压区高度 ξfshb； b2)将界限I I相对受压区高度 ξfshb代入变形协调方程， 求 解CFRP布应 变 εf； b3)将相对受压区高度ξfshb、 锈蚀钢筋应力σsc＝fyc( ηs)及CFRP布应变εf代入力平衡方 程， 获取界限I I加固率ρfshb； b4)若计算得到的界限II加固率ρfshb≤0， 取ρfshb＝0， 则界限II抗弯承载力Muf,shb＝Muc； Muc为锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力； 若ρfshb>0， 将相对 受压区高度ξfshb、 CFRP布应变εf及 界限II加固率ρfshb代入弯矩平衡方程， 计算得到 Muf,shb。 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设计方法， 其特征在于， 计 算界限III加固率ρfsub、 界限III相对受压区高度ξfsub及界限III抗弯承载力Muf,sub的具体步 骤包括： c1)令锈蚀钢筋应变εsc＝εsuc( ηs)、 锈蚀钢筋应力σsc＝fuc( ηs)、 受压区边缘混凝土应变 εct＝εcu， 其中εsuc( ηs)和fuc( ηs)为锈蚀钢筋极限应变及锈蚀钢筋极限应力， εcu为混凝土的 极限压应变， 将锈蚀钢筋应变εsc和受压区混凝土边缘应变εct代入变形协调方程， 求解 界限 III的相对受压区高度 ξfsub； c2)将界限I II相对受压区高度 ξfsub代入变形协调方程， 求 解CFRP布应 变 εf； c3)将相对受压区高度ξfsub、 锈蚀钢筋应力σsc＝fuc( ηs)及CFRP布应变εf代入力平衡方 程， 获取界限I II加固率ρfsub； c4)若计算得到的界限III加固率ρfsub≤0， 取ρfsub＝0， 则界限III抗弯承载力Muf,sub＝ Muc； Muc为锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力； 若ρfsub>0， 将相对受压区高度ξfsub、 CFRP布应变 εf及界限III加固率ρfsub代入弯矩平衡方程， 计算得到 Muf,sub。 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设计方法， 其特征在于， 计 算界限IV加固率ρfu、 界限IV相对受压区高度ξfu及界限IV抗弯承载力Muf,CFRP的具体步骤包 括： 1)令CFRP布应变εf＝εfu、 受压区边缘混凝土应变εct＝εcu， 其中εfu为CFRP布极限拉应 变， εcu为混凝土极限压应变， 根据变形协调方程和锈蚀钢筋应力 ‑应变关系分别确定锈蚀钢 筋应变εsc和锈蚀钢筋应力σsc， 将CFRP布应变εfu和受压区混凝土边缘应变εcu代入变形协调 方程， 求解界限IV的相对受压区高度 ξfu； 2)将CFRP布应变εfu、 锈蚀钢筋应力σsc、 相对受压区高度ξfu代入力平衡方程， 获取界限 IV的加固率ρfu； 3)若计算得到的界限IV加固率ρfu≤0， 取ρfu＝0， 则界限IV抗弯承载力Muf,CFRP＝Muc； Muc 为锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力； 若ρfu>0， 将相对受压区高度 ξfu、 CFRP布应变 εf及界限IV 加固率ρfu代入弯矩平衡方程， 计算得到 Muf,CFRP。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115186332 A 3