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专利号: 2018112488033
申请人: 长沙理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:(1)基于Fick第二扩散定律,计算混凝土内钢筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度的时间,确定钢筋锈蚀初始时间,结合锈蚀后钢筋截面积减小和屈服强度的降低,计算锈蚀钢筋强度;

(2)根据剪压区段受力平衡方程,由混凝土受压的应力‑应变关系,获得临界斜裂缝顶端混凝土受压区高度,通过对受压区高度积分,得到未开裂混凝土截面水平作用力,由力矩关系确定其作用位置;

(3)对剪压区段隔离体进行受力分析,由斜裂缝上、下侧混凝土隔离体单元力矩平衡方程,得到老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力计算公式。

2.根据权利要求1所述老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法,其特征在于,所述步骤(1)还包括以下步骤:(1‑1)基于Fick第二扩散定律,将钢筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度的时间作为锈蚀初始时间,锈蚀初始时间表示为:式中,Ti为钢筋锈蚀初始时间;Dc为扩散系数;C0为混凝土表面氯离子浓度;erf为误差函数;X为保护层厚度;Ccr为临界氯离子浓度;

经t年后,钢筋混凝土梁中钢筋直径D(t)为:D(t)=D0‑0.0232(t‑Ti)icorr(t)(2)式中,D0为钢筋初始直径;icorr(t)为锈蚀电流密度;

锈蚀钢筋的平均截面积A(t)可表示为:

2

A(t)=πD(t)/4(3)

(1‑2)锈蚀钢筋的屈服强度与其剩余截面积直接相关,锈蚀钢筋屈服强度与锈蚀程度近似呈线性关系,可表示为:式中,fy0为未锈蚀钢筋屈服强度;fy(t)为锈蚀钢筋屈服强度;αy为锈蚀钢筋强度折减系数,取αy=0.9;A0为未锈蚀钢筋截面积;

(1‑3)钢筋混凝土梁受剪钢筋达到屈服强度时,斜裂缝处钢筋的作用力可表示为:Tx=A(t)eff,xf(t)yc,x(5)Ty=A(t)eff,yf(t)yc,y(6)Tob=A(t)eff,obf(t)yc,ob(7)式中,Tx、Ty和Tob分别为纵筋、箍筋和斜筋的拉力;f(t)yc,x、f(t)yc,y和f(t)yc,ob分别为纵筋、箍筋和斜筋的屈服强度;A(t)eff,x、A(t)eff,y和A(t)eff,ob分别为纵筋、箍筋和斜筋的截面积。

3.根据权利要求1所述老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法,其特征在于,所述步骤(2)还包括以下步骤:(2‑1)假定斜裂缝顶端受压区高度cs范围内任意点处混凝土压应变为ε,该点到中和轴的距离为x;根据平截面假定,则cs范围内混凝土水平压应变ε为:式中,ε0和εc分别为混凝土峰值应力对应的应变(ε0=0.002)和混凝土梁顶部受压边缘应变;h0为梁的有效截面高度;x0为混凝土峰值应力对应的截面高度,ε'x为纯弯曲纵筋应变,按下式进行计算:式中,Es为纵筋弹性模量;M和P为计算截面的弯矩和剪力;α为剪切斜裂缝与水平纵筋的倾角,则梁顶混凝土受压边缘应变表示为:混凝土受压应力‑应变关系为:

式中,系数n=2‑(fcu,k‑50)/60,当n>2时,取n=2;fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值;fc为混凝土轴心抗压强度设计值;εcu为正截面的混凝土极限压应变;

(2‑2)对临界斜裂缝顶端未开裂混凝土截面积分,则受压区混凝土合力大小为:式中,b为梁宽;

作用力C至斜裂缝顶端的距离为:

对临界斜裂缝下端混凝土三角形隔离体单元VT作用点取矩,有式中,β为斜筋与箍筋的夹角;c为梁纯弯曲时受压区高度;Tf为弯曲裂缝处纵筋作用力;

取整个弯剪区域为隔离体,对纯弯曲时受压区混凝土合力作用点Cf取矩,有:Tf=Ra/d(15)

式中,R为支座反力;a为加载点到支座的水平距离;d为纵筋到Cf作用点的垂直距离;

对临界斜裂缝上端三角形隔离体单元作用力C点取矩,有:式中,z为临界斜裂缝顶端到受压区高度合力作用点的距离;

取作用力Cf点距梁上边缘的距离为0.4c,则c/h0≈0.5,tanα≈a/h0,d/h0≈1‑0.4c/h0,可得:令 可得斜裂缝顶端混凝土受压区高度为:

4.根据权利要求1所述老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法,其特征在于,所述步骤(3)还包括以下步骤:基于极限抗剪平衡理论,由梁剪切斜裂缝左上侧隔离体单元水平方向受力平衡关系,有:C‑Tx‑Tobsinβ=0(19)

进一步,纵筋作用力大小表示为:

钢筋混凝土梁发生剪压破坏时,R=Vu,其极限抗剪承载力计算公式为:Vu=α1A(t)eff,yf(t)yc,y+α2A(t)eff,obf(t)yc,ob+α3fcbcs(21)

5.根据权利要求1所述老化钢筋混凝土梁桥抗剪承载力评价方法,其特征在于,该方法还包括以下步骤:通过确定钢筋锈蚀初始时间、锈蚀钢筋截面积、锈蚀钢筋屈服强度、斜裂缝顶端受压区高度cs及其范围内混凝土水平作用力C的大小和位置,则可得到钢筋混凝土梁桥的抗剪承载力Vu。