拉-压杆模型在钢筋混凝土深梁设计中的应用

作者：叶列平，孟杰，王宇航， YE Lie-ping， MENG Jie， WANG Yu-hang

作者单位：清华大学,土木工程系,北京,100084

刊名：

建筑科学与工程学报

英文刊名：JOURNAL OF ARCHITECTURE AND CIVIL ENGINEERING

年，卷(期)：2009,26(2)

被引用次数：4次

参考文献(14条)

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11.蒋宁剪跨比为1.5的无腹筋简支梁受剪性能试验研究及有限元分析 2006

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本文读者也读过(10条)

1.张文学.龙佩恒.李建中.Zhang Wenxue.Long Peiheng.Li Jianzhong混凝土拉压杆模型最小拉压杆夹角取值范围研究[期刊论文]-石家庄铁道学院学报2007,20(4)

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5.高兰琴.苏小卒框架角节点承载力相关曲面的拉压杆模型分析[会议论文]-2006

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7.李传习.卢春玲.LI Chuan-xi.LU Chun-ling结构受扰区的拉压杆模型设计法[期刊论文]-桂林工学院学报2007,27(2)

8.宋杰.杨允表.刘丰.SONG Jie.YANG Yun-biao.LIU Feng桥梁结构设计中拉压杆模型设计法的应用[期刊论文]-中国市政工程2009(3)

9.熊维建.苏小卒.XIONG Wei-jian.SU Xiao-zu框架空间节点的拉压杆模型方法探讨[期刊论文]-山西建筑2010,36(2)

10.孙莉.刘钊.王景全拉压杆模型法在深梁设计中的应用[会议论文]-2007

引证文献(4条)

1.胡剑.程龙基于拉压杆模型的花瓶桥墩受力分析[期刊论文]-公路 2012(5)

2.李明建业里东区地下室深受弯构件设计[期刊论文]-结构工程师 2012(3)

3.刘立渠.王娟娟.韩继云.张国强.吴学利钢筋混凝土简支深梁静力性能试验研究及拉压杆模型分析[期刊论文]-建筑结构学报 2013(10)

4.袁晓洒.郑宏.于长亮钢框架内填钢板深梁协同分析[期刊论文]-建筑科学与工程学报 2012(2)

本文链接：https://www.360docs.net/doc/f916840317.html,/Periodical_xbjzgcxyxb200902014.aspx

拉压杆模型在桥梁工程中的应用

拉压杆模型在桥梁工程中的应用摘要：拉压杆模型法对于D区的受力分析和配筋设计有较大的优势，本文介绍了拉压杆模型的构成，以桥梁结构中的锚固区、托臂、承台等常见的结构D 区为例，介绍了拉压杆模型在桥梁结构中的应用实例，对拉压杆模型的研究进行了展望并指出了拉压杆模型法存在的不足。关键词：拉压杆模型锚固区托臂承台 0 引言混凝土结构计算中，按照是否符合平截面假定，分为B区与D区，B区(Beam 或Bernoulli)指截面应变分布基本符合平截面假定的区域，截面应力状态可以通过内力得出，在未开裂时，截面应力可借助于截面性质(如面积、惯矩等)来计算。开裂后，则可应用桁架模型来分析。D区(Discontinuity或Disturbance)则指截面应变分布呈明显的非线性的结构区域，这些部位具有几何构造上的不连续或力流受挠动的特点，从弹性阶段开始平截面应变假定在这些区域就已不再成立，随着荷载的增加，梁截面的抗弯塑性发展模型不能够揭示其破坏机理[1]。D区位于受集中荷载作用、几何不连续、支座处等。我国桥梁绝大多数是混凝土桥梁，对于混凝土结构国内现行的规范依然用截面分析法和经验法以确定结构的内力和配筋设计，采用平截面假定计算B区能满足工程精度的要求，D区则精度较差，可能导致一系列的工程问题，如开裂、局部破坏等。拉压杆模型方法是一种以力学原理为基础的方法，可适用于D区。拉压杆模型是一种与结构或构件实际受力较符合的设计方法，尤其在处理如锚固区、托臂、深梁、桥墩、承台等常见的D区受力时具有较大的优势。美国、加拿大、新西兰、德国等国家已将拉压杆模型作为D区的设计方法列入规范中，说明拉压杆方法已正式进入实用阶段。 1拉压杆模型的构成拉压杆模型源于桁架模型，由拉杆、压杆和节点区构成来反应结构构件中力流的传递过程，拉杆作为受拉构件，压杆作为受压构件，节点区有效的将拉杆与压杆连接起来共同受力，能够把结构中所受到的荷载传递到支座或相邻的B区。根据结构受力的特点，可将节点区分为CCC、CCT、CTT、TTT。其中，T为拉杆和C为压杆，如图1所示。常见的压杆由甁形压杆、扇形压杆及棱柱形压杆，如图2所示。图 1 节点区分类

压杆-拉杆模型在混凝土结构设计中的应用

压杆-拉杆模型在混凝土结构设计中的应用在现今工程结构设计中，压杆-拉杆方式组件得到了较多的应用，其不仅是对结构修复、评估的重要工具，也能够在对承载能力进行评估的同时实现加固方案的制定。对此，即需要能够做好该技术重点的把握，将其更好的应用到工程建设当中。 2 加固工程中压杆-拉杆模型应用在混凝土构件分析中，压杆-拉杆的应用方式有以下方面：第一，对结构扰乱区域边界进行确定，并对其边界区域应力进行分析；第二，将扰乱区域结构理想化为铰接桁架，对于该结构来说，其需要具有混凝土压杆工作开展中对于钢筋布置、尺寸以及细节等方面的规定；第三，对模型进行分析，以此对该模型中不同杆件的力进行确定；第四，在获得分析结果的基础上对模型中不同杆件的承载能力进行校核；第五，对钢筋细节以及节点区进行设计，以此保证钢筋具有足够的细节以及锚固长度，避免碎裂情况发生。在很多工程中，其都通过对压杆-拉杆模型的应用对反复迭代的过程进行设计，其具体情况为：在对钢筋结构进行评估，使其拥挤程度以及钢筋用量都处于最小值时，迭代可以说是必须的一项内容，对于压杆-拉杆模型来说，其在实际进行分析处理时是按照单个荷载情况进行的。对此，在实际对程序进行设计时，就需要先做好其荷载控制情况的设计。对于上述方式来说，在对新结构赶紧进行处理时较为适当，而在修复以及加固工作中，应用方式则相对来说更为复杂，在很多情况下，我们可以按照新设计的方式对该类工程进行分析，但需要了解的是，修复同加固工程相比还具有着较多的不同之处。复杂性方面，在加固工程中对压杆-拉杆模型机型应用主要在结构承载能力评估方面存在一定的难度，而对于该种评估来说，在对加固数量进行确定时可以说是十分必要的，即在对实际结构强度进行评估的基础上包括有材料截面以及强度的几何尺寸确认。在很多情况下，在分析时也需要对由于腐蚀损害而引起的承载力损失进行充分估计，其中包括有混凝土截面以及钢筋截面损失等，可以说，对现有强度进行精确估计在对加固费用的降低方面具有十分积极的意义。在对现有结构强度评估工作完成之后，则需要对加固同原有结构间力的分配进行计算，在这部分结构件对作用力传递设施进行设置的同时保证加固完成后结构能够具有较好的整体性。对于这部分传力作用来说，可以通过适当机械传力部件的设置进行完成，并保证不同结构间在位移方面能够具有良好的相容性。这对于结构组合性能的获得具有十分积极的意义，而在部分应用中，结构镶裹对组合性能进行获得也可以说是必需的一项内容。而如果原结构具有较为严重的腐蚀情况，在对修复方案进行制定时则需要将腐蚀情况的减少作为一项重点问题进行考虑，此时可以对下述措施进行考虑：第一，对受到氯离子污染的混凝土进行清除，并将暴露钢筋修饰物进行清除；第二，通过防腐剂的施加对继续发生的腐蚀情况进行减少；第三，做好细节方面设计，避免腐蚀介质进入到修复完成的区域当中；第四，对水源进行清除，如排水管道以及伸缩缝的渗漏等。 3 应用实例某城市桥梁，为早期混凝土结构的代表工程，通过非结构性就地灌注拱方式的应用同附近的一座拱桥进行匹配。端部方面具有缺口，支承在端部进行搭接，并同阶段悬臂梁实现衔接，以此使结构由于在长期处于氯化物以及水分环境当中而出现了较为明显的腐蚀现象。通过腐蚀试验发现，无论是后张力锚固还是软钢筋都出现了严重的局部腐蚀情况。在后张力筋部件受到腐蚀影响的情况下，对结构整体性方面也具有了一定的担忧，并通过挠曲模型的应用对托臂强度进行评估，通过这部分验算可以了解到，其不存在立即被破坏的危险，但根据其情况依然需要进行加固处理。在托壁区域，不能够对后张力及整体性进行评估，对于该种状态无法评估的情况来说，很可能因托壁截面近乎正方形导致的，并排除了以冲击回波方式对其空隙位置进行测定的需求。而在托壁以外的区域，也通过冲击回波试验方式的应用对管道压浆方式存在的缺点进行了探析，通过试验方式的应用，对管道空隙位置进行确定及重新

混凝土结构的拉-压杆模型设计方法

2017年第1期西南公路混凝土结构的拉-压杆模型设计方法陶齐宇1张义志2 (1.四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院四川成都610041; 2.四川公路工程咨询监理公司四川成都610041 ) 【摘要】本文回顾了拉-压杆模型设计方法的发展历程，论述了拉-压杆模型设计方法的基本原理、建模方法和设计流程。拉-压杆模型设计方法是对空间问题的简化分析，既能解决空间效应问题，又易于工程应用，具有广阔的应用前景。【关键词】拉-压杆模型；发展历程；建模方法；设计流程【中图分类号】TU375 【文献标识码】A 〇引言拉-压杆模型（Stmt-and-TieModel，艮PSTM)设计方法根据自受力处至支承处在结构内部产生的应力迹线，应用混凝土抗压、钢筋抗拉的概念，把结构离散成由只受拉的拉杆、只受压的压杆和结点组成的类似于桁架的简化模型来分析结构的强度并进行配筋设计。这一方法直接抓住了结构的受力本质，而且模型内力和配筋计算也十分简便；同时，国外的研究与工程实践[1]表明：拉-压杆模型设计方法用于计算平截面假定不成立的区域具有足够的工程精度。 1拉-压杆模型设计方法发展概况拉-压杆模型由压杆（Strut)、拉杆（Tie )和结点（Node)组成。压杆是拉-压杆模型中承受压应力的构件，代表同一方向上主要承受压应力的混凝土区域，其中心为压应力的合力中心；拉杆是拉- 压杆模型中承受拉应力的构件，代表同一方向上主要承受拉应力的区域；而结点是用来模拟拉杆、压杆交汇区域的，处于多向应力状态。1.1拉-压杆模型设计方法的发展历程拉-压杆模型是由桁架模型发展而来的，桁架模型大体经历了以下四个发展阶段： Ritter ( 1899 )和M tech ( 1902 )最先提出平面桁架模型，将构件模拟为平行弦桁架，用于分析受弯剪作用的钢筋混凝土梁；这一模拟促进了横向钢筋的使用，通过这一途径增大了梁的抗剪能力。Rausch ( 1929 )将平面桁架模型推广到空间桁架模型，视构件为由一系列抗剪平面桁架组成的空间桁架，初步揭示了钢筋混凝土梁的抗扭机理。Ritter、M6rsch和Rausch所提出的模型为“原始桁架模型”，模型的建立没有坚实的理论支撑，凭的是他们的科学素养和直觉。直到上世纪60年代后期，Nielson ( 1967 )、Lampert和Thurlimann ( 1968 )根据塑性理论，推导出桁架模型的三个基本剪切平衡方程式，首次从理论上X#桁架模型进行了研究。Elfgren ( 1972 )又进一步研究了钢筋混凝土梁受扭矩、弯矩和剪力共同作用的情况。由于这些理论的前提是钢筋的屈服，都是基于塑性理论，因此，这个阶段的桁架模型称为“塑性桁架模型”。【收稿曰期】2016-05-23 【作者简介】陶齐宇（1971-)，男，山东巨野人，博士研究生，高级工程师，主要从事大跨度桥梁设计研究工作。 35