摘 要：在分析拉壓桿模型的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單介紹國(guó)外對(duì)于拉壓桿模型的研究和拉壓桿的設(shè)計(jì)思路，并提出了一些拉壓桿模型的應(yīng)用的注意事項(xiàng)。本文主要以拉壓桿模型在牛腿中的設(shè)計(jì)對(duì)其在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用加以闡述。

關(guān)鍵詞：拉壓桿理論 混凝土結(jié)構(gòu) 力學(xué)分析

1.引言

拉壓桿模型是混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)的常用簡(jiǎn)化模型，我國(guó)對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，規(guī)范一般采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，確定荷載對(duì)于控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。截面內(nèi)力法適用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)變連續(xù)規(guī)則，即符合貝努利假定（國(guó)際上稱之為B區(qū)）是適用的。但對(duì)于不規(guī)則的區(qū)域，如廠房的牛腿（國(guó)際上稱之為D區(qū)）并不符合材料力學(xué)的結(jié)構(gòu)平截面假定，所以以材料力學(xué)計(jì)算為主的配筋計(jì)算便顯得無從下手，現(xiàn)行我國(guó)規(guī)范多使用增加配筋的方式來保證結(jié)構(gòu)的安全性，但這種方法不僅在材料上會(huì)造成浪費(fèi)，而且安全性上并不一定會(huì)十分牢靠，而國(guó)外在上世紀(jì)80年代，國(guó)外學(xué)者就這一問題已經(jīng)展開研究，如今已取得不少成果，拉壓桿模型法就是其中較為成熟的方法之一，現(xiàn)今已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則與具體步驟。

2.拉-壓桿模型的建立機(jī)制

拉壓桿模型是對(duì)由桁架模型演化而來，其原理實(shí)際上是通過內(nèi)部的力流來表示構(gòu)件的傳力機(jī)理。總所周知，混凝土是一種抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度低的結(jié)構(gòu)材料?；炷脸兄貢r(shí)，其破壞形式大多為受拉區(qū)開裂，因?yàn)闉榱藦浹a(bǔ)其抗拉強(qiáng)度的不足，多采用入一種抗拉強(qiáng)度較高的材料增加其抗拉強(qiáng)度，如鋼筋，鋼纖維，玻璃纖維等，鋼筋作為拉桿承受傳來的拉力，將各桿件相連形成滿足靜力平衡的力學(xué)模型。這就將其等效成為混凝土壓桿和鋼筋拉桿等效成為一個(gè)桁架來承受荷載。拉壓桿模型的作為一種混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，在對(duì)結(jié)構(gòu)干擾區(qū)做受力分析和配筋設(shè)計(jì)時(shí)，相對(duì)我國(guó)的經(jīng)驗(yàn)公式更能真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力變化情況，力學(xué)意義明確，并滿足靜力平衡條件，結(jié)構(gòu)屈服條件還可以對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的塑性變形進(jìn)行限制。本文以牛腿柱為例，簡(jiǎn)述拉壓桿模型的設(shè)計(jì)步驟。

3.牛腿的設(shè)計(jì)步驟

1）先將各力的設(shè)計(jì)值求出2）加載處承壓板尺寸驗(yàn)算（應(yīng)滿足 ，公式中依次為豎向荷載設(shè)計(jì)值， ，混凝土抗壓強(qiáng)度和承壓板面積）3）建立拉-壓桿模型，進(jìn)行內(nèi)力估算和尺寸估算4）拉桿設(shè)計(jì)，計(jì)算出拉桿所需的鋼筋面積。5）節(jié)點(diǎn)去設(shè)計(jì)和錨固驗(yàn)算。6）計(jì)算壓桿寬度，驗(yàn)算是否能滿足間距要求。7）裂縫控制要求控制最小配筋，對(duì)于斜壓桿需滿足 ，且同時(shí)滿足規(guī)范中閉合箍筋在拉桿附近處2/3有效高度內(nèi)均勻布置。

4.拉-壓桿理論應(yīng)用的注意點(diǎn)

1）混凝土壓桿的軸向抗壓強(qiáng)度，現(xiàn)在還沒有一個(gè)準(zhǔn)確的定義。國(guó)外有學(xué)者根據(jù)實(shí)驗(yàn)建議應(yīng)力限制按計(jì)算。2）混凝土壓桿的傾角的確定，最初采用的45°傾斜角壓桿的簡(jiǎn)單拉壓桿模型的結(jié)構(gòu)相對(duì)保守，實(shí)際工程中的傾角一般小于45°。3）結(jié)點(diǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)，因?yàn)槔瓑簵U模型是靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)是壓桿與拉桿的連接部位，其與混凝土壓桿的強(qiáng)度、錨固于該節(jié)點(diǎn)區(qū)域的鋼筋拉桿之間有著密切的聯(lián)系，一者的改變會(huì)影響其他兩者，最終需使得三者均滿足設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)語

拉壓桿模型是滿足塑性下限定理，它可以表示混凝土內(nèi)部真實(shí)可靠的傳力機(jī)制，并且還能滿足混凝土塑性變形能力的限制，它可以幫助我們認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)的受力機(jī)制，決定構(gòu)件大小、位置、分布和錨固等問題。拉壓桿模型作為一種靜定結(jié)構(gòu)的模型，需注意壓桿強(qiáng)度，節(jié)點(diǎn)區(qū)域的拉桿強(qiáng)度和錨固強(qiáng)度有著密切聯(lián)系，需要做到內(nèi)部抗力和外部作用的平衡，則該體系就可以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理和安全。但由于在一些方面還缺乏系統(tǒng)的研究，在拉壓桿理論的運(yùn)用過程中還存在一些爭(zhēng)議，國(guó)外學(xué)者也持有不同的意見，這使得拉壓桿理論的應(yīng)用還需要有漫長(zhǎng)的路要走。

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作者簡(jiǎn)介：趙章瑜（1997年8月29日—），男，漢族，籍貫：河南三門峽，本科，研究方向：拉壓桿理論在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。