拉壓桿理論在混凝土結構中的應用

摘 要：在分析拉壓桿模型的基礎上，簡單介紹國外對于拉壓桿模型的研究和拉壓桿的設計思路，并提出了一些拉壓桿模型的應用的注意事項。本文主要以拉壓桿模型在牛腿中的設計對其在混凝土結構中應用加以闡述。

關鍵詞：拉壓桿理論 混凝土結構 力學分析

1.引言

拉壓桿模型是混凝土構件設計的常用簡化模型，我國對于鋼筋混凝土結構構件，規范一般采用極限狀態設計法，確定荷載對于控制截面產生的內力，然后根據經驗公式進行截面配筋設計。截面內力法適用于結構構件應變連續規則，即符合貝努利假定（國際上稱之為B區）是適用的。但對于不規則的區域，如廠房的牛腿（國際上稱之為D區）并不符合材料力學的結構平截面假定，所以以材料力學計算為主的配筋計算便顯得無從下手，現行我國規范多使用增加配筋的方式來保證結構的安全性，但這種方法不僅在材料上會造成浪費，而且安全性上并不一定會十分牢靠，而國外在上世紀80年代，國外學者就這一問題已經展開研究，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，現今已經成為結構設計的原則與具體步驟。

2.拉-壓桿模型的建立機制

拉壓桿模型是對由桁架模型演化而來，其原理實際上是通過內部的力流來表示構件的傳力機理。總所周知，混凝土是一種抗壓強度高而抗拉強度低的結構材料。混凝土承重時，其破壞形式大多為受拉區開裂，因為為了彌補其抗拉強度的不足，多采用入一種抗拉強度較高的材料增加其抗拉強度，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桁架來承受荷載。拉壓桿模型的作為一種混凝土結構的設計方法，在對結構干擾區做受力分析和配筋設計時，相對我國的經驗公式更能真實的反映結構內部的應力變化情況，力學意義明確，并滿足靜力平衡條件，結構屈服條件還可以對鋼筋混凝土構件的塑性變形進行限制。本文以牛腿柱為例，簡述拉壓桿模型的設計步驟。

3.牛腿的設計步驟

1）先將各力的設計值求出2）加載處承壓板尺寸驗算（應滿足 ，公式中依次為豎向荷載設計值， ，混凝土抗壓強度和承壓板面積）3）建立拉-壓桿模型，進行內力估算和尺寸估算4）拉桿設計，計算出拉桿所需的鋼筋面積。5）節點去設計和錨固驗算。6）計算壓桿寬度，驗算是否能滿足間距要求。7）裂縫控制要求控制最小配筋，對于斜壓桿需滿足 ，且同時滿足規范中閉合箍筋在拉桿附近處2/3有效高度內均勻布置。

4.拉-壓桿理論應用的注意點

1）混凝土壓桿的軸向抗壓強度，現在還沒有一個準確的定義。國外有學者根據實驗建議應力限制按計算。2）混凝土壓桿的傾角的確定，最初采用的45°傾斜角壓桿的簡單拉壓桿模型的結構相對保守，實際工程中的傾角一般小于45°。3）結點區域的設計，因為拉壓桿模型是靜定結構，結點是壓桿與拉桿的連接部位，其與混凝土壓桿的強度、錨固于該節點區域的鋼筋拉桿之間有著密切的聯系，一者的改變會影響其他兩者，最終需使得三者均滿足設計要求。

5.結語

拉壓桿模型是滿足塑性下限定理，它可以表示混凝土內部真實可靠的傳力機制，并且還能滿足混凝土塑性變形能力的限制，它可以幫助我們認識到結構的受力機制，決定構件大小、位置、分布和錨固等問題。拉壓桿模型作為一種靜定結構的模型，需注意壓桿強度，節點區域的拉桿強度和錨固強度有著密切聯系，需要做到內部抗力和外部作用的平衡，則該體系就可以保證結構設計的合理和安全。但由于在一些方面還缺乏系統的研究，在拉壓桿理論的運用過程中還存在一些爭議，國外學者也持有不同的意見，這使得拉壓桿理論的應用還需要有漫長的路要走。

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作者簡介：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構中的應用。