摘 要：在分析拉壓桿模型的基礎(chǔ)上，簡單介紹國外對于拉壓桿模型的研究和拉壓桿的設(shè)計思路，并提出了一些拉壓桿模型的應(yīng)用的注意事項。本文主要以拉壓桿模型在牛腿中的設(shè)計對其在混凝土結(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)計的常用簡化模型，我國對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，規(guī)范一般采用極限狀態(tài)設(shè)計法，確定荷載對于控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力，然后根據(jù)經(jīng)驗公式進行截面配筋設(shè)計。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（國際上稱之為B區(qū)）是適用的。但對于不規(guī)則的區(qū)域，如廠房的牛腿（國際上稱之為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)計算為主的配筋計算便顯得無從下手，現(xiàn)行我國規(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(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(nèi)部的力流來表示構(gòu)件的傳力機理?？偹苤?，混凝土是一種抗壓強度高而抗拉強度低的結(jié)構(gòu)材料?；炷脸兄貢r，其破壞形式大多為受拉區(qū)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(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)計方法，在對結(jié)構(gòu)干擾區(qū)做受力分析和配筋設(shè)計時，相對我國的經(jīng)驗公式更能真實的反映結(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)屈服條件還可以對鋼筋混凝土構(gòu)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(shè)計步驟。

3.牛腿的設(shè)計步驟

1）先將各力的設(shè)計值求出2）加載處承壓板尺寸驗算（應(yīng)滿足 ，公式中依次為豎向荷載設(shè)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(nèi)力估算和尺寸估算4）拉桿設(shè)計，計算出拉桿所需的鋼筋面積。5）節(jié)點去設(shè)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(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

1）混凝土壓桿的軸向抗壓強度，現(xiàn)在還沒有一個準確的定義。國外有學(xué)者根據(jù)實驗建議應(yīng)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(jié)構(gòu)相對保守，實際工程中的傾角一般小于45°。3）結(jié)點區(qū)域的設(shè)計，因為拉壓桿模型是靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)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(jié)點區(qū)域的鋼筋拉桿之間有著密切的聯(lián)系，一者的改變會影響其他兩者，最終需使得三者均滿足設(shè)計要求。

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(jié)構(gòu)的受力機制，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，需注意壓桿強度，節(jié)點區(qū)域的拉桿強度和錨固強度有著密切聯(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，在拉壓桿理論的運用過程中還存在一些爭議，國外學(xué)者也持有不同的意見，這使得拉壓桿理論的應(yīng)用還需要有漫長的路要走。

參考文獻：

[1] 箱梁豎向預(yù)應(yīng)力孔道對腹板主拉應(yīng)力的影響分析[J]. 尹旭文，鐘新谷. 湘潭師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）. 2006（04）

[2] 袁佳. 基于拉壓桿理論的混凝土構(gòu)件設(shè)計方法研究[D].東北林業(yè)大學(xué)，2013.

[3] 張文學(xué). 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁局部應(yīng)力分析及拉—壓桿設(shè)計[D].同濟大學(xué)，2007.

[4] 李樹山，高丹盈，解偉.鋼筋混凝土牛腿結(jié)構(gòu)拉壓桿模型及配筋設(shè)計[J].土木建筑與環(huán)境工程，2013，

35（S1）：36-39+61.

[5] 晉敏.拉壓桿理論在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].公路，2013（04）：22-25.

[6] 劉華新，邢穎，劉艦，魏巍.拉—壓桿模型法在牛腿配筋設(shè)計中的應(yīng)用[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報，2005（01）：37-39.

[7] 方從啟，劉朝山.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的拉-壓桿模型方法——Ⅰ：模型建立[J].混凝土，2009（09）：5-9+13.

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(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。