结构混凝土拉压杆模型法配筋设计
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混凝土箱梁桥双支承横隔梁的拉压杆模型设计方法1摘要:混凝土箱梁桥中的横隔梁一般以横桥向受力的深梁控制设计,在常见的跨高比下,为应力扰动区(D区)。
本文根据两跨连续梁的实体有限元分析,揭示了双支承横隔梁的受力特性,并提出一种简化模型近似反应实桥横隔梁的真实受力状态。
在此基础上,研究了不同参数变化下简支深梁的应力变化规律,并给出不同高跨比下简支深梁作用不同类型荷载时的拉压杆模型;最后通过拓扑优化方法的辅助给出了双支承横隔梁的拉压杆模型。
关键词:混凝土箱梁桥;横隔梁;拉压杆模型;深梁1引言双支承横隔梁在桥梁工程中的应用最为广泛。
一方面,由于双支承距离箱梁腹板更近,恒载、活载等产生的竖向力传递至支座的路径更短,对于一些支座直接设置于腹板下方(支座的中心线与腹板的中心线基本一致)的情况,竖向荷载甚至可以不经过横隔梁,而直接传递至支座。
另一方面,双支承横隔梁也可以将桥跨内由偏载、横向力等引起的扭转作用传递至支座。
在现行设计中,对墩顶区域横隔梁,主要针对竖向荷载,根据经验或按浅梁来进行设计。
实际上,当横隔梁高跨比大于某定值时,应视为深受弯构件进行设计,传统的截面设计方法已不再适用。
按照国际工程界对混凝土结构B区及D区的划分[1][2],横隔梁可视为一类典型D区,基于力流的拉压杆模型(Strut-and -tie model)方法可以用来指导该区域的配筋设计。
本文通过对全桥模型分析验证简化模型的合理性,研究简支深梁拉压杆模型的构形方法,并探讨双支承横隔梁腹板等效集中剪力的作用位置。
在此基础上,利用拓扑优化的方法构建了双支承横隔梁的拉压杆模型。
2横隔梁简化模型的建立为了建立双支承墩顶横隔梁的简化模型,首先选取某2×40m混凝土等截面连续梁,进行实体有限元分析。
箱梁的截面形式如图X所示,梁高为H=2.2m,梁顶宽L1=12m,梁底宽L=6m,翼缘长度为a=3m,翼缘高度由0.2m变化至0.4m,腹板厚0.45m,顶底板厚0.28m。
混凝土箱梁桥横隔板的拉压杆模型设计方法陈志文;刘钊【摘要】The diaphragms in concrete box - girder bridges, functioned as deep beams in transverse direction, can be designed by strut-and-tie model. This study is devoted to the geometrical configuration principle arid method for strut -and -tie model of diaphragms under various bearing conditions and loading circumstances. Finally, the reinforcement design of a diaphragm under a given construction load case is exemplified in accordance with the proposed method and American specification ACI318 -08.%混凝土箱梁桥中的横隔板,在横桥向应按深梁考虑其受力,可采用拉压杆模型方法进行设计.针对不同支承条件和受载工况下的横隔板,探讨了拉压杆模型的构形原则与方法.最后,针对某横隔板的施工受力工况,按照拉压杆模型方法并依据美国ACI318 -08规范对其进行了配筋设计.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2011(027)006【总页数】6页(P48-53)【关键词】桥梁;横隔板;拉压杆模型;深梁;配筋设计【作者】陈志文;刘钊【作者单位】东南大学土木工程学院,南京210096;东南大学土木工程学院,南京210096【正文语种】中文1 引言墩顶横隔板是混凝土箱梁桥的重要组成部分。
简述拉压杆模型在桥梁结构计算中的应用研究摘要:钢筋混凝土桥梁结构的分析中常以截面为分析对象的极限状态法。
此种分析方法存在一定局限性。
基于此研究人员提出了拉压杆模型设计方法。
以下是本文分析的桥梁结构计算中拉压杆模型的应用情况。
关键词:拉压杆模型;桥梁结构;计算按弯构件设计混凝土桥梁B区,承载能力极限状态以及正常使用极限状态的计算都是以截面分析为基础。
混凝土桥梁D区的设计问题涉及不多,D区几何受力较为复杂,单纯依靠经验,结构性裂缝较为严重。
基于此制定了拉压杆模型对D区进行设计。
1.拉压杆模型的概述1.1国内研究现状拉压杆模型计算方法的产生基础为桁架模型。
现阶段我国的混凝土桥梁设计规范中,按弯构件设计混凝土桥梁B区,该区域的承载能力极限状态的计算以及正常使用极限状态的计算都是以截面分析为基础。
但是构件设计模型应用到混凝土桥梁设计中的D区,实用性不强。
D区在几何受力较为复杂的情况下,如果按照以往设计经验对D区进行设计,常常会出现结构性裂缝问题。
根据相关文献记载,在桁架模型基础上发展而来的拉压杆模型可以满足混凝土桥梁D区的施工精度要求,此种模型设计计算方法在任何混凝土结构和荷载情况下均可以使用。
国内混凝土结构D区的配筋计算都是按照以往实验经验和试验分析中得出的构造要求。
此种计算方式存在不少的问题,一是该计算方式下产生的误差较大,设计模式上都有较强的保守性。
二是力学概念相对模糊,相关概念不清的情况下,加大了理解的难度,因此该计算方法掌握起来也较为困难。
而伴随有限元发展起来的拉压杆模型计算方法,是对混凝土结构受力本质的抽象性概括。
此种模型计算方法以结构受力本质为基础,在受力概念非常明确的情况下,便于理解和掌握。
据大量的混凝土桥梁工程实践证实,拉压杆模型计算方法非常适用于混凝土桥梁D 区,也就是与平截面设定不符合的混凝土桥梁区域。
国外混凝土桥梁研究人员在混凝土结果计算上采取拉压杆模型计算方法。
D 区采用拉压杆模型计算方法其计算精度与B区的计算精度一样,该模型计算方法的出现极大解决了混凝土桥梁D区设计计算中受剪力困扰的问题。
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。
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。