欧洲规范拉-压杆模型设计分析
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中欧钢结构构件受力计算规范比较作者:刘晓刘振华来源:《中国新技术新产品》2016年第22期摘要:本文针对钢结构典型的轴心受力构件,运用中国和欧洲的规范,从原理及计算方法上进行比较,为海外项目钢结构设计提供参考。
关键词:钢结构;受弯构件;欧洲规范中图分类号:TU392 文献标识码:A随着中国建筑企业技术的提高,国际业务的拓展,承接越来越多的海外项目渐成趋势。
对于土建专业来说,掌握国外规范成为一项当务之急。
其中欧洲规范在欧洲以及新加坡,马来西亚等英联邦国家有广泛的应用。
本文针对基本受力钢结构构件,对两种规范进行对比,并列出基本算例,验证相关结论。
1.轴心受拉构件强度计算1.1 欧洲规范BS EN 1993-1-1∶2005计算方法介绍欧洲规范条款6.2.3中通过考虑以下两种情况,取较小值作为构件受拉承载力:按毛截面计算:其中γM0取为1,γM2取为1.25。
对于C型钢和只有一个角肢连接的角钢受拉强度计算另有详细的规定。
1.2 中国规范GB50017-2003计算方法介绍轴心受拉构件一般是按“毛截面屈服”和“净截面拉断的准则”进行计算的。
由于断裂的后果比屈服更为严重,为了方便设计,我国规范对有孔拉杆按净截面屈服进行计算。
中国规范按净截面屈服计算,而欧洲规范按毛截面屈服和净截面拉断进行计算。
仅从公式上看,不易看出轴心抗拉强度计算哪个规范更偏于安全。
2.轴心受压构件整体稳定强度计算2.1 欧洲规范计算方法介绍2.1.1 钢构件截面分类欧洲规范根据受压区的宽厚比,分为四大类:一类(塑性截面),二类(紧凑型截面),三类(半紧凑型截面),四类(细长型截面)。
2.1.2 计算方法规范定义了受压构件的有效长度:杆件在平面内可以有效防止失稳的位置约束或方向约束点间的距离,约束应有充分的强度和刚度以阻止约束点的位置或方向上的运动。
第四类截面。
2.2 中国规范GB50017-2003计算方法介绍轴心受压构件强度与轴心受拉相同,但通常整体稳定是确定截面的最重要因素。
第18卷第6期2020年12月水利与建筑工程学报JournalofWaterResourcesandArchitecturalEngineeringVol.18No.6Dec.,2020DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2020.06.037收稿日期:2020 06 01 修稿日期:2020 06 27作者简介:董官炯(1988—),男,四川巴中人,硕士,工程师,主要从事水利水电工程设计工作。
E mail:502751173@qq.com中欧混凝土结构设计规范有关受扭承载力计算的比较董官炯,商开卫,王树平(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都610072)摘 要:欧洲规范在国际工程建设领域应用较多,通过对《水工混凝土结构设计规范》(DL/T5057—2009和《混凝土结构设计》(EN1992—1—1)有关构件受扭承载力计算进行比较研究,并结合吊车梁计算实例,分析中欧规范在混凝土受扭构件结构计算中的差异。
结果表明采用欧洲规范进行受扭构件结构计算的安全度要高于中国规范,计算所需钢筋截面面积也更大。
关键词:受扭承载力计算;中欧混凝土结构设计规范;吊车梁;比较中图分类号:TV331;TV314 文献标识码:A 文章编号:1672—1144(2020)06—0219—04ComparisonofTorsionalCapacityCalculationBetweenChineseandEuropeanConcreteStructureDesignCodesDONGGuanjiong,SHANGKaiwei,WANGShuping(PowerChinaChengduEngineeringCorporationLimited,Chengdu,Sichuan610072,China)Abstract:Europeanstandardshavebeenwidelyappliedinthefieldofinternationalengineeringconstruction.Thetor sionalcapacitycalculationbetweenDL/T5057—2009DesignSpecificationforHydraulicConcreteStructuresandEN1992—1—1DesignofConcreteStructuresiscomparedinthispaper,anddifferencesofstructuralcalculationofcon cretetorsionmemberareanalyzedcombinedwiththecranebeamcalculation.TheresultsshowthatthesafetydegreeofthetorsionstructurecalculatedbytheEuropeanstandardsishigherandthereinforcementareaislarger.Keywords:torsionalcapacitycalculation;ChineseandEuropeanconcretestructuredesignstandards;cranebeam;comparing 近年来,越来越多的中国企业走出国门,响应国家“一带一路”和“走出去”的战略号召,承包国外各种各样的工程建设项目,因此了解国际常用规范和国内规范的差异很有必要。
第31卷第10期2004年10月建筑技术开发BuildingTechniqueDevelopmentVol.31,No.10Oct.2004技术开发报道国外钢结构设计规的几点比较肖桂清1,2茂华侯建国22(11学院,432000;21大学土木建筑工程学院,430072)[摘要] 以我国新修订的钢结构设计规GB5001722003为基础,结合美国钢结构设计规LRFD22001及欧洲钢结构设计规EC3,对3本规中拉、压杆的屈曲限值以及梁腹板受剪屈曲后强度的计算方法进行了计算分析和比较,有关分析结论可供工程技术人员了解国外钢结构设计规的技术水平和发展动态时参考。
[关键词] 屈曲限值;腹板;翼缘;屈曲后强度,力场理论;通用高厚比[中图分类号] TU391 [文献标识码] A [文章编号] 10012523X(2004)1020001203 COMPARATIVELYSTUDYTHEBUCKLINGLIMITATIONS OFCOMPRESSIONORTENSILEMEMBERSANDTHECALCULATINGMETHODOFPOST2BUCKLINGSTR ENGTHOFTHESHEARWEBBEAMXiaoGui2qing LiMao2hua HouJian2guo[Abstract]OnthebasesofChinesenewnationalstandard,GB5001722003,combinedwithAmeric anstructuralsteelcriterionandEuropeancriterionEC3,calculatedanalyzedandcomparedthebucklinglimitatio nsofcompressionortensilemembers,andthecalculatingmethodofpost2buckling strengthaboutthebeamthatsubjectedtoshearinit’sweb.Therelevantconclusi onprovidedtheengineeringtechnicianwithaconferencetolearnthedevelopment andtheleveloftechniqueofthesteelstructurecriterionshomeandaboard.[Keywords]Bucklinglimitations;Web;Flange;Post2bucklingstrength;Tensionfieldtheor y;Generalwebdepth2thicknessratio长期以来我国在工程项目建设中完全采用国标体系,与国际标准接触较少,使得我国工程技术人员不了解国际通用标准,也使得我们在国际市场处于劣势。
拉一压杆模型的建立、设计步骤1 拉一压杆模型的建立混凝土是一种抗压强度很高而抗拉强度很低的结构材料。
当混凝土用于承重结构时,其受拉区将开裂,因而必须用一种抗拉强度高的材料来加强,例如钢筋、钢纤维、玻璃纤维和碳纤维等。
混凝土中的钢筋数量要通过设计来确定,使其能够承担混凝土所不能承担的拉力。
应用混凝土抗压、钢筋抗拉的概念,就形成了“拉一压杆模型”。
这一模型认为,混凝土压杆和钢筋拉杆构成了桁架,可以承受所作用的荷载。
1.1 拉一压杆模型的设计依据其设计思想是直接依据有限元程序分析得到的结构内部应力分布图及应力曲线图(或荷载传力路径),分析出整个结构内部的“力流”,而不是求某一特定截面上的力。
将同一方向上主要的拉压杆交汇区以节点模拟,从而建立一个替代原结构的拉一压杆模型(即通常所谓的桁架模型),并根据作用在模型上的内外力平衡条件计算出模型内杆件的内力。
然后,按照拉一压杆模型法的具体设计准则进行压杆与节点区的混凝土应力安全验算,从而确定结构截面尺寸是否满足要求,并对拉杆进行配筋设计,最后,再按一定的要求进行结构整体配筋。
2 设计步骤(1)依据有限元分析并结合“荷载传力路径”勾划出“D区”内的力流并定出由压杆、拉杆或支承面所限定的节点区;(2)确定荷载及反力面积的尺寸,使节点区应力小于容许的限值;(3)确定桁架模型的几何尺寸,压杆由通过中心线的桁架压杆所代表,拉杆则由通过钢筋重心线的桁架拉杆所代表。
桁架节点位于压杆、拉杆和作用荷载或反力的交点。
在确定几何尺寸时,应考虑到节点区的实际尺寸。
当有承压板时,节点区的尺寸取决于承压板的尺寸,以及拉杆的锚固细节;(4)确定桁架中各杆件所受的力;(5)确定拉杆钢筋所需面积;(6)确实保证拉杆有足够的锚固力并分布在足够的锚固面积上,以满足节点区的应力限值;(7)用有效压杆面积计算并校核关键截面的压杆应力。
按此方法设计的结构构件概念明确、传力途径清晰、安全可靠且有理论依据的。
深梁配筋设计的拉压杆模型法王成刚【摘要】The design principle and general design procedure of the strut-and-tie model(STM) method are introduced.A deep beam is designed based on STM method and national code method.By comparison of the results of the two methods,it is shown that the reinforcement quantity is basically consistent.The theoretical basis of the design based on the STM method is reasonable and reliable,the design idea is very clear,and it is a new,simple and effective design method for concrete structure.%文章介绍了拉压杆模型法的设计原理及具体步骤,并以深梁为例采用拉压杆模型法进行了具体设计,将设计结果与我国规范方法的计算结果进行比较分析可知,2种方法得到的配筋结果比较一致,拉压杆模型法设计方法理论依据更为合理,设计思路十分清晰,是一种简便有效的混凝土结构新的设计方法.【期刊名称】《合肥工业大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(036)007【总页数】4页(P841-844)【关键词】深梁;配筋;设计方法;拉压杆模型【作者】王成刚【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TU318.1钢筋混凝土深梁一般指跨高比l0/h≤2的简支梁和l0/h≤2.5的连续梁[1]。
结构体系中高效的拉杆-压杆应用拉杆-压杆理论在英文词语叫stru-and-tie theory,属于宏观层面上的计算理论,它属于二力杆范畴,没有考虑边界条件。
在结构设计中不涉及构件材料塑性的情况下得到了广泛的应用,例如常说的牛腿,构件节点和桩承台的传力,这里在结构体系上去说明一下这个理论。
1.高层中设置伸臂的作用
利用外框柱的拉力和压力平衡一部分由水平荷载作用下的结构整体倾覆弯矩。
2.高层中腰桁架的设置
高层中外框柱的受力存在剪力后滞(shear lag),设置腰桁架可以有效克服剪力后滞的影响,使外框柱受力更加均匀。
这个有利作用的原因就是利用桁架的轴力来传递由水平力引起的楼层剪力,避免用外框梁的抗弯能力来传递。
3斜撑的设置
利用斜撑的拉压使框架形成一个整体,提高整体刚度(利用斜撑的轴向刚度来补充框架的抗弯刚度形成整体刚度),例如平面框架加了斜撑,其作用效果如同剪力墙。
这
一点可以反过来说明其合理性,在剪力墙的宏观模型中就有这样的一个简化模型:“口”字+“X”字。
口字的两个竖向仅承受轴向力,X字利用轴压或轴拉来平衡剪力墙的剪力。
因此,在结构体系中,越来越多的高层、超高层在立面上设置了巨型斜撑,利用斜撑的拉压受力模式来增强受力的整体性。
拉杆件结构的实用设计与分析拉杆件结构是工程界广泛应用的一种结构形式,其具有重量轻、强度高、易于制造、耐久性好等优点,因此被广泛应用于建筑、航空、航天、交通等领域。
为了保证拉杆件结构的实用性和安全性,需要进行合理的设计与分析。
拉杆件结构设计拉杆件结构设计的目标是满足工程实际需求,同时保证结构的安全可靠。
具体而言,设计过程中需考虑以下因素:1.荷载分析:需要对结构受到的荷载进行分析,计算出拉杆件所需的强度和稳定性。
2.材料选用:合理的材料选用能够保证结构的强度和寿命。
普遍采用的材料有钢、铝、钛合金等。
3.结构设计:拉杆结构设计需要考虑结构稳定性、刚度、尺寸、紧固件、连接方式等因素。
为了提高结构的可靠性和安全性,设计过程中应采用结构优化技术,进行模拟试验和计算分析,并根据分析结果进行调整和改进。
拉杆件结构分析拉杆件结构分析的目的是通过数学模型计算得到结构的力学性能,从而确定结构的可靠性和安全性。
具体而言,分析过程应考虑以下因素:1.静力学分析:通过计算静态等例力,确定拉杆件所受的应力和变形,以及结构是否稳定。
2.动力学分析:考虑结构在受到动态荷载时的应力和变形情况,以及结构的寿命。
3.疲劳分析:考虑结构在一定次数的荷载作用下是否会产生疲劳损伤,从而保证结构的寿命。
拉杆件结构分析应采用计算机仿真技术,通过有限元法等方法进行模拟分析,并应根据分析结果进行调整和改进。
拉杆件结构的实用设计与分析在工程实践中具有重要作用。
通过科学的设计和精确的分析,可以保证拉杆结构的安全可靠,降低工程风险,提高工程质量和效率。
为了进一步提高拉杆件结构的设计水平和应用效果,需要不断推进相关技术的研究和应用。
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。
结构受扰区的拉压杆模型设计法李传习;卢春玲【摘要】介绍了拉压杆模型法的发展、模型建立的步骤和3种建立拉压杆模型的方法,还介绍了美国ACI 318-05规范中关于压杆内力、承载力及有效面积的确定方法、杆件及结点的强度检验公式.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2007(027)002【总页数】4页(P204-207)【关键词】混凝土结构;设计方法;拉压杆模型【作者】李传习;卢春玲【作者单位】长沙理工大学,桥梁与结构工程学院,长沙,410076;桂林工学院,土木工程系,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】TU318.1拉-压杆模型被认为是混凝土构件受扰区域( 应变分布复杂的那部分区域) 设计的一种基本方法. 钢筋混凝土结构在出现大量裂缝后,作用在结构上的荷载将主要由混凝土条带和钢筋来承受,这就形成了荷载在结构内部传递机理. 钢筋混凝土构件被理想化为一种由混凝土压杆和钢筋拉杆组成的类似桁架的结构,这些拉杆和压杆象征在混凝土构件中实际荷载的传力机制和支撑情况.建立拉压杆模型来研究荷载、反力、混凝土压杆和钢筋拉杆中的内部力之间的平衡,通过结点平衡条件求出各杆件内部的作用力,然后反算出拉杆所需钢筋的数量并验证混凝土压杆及结点是否在规定的应力范围内,以确保结构的安全.1 拉压杆模型的发展情况拉压杆理论是从桁架模型发展而来的,带45°斜压杆的桁架模型最早是在1899 年由Ritter 在钢筋混凝土梁受剪设计分析中提出的[1],后来Morsch 发展了桁架模型[2],将其应用在钢筋混凝土受扭构件的设计中. 但是,桁架模型得到深入的研究是在上世纪60 ~70 年代. Collins 和Mitchell 提出了考虑变形的桁架模型设计钢筋混凝土和预应力混凝土结构[3]. 从梁的桁架模型概括而来、可以用来设计混凝土结构的受扰区域拉压杆模型是由Marti 在1985 年提出的. Schlaich 在1987 和1991 年发展了桁架模型,对混凝土结构的任一部分可以用统一的拉压杆模型进行设计[4]. Ramirez和Breen 在1991 年提出了多种倾角斜杆和考虑混凝土对钢筋的贡献的修正桁架模型,用来设计钢筋和预应力钢筋混凝土梁[5]. 拉压杆模型运用初期,主要是钢筋混凝土深梁、牛腿和缺口梁的配筋设计. 随着拉压杆模型运用范围越来越广,用到了开洞深梁[6]、高桩承台[7]、开洞剪力墙[8]、开洞缺口梁[9]、变截面混凝土梁[10]等的配筋设计.拉压杆理论除了可以进行配筋设计外,还可以进行节点区的裂缝宽度预测[11]、体外预应力混凝土梁[12]、小高跨比连梁[13]的承载力预测; 预应力混凝土深梁[14]、钢筋混凝土深梁抗剪强度的预测[15,16],以及碳纤维包裹混凝土构件抗剪设计中碳纤维用量和包裹层数的确定[17].随着拉压杆理论的成熟和在结构受扰区设计中越来越多的运用,各国把它写进了规范. 它们分别是加拿大混凝土设计规范( CAN3-A23.3-M8484,CSA A23.3-94) ; 美国州际公路和交通运输协会( American Association of State Highway and Transportation) LRFD 桥梁规范( 1994,1998) ; 美国混凝土协会的混凝土结构设计规范( ACI 318-02,ACI 318-05) ,CEB-FIP 1990 模式规范( 1993) ;欧洲混凝土规范(2001).由上可以看出,拉压杆模型在欧美国家作为复杂应力区结构计算工具应用较广,其发展潜力巨大.国内则缺少这方面的深入研究,运用的则更少.2 拉压杆理论的原理在进行结构设计之前,拉杆的位置和钢筋的数量未知.事实上,设计者的任务是在混凝土结构中建立一个合理的拉压杆模型来加强混凝土结构.在运用拉压杆模型进行混凝土结构的设计中,区分结构的B 区( 梁或贝努利区) 和D 区( 受扰区或非连续区) 是很有用的. B 区是应变分布符合贝努利平面应变线性分布假设的区域,可用常规的方法进行设计. D 区是应变分布复杂的那部分区域. D 区包括几何形状突变附近区域( 几何形状不连续) 或集中力作用附近区域 ( 静力不连续) . 根据圣维南原理,D 区的范围是不连续区域的一个截面高度的范围.2.1 建立拉压杆模型的步骤建立拉压杆模型的流程如图1 所示. 建立拉压杆模型是一个反复调整的过程,特别是在受力或几何形状复杂的混凝土结构中利用这种方法找到一个正确的模型通常需要反复的调整和修改.图1 建立拉压杆模型的流程图Fig.1 Flowing chart of establishing strut-and-tie model2.2 建立拉压杆模型的方法2.2.1 根据“荷载路径法”建立拉压杆模型根据外荷载作用下结构内的力流建立拉压杆模型,称为荷载路径法. 荷载路径定义为结构中某一方向上的荷载从作用位置到反作用位置的传递通道,通道内该方向的荷载数值恒定. 荷载路径法要求建模者很清楚结构的受力,一般适合结构几何形状和荷载工况不是很复杂的情形. 该方法的优点是建模简单方便,适于手算.2.2.2 根据“弹性应力分析”建立拉压杆模型随着计算机有限元计算软件的成熟,利用有限元分析软件得到结构在荷载作用下的主应力迹线来建立拉压杆模型成为一种用得较多的方法. 一般顺着未开裂的均质混凝土构件的线弹性有限元分析得到的主应力的方向来形成拉杆和压杆,且放置在相应截面的应力分布重心处. 不同截面的应力分布重心不同,不同截面的选择就会建立不同的模型. 这样,不同的设计者就可能得出不同的拉压杆模型. 在主拉应力和主压应力交汇的地方形成结点,当然实际结构中是不存在这些结点的,这些结点代表了内部应力的转向或锚固.如果所建立的拉压杆模型与弹性主应力的分布符合较好,则能保证结构在使用过程中不出现过大的变形和裂缝.2.2.3 利用结构的拓扑优化自动建立拉压杆模型以上两种方法是传统的建立拉压杆模型的方法.由于设计者的经验和对结构的理解差异可能有不同模型,而且对几何外形和受力比较复杂的结构常常需要反复的调整模型才能得到一个合适的拉压杆模型.优化理论在过去几十年里得到了很好的发展.拓扑优化主要探讨结构构件的相互联接方式,结构内有无孔洞,孔洞的位置、数量等拓扑形式,使结构能在满足有关平衡、应力、位移等约束条件下,将外荷载传递到约束处,同时使结构的某种性能指标达到最优.连续体结构的拓扑优化在近些年来受到很大的关注. 连续结构拓扑优化后产生的连续拓扑最优结构常常是类似桁架的结构. 因此,利用拓扑优化技术在钢筋混凝土结构中自动建立结构最佳的拉压杆模型是合理的[18,19].图2 是用拓扑优化建立开口深梁结构的拉压杆模型的例子. 深梁长1.25 m、高0.75 m,在顶部作用两个140 kN 的集中力,混凝土的杨氏模量为E=20 820 MPa,泊松比为0.15. 采用Ansys 拓扑优化模块进行拓扑优化建立结构的拉压杆模型,Ansys 中采用基于刚度准则的ESO 优化方法. 优化目标是寻找满足刚度约束的最轻结构. 图2 结构材料的删除率为70%,拓扑优化求解采用优化准则法( OC 法) . 收敛精度为两次迭代的误差小于0.001. 图2 开洞深梁在迭代27 次后达到精度要求收敛. 图2a 表示的是收敛后最优的拓扑优化结构. 其中,红色的部分为保留的部分,蓝色的部分为删除的部分. 根据拓扑优化结构图即可直接建立深梁和开洞深梁的拉压杆模型.图2 开洞深梁拓扑优化分析及拉压杆模型Fig.2 Strut-and-tie model of deep beam with hole从以上例子可以看出,利用拓扑优化的最终优化结构可以自动建立合适的拉压杆模型,非常方便快捷.常规方法反复调整模型才能得到一个合适的拉压杆模型的过程由计算机自动迭代去完成.需要指出的是根据刚度准则的最终拓扑优化结构只能指出拉压杆模型中压杆、拉杆和结点的位置,但是不能区分拉杆和压杆及它们的具体尺寸.2.3 拉压杆内力、承载力及有效面积的确定方法2.3.1 拉压杆内力Fu 的确定当待求结构的拉压杆模型建立后,便可确定拉压杆模型各杆件的内力Fu. 如果模型是静定结构,则可以根据作用荷载、支点反力( 或边界力) 利用结点平衡确定杆件的内力Fu. 若模型是超静定结构,可以根据支点反力利用平衡条件确定多余约束力,或者直接指定部分杆件的内力,也可以根据有限元软件分析得到弹性应力,利用在典型截面上的积分来确定多余约束力,然后再根据结点平衡条件确定其余各杆件的内力.2.3.2 杆件有效面积的确定压杆的有效面积Ac 为其中:ws 为混凝土压杆的有效宽度;b 为构件的厚度;Fu 为压杆的内力;fcu 为压杆的有效抗压强度;Φ为强度折减系数.ACI 318-05 规范列出的斜压杆有效宽度ws 的求法如图3 所示.图中:lb 为支承垫板的宽度;θ 为斜压杆的倾角;wt 为混凝土受拉区高度.拉杆的有效面积Ast( 仅配普通钢筋)图3 斜压杆的有效宽度Fig.3 Effective width of inclined strut其中:Fu 为拉杆的内力;Ast 为普通钢筋面积;fy 为普通钢筋的抗拉屈服强度;Φ 为强度折减系数.2.3.3 杆件承载力的确定 ACI 318-05 规范规定的混凝土压杆的承载力其中:ΦFns 为混凝土压杆的承载力;Fns 为混凝土压杆的名义承载力;其余符号的含义同前.ACI 318-05 规范规定的拉杆的承载力为其中:ΦFnt 为拉杆的承载力;Fnt 为拉杆的名义承载力;Δfp 为预应力钢筋在极限状态时的应力增量.ACI 318-05 规范规定的结点的承载力其中:ΦFnn 为结点的承载力;Fnn 为结点的名义承载力;Fu 为结点处拉杆的内力;fcu 为结点的有效抗压强度;An 为结点沿拉杆方向的有效面积.2.4 杆件及结点的强度检验对于压杆和结点需要进行强度检验,以保证混凝土不被压碎,也就是压杆和结点的应力( 内力除以有效面积) 不应该超过混凝土的有效抗压强度与强度折减系数的乘积. 否则,应增大构件尺寸直至满足条件. 对于压杆和结点的有效抗压强度,不同的规范有不同的取值.ACI 318-05 规范规定的压杆的有效抗压强度其中:βs = 1.00 适于在未开裂的受压结点区的棱柱型压杆;βs = 0.40 适于与拉杆相交的压杆;βs =0.75 适于有抗裂钢筋的瓶型压杆;βs =0.60 适于所有其他的情况;fc' 为混凝土抗压强度设计值.ACI 318-05 规范规定的结点的有效抗压强度其中:βn = 1.00 适于全部连接压杆的结点;βn =0.80 适于连接杆件中仅有一根拉杆的结点;βn =0.60 适于连接杆件中多于一根拉杆的结点.ACI 318-05 规范规定的强度折减系数Φ =0.75 适于压杆、拉杆和结点.3 结语通过介绍拉压杆模型的步骤、建模方法、压杆内力、承载力及有效面积的确定方法、杆件及结点的强度检验,希望能使读者对拉压杆模型进行结构的受扰区设计有一定的认识,并能使结构设计者在设计受扰区时能考虑用拉压杆模型法这一有效的设计方法.【相关文献】[1]Ritter W. 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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。
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1.ACI 318M-05.Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary2.GB 50010-2002.混凝土结构设计规范3.NILSON A H;过镇海;方鄂华;庄崖屏混凝土结构设计 20034.中国建筑科学研究院混凝土结构设计 20035.宋世研;叶列平中、美混凝土结构设计规范构件正截面受弯承载力的分析比较[期刊论文]-建筑科学 2007(07)6.钱国梁钢筋混凝土简支深梁试验研究[期刊论文]-武汉水利电力学院学报 1980(04)7.方江武钢筋混凝土深梁抗剪强度的试验研究 1990(01)8.陈廷国;杨国贤钢筋混凝土简支深梁破坏形态的试验研究 1990(02)9.李欣集中荷载作用下超高强混凝土无腹筋梁抗剪强度的试验研究[学位论文] 200210.王伟纵筋率对剪跨比为1.5的有腹筋简支梁受剪性能的影响[学位论文] 200311.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 200612.支运芳;王敢峰;李立仁集中荷载作用下超高强混凝土无腹筋梁抗剪强度的试验研究[期刊论文]-重庆工学院学报(自然科学版) 2005(03)13.QUINTERO-FEBRES C G;PARRA-MONTESINOS G;WIGHT J K Strength of Struts in Deep Concrete Members Designed Using Strut-and-tie Method[外文期刊] 2006(04)14.张峰;叶见曙;徐向锋预应力混凝土梁非线性分析单元模型[期刊论文]-交通运输工程学报 2007(05)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)2.孙传洲.夏学军顶部和底部荷载共同作用下深梁的拉压杆模型[期刊论文]-国外桥梁2001(2)3.黄颖.张百胜.HUANG Ying.ZHANG Bai-sheng钢筋混凝土深受弯试验梁的拉压杆模型分析[期刊论文]-山西建筑2008,34(32)4.王田友.苏小卒钢筋混凝土结构的拉压杆模型设计方法及现状[期刊论文]-四川建筑科学研究2004,30(3)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]-20066.方从启.刘朝山.FANG Cong-qi.LIU Chao-shan混凝土结构设计的拉-压杆模型方法——Ⅰ:模型建立[期刊论文]-混凝土2009(9)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]-20071.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:/Periodical_xbjzgcxyxb200902014.aspx。
中美钢结构规范拉压构件设计方法比较
梁德勇
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2010(032)001
【摘要】作为国际上的一种通用规范,美国钢结构设计规范的应用经常成为涉外工程标书中的要求,运用美国规范,深层次理解美国规范,都是工程实践中设计人员普遍关心而又迫切需要解决的问题.本文通过介绍(GB50017-2003)中国钢结构规范和(ASIC-LRFD1999)美国钢结构规范对杆式构件在拉、压作用下的计算规定异同,同时结合结构分析软件SAP2000,对静定桁架进行算例分析,并比较异同,供工程设计人员参考使用.
【总页数】3页(P62-64)
【作者】梁德勇
【作者单位】黑龙江省工程咨询评审中心,哈尔滨,150010
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
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