结构混凝土通向协调设计的压杆-拉杆模型

提出了对所有结构类型和其所有部件都采用统一的、协调一致的设计概念 ,以改变过去对结构的某些部分的设计过于精细 ,而对另一些部门则凭经验办事的不合理现象。这种协调一致的概念是以切合实际的物理模型为依据的。压杆 -拉杆模型是熟知的桁架相似法的扩充和推广 ,它适用于钢筋混凝土和预应力混凝土的各种结构和结构的各部分 ,包括应变为线性分布及非线性分布部分、几何连续及不连续部分。介绍了压杆 -拉杆模型设计的原理和方法及其应用实例。

拓扑优化拉杆-压杆模型在索塔锚固区的应用

为改善传统索塔锚固区拉杆-压杆模型的精度,采用密度法对传统模型进行拓扑优化。将连续介质离散为若干有空穴的单元,设定拓扑优化方向(体积减小率)进行迭代,得到相对密度趋近于1的单元,即找到最有效的荷载传递单元和路径,从而获得精确的拉杆、压杆面积和角度。将该方法应用于索塔锚固区强度校核中,以迫龙沟特大桥为例进行说明。采用通用软件ABAQUS建立该桥上塔柱索塔锚固区节段模型,通过拓扑优化获得节段有效传力区域退化模型,求解模型中拉杆、压杆及节点强度,并采用AASHTO规范校核,结果表明杆件及节点强度均满足要求。

均布荷载下深梁设计的压杆-拉杆模型

为使钢筋混凝土深梁的设计建立于合理的理论基础之上,研究了基于压杆-拉杆模型的深梁设计方法。通过将均布荷载下的钢筋混凝土深梁简化为多个具有同一拉杆的简单桁架,建立了均布荷载下深梁的压杆-拉杆模型,推导出了拉杆拉力、压杆压应力的计算公式,并用一个实例验证了该方法。研究结果表明:在该模型中,与拉杆夹角为26.5°的斜压杆控制混凝土的强度,与拉杆夹角为90°的斜压杆控制限制裂缝的最小配筋量。

压杆-拉杆模型在混凝土结构设计中的应用

介绍了利用压杆 -拉杆模型进行混凝土结构设计的方法 ,阐述了模型的选择 ,压杆、拉杆及节点区内力的计算和应力限值 。

利用压杆-拉杆模型进行结构混凝土的评估和加固

介绍了利用压杆 -拉杆模型对现有结构混凝土承载力的评估及加固方法 ,运用实例论述了压杆

2个移动荷载下深梁设计的压杆-拉杆模型

为使深梁的设计建立于合理的理论基础之上,采用压杆-拉杆模型的设计方法对2个间距一定的移动荷载下的钢筋混凝土深梁进行设计。建立了2个移动荷载下深梁拓扑结构变化的压杆-拉杆模型,给出了拉杆拉力、压杆压应力的计算公式,并用一个实例验证了该方法的合理性。结果表明:当荷载移动到深梁接近跨中的某一位置时,拉杆承受的拉力最大,应以此确定需要的纵向受拉钢筋面积;当荷载移动到深梁接近于支座时,混凝土压杆的压应力最大,应通过压应力得出深梁的截面尺寸及混凝土的抗压强度。

基于压杆-拉杆模型的次梁-主梁节点设计——混凝土规范9.2.11条附加钢筋设计再思考

现行《混凝土结构设计规范》对梁附加横向钢筋设计有明确规定。压杆-拉杆模型能很好地解释次梁-主梁节点设计的实质。通过模型分析提出次梁-主梁节点附加钢筋设计的建议。

基于可视化荷载路径的结构混凝土拉-压杆模型

通过荷载路径可以直观地了解结构实现其功能的方式。本文首先根据荷载路径的定义 ,介绍一种基于平衡原理 ,将有限元方法和流线追踪算法结合 ,确定二维线弹性结构中荷载路径的方法。采用这种方法结合商用有限元软件Algor13和商用数据处理软件Tecplot9.0 ,把前者得到的结构应力计算结果及对应的有限元网格信息通过数据文件输入后者 ,以得到结构内连续的可视化荷载路径。最后 ,本文将这种方法用于确定牛腿结构中的可视化荷载路径 ,并在此基础上建立该结构的拉杆 压杆模型。

基于我国规范的压杆-拉杆设计方法

介绍了近年来得到广泛重视并在一些混凝土结构设计规范中得到应用的压杆-拉杆模型,以及美国混凝土结构规范ACI 318-05中的压杆-拉杆模型设计方法。根据对混凝土结构压杆-拉杆模型的分析,提供了按我国混凝土结构规范的设计参数(荷载、混凝土强度、钢筋强度)时,采用压杆-拉杆模型进行设计的方法,并给出了按该方法进行设计时与按ACI 318-05规范设计时安全度的对比分析,最后给出了按我国参数进行设计的示例。

压杆-拉杆设计法在花瓶式桥墩设计中的应用

介绍了压杆-拉杆模型进行混凝土构件D区设计的方法,对模型的选择,压杆、拉杆及节点区尺寸的确定进行了阐述,并将其应用于混凝土花瓶式桥墩墩顶区域的配筋设计。建立了桥墩有限元模型进行极限承载力分析,对压杆-拉杆模型参数的选取以及配筋结果进行验证。认为合理的选取压杆-拉杆模型和参数进行构件验算,可以减少按经验配筋的盲目性,优化花瓶式桥墩墩顶配筋。

短悬臂盖梁柔性拉压杆模型分析研究

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)基于应力扰动区(D区)刚性拉压杆模型给出了短悬臂盖梁承载能力极限状态的计算方法,但对于正常使用极限状态抗裂验算未进行规定。如果按刚性拉压杆模型进行抗裂验算,则拉杆钢筋的应力往往偏大,配筋将过于保守。实际上拉杆和压杆刚度相差较大,按有限变位的柔性拉压杆模型推导了拉杆拉力的计算公式,并结合工程实例采取有限元实体模型进行验证,结果表明柔性拉压杆模型计算结果精度更高,与有限元分析结果更吻合,相关结论可供类似工程参考。

钢筋混凝土无腹筋简支和连续深梁压杆-拉杆模型的评价与改进

压杆-拉杆模型(strut-and-tiemodel,STM)被广泛应用于钢筋混凝土深梁受剪承载力计算中。基于可靠的钢筋混凝土无腹筋简支和连续深梁剪切试验数据库,对ACI318-14、EC2和CSAA23.3-04的STM进行了评价,结果表明:ACI318-14与EC2中的STM不能准确反映剪跨比对深梁受剪承载力的影响,而CSAA23.3-04中的STM在计算连续深梁受剪承载力时偏于不安全。因此,依据试验数据库,提出考虑剪跨比和混凝土强度影响的压杆有效系数,用于无腹筋或者腹筋配筋量不满足最小配筋率要求的压杆有效强度的计算。在此基础上,建立了改进的深梁STM,通过与试验数据及其他规范的比较,认为所提模型的适用范围广(剪跨比不大于2.5),预测深梁的受剪承载力能同时保持较低的变异系数(0.29)和较高的安全余度(不安全预测值的占比为5.4%)。

钢筋混凝土简支深梁压杆-拉杆模型试验对比分析

深受弯构件的拉压杆模型已经得到了广泛的认可。为研究混凝土深梁设计中采用的压杆-拉杆模型,进行了简支深梁集中荷载下的模型静载试验。试验设计依据为《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中深梁的相关规定及美国《混凝土结构建筑规范》(ACI318M-05)中压杆-拉杆模型设计的相关规定,试验参数为剪跨比、配筋方式等。试验结果表明,深梁混凝土抗压强度软化系数β与剪跨比和分布钢筋配筋率有关;水平分布筋对于承载力的贡献大于竖向分布钢筋。根据试验结果比较,中国规范对于小剪跨比(λ≤1)深梁的设计有较大的安全储备,美国规范深梁设计中所采用的压杆-拉杆模型较为经济合理。

优化方法建立钢筋混凝土梁压杆-拉杆模型

压杆-拉杆模型是复杂钢筋混凝土结构设计的标准方法之一,但很少扩展到浅梁的设计。钢筋混凝土梁压杆-拉杆模型的建立方法很多,但由这些方法得到的压杆-拉杆模型是否能反映结构最本质的受力状况尚无定论。该文采用寻优能力强的拓扑优化算法——遗传演化结构优化算法(GESO)来构造钢筋混凝土梁的压杆-拉杆模型,同时为了确保所得结果的最优性,采用经典的Michell准则和试验方法判断和解释GESO算法的计算结果。该文以跨高比从7变化到1的简支梁和两跨连续深受弯构件为例证明了采用GESO算法能构造满足Michell准则的钢筋混凝土梁压杆-拉杆模型,由该文总结出的钢筋混凝土梁的压杆-拉杆模型的规律有助于设计类似构件。

运用宏观力学模型探索结构局部区域钢筋布置

结构局部区域(应力、应变被干扰区域)常常是结构的关键部位。采用压杆-拉杆这种宏观力学模型方法可避开复杂的有限元计算,就可明确这类区域的主导传力路径,进而采取相应的构造处理措施,保证结构安全。本文论述了压杆-拉杆模型方法的基本概念、基本原理、建立方法、计算方法和应用示例,为解决结构局部区域钢筋合理布置提供了一种有效手段。

按我国规范的压杆-拉杆设计方法

本文介绍了近年来得到广泛重视并在一些混凝土结构设计规范中得到应用的压杆-拉杆模型,以及美国混凝土结构规范(ACI 318-05)中的压杆-拉杆模型设计方法。根据对混凝土结构压杆-拉杆模型的分析,提供了按我国混凝土结构规范的设计参数(荷载、混凝土强度、钢筋强度)时,采用压杆-拉杆模型进行设计的方法,并给出了按本文方法进行设计时与按ACI 318-05规范设计时安全度的对比分析,最后给出了按我国参数进行设计的示例。

腹筋对连续深梁剪切破坏影响的有限元分析

我国现行混凝土结构设计规范关于腹筋对深梁抗剪承载力影响的考虑,主要基于简支深梁的试验数据和计算模型,相关规定对于连续深梁的适用性有待验证。腹筋对连续深梁抗剪性能的影响机理十分复杂,系统的试验研究较少,试验结果比较分散。为了弥补试验研究的不足,采用非线性有限元方法模拟钢筋混凝土连续深梁的受力性能。利用已有的试验数据,验证了基于ATENA软件建立的有限元模型,并以此为基础,对以腹筋配筋率和剪跨比为变量的64根连续深梁进行分析,研究腹筋对连续深梁受剪承载力的影响。有限元分析结果与规范公式和压杆-拉杆模型(STM)及最新提出的三参数机动法(3PKT)的比较表明,中国规范高估了水平腹筋对构件受剪承载力的贡献,STM和3PKT方法也存在各自的不足。

无腹筋混凝土短梁受剪承载力尺寸效应研究

《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中对于短梁受剪承载力的计算没有考虑梁高的影响,而现有研究表明无腹筋梁的抗剪承载力随梁有效高度的增加而降低。梁受剪尺寸效应的作用机制并没有统一的认识。为研究无腹筋梁的受剪尺寸效应及作用机制,设计了2组8根无腹筋梁,高度为200~1600mm,剪跨比为2.0。三点简支加载。获取了荷载-挠度曲线、纵筋应变、混凝土应变、裂缝宽度、裂缝张开-滑移位移。计算了临界斜裂缝上的应力。搜集并分析了已有的梁受剪尺寸效应试验数据。研究结果表明:无腹筋短梁抗剪承载力存在尺寸效应;骨料咬合机制对无腹筋短梁抗剪承载力贡献有限;受压区未开裂混凝土的强度具有明显的尺寸效应,进而引起了梁抗剪承载力的尺寸效应;我国规范中短梁和不配置抗剪钢筋的单向厚板的抗剪承载力计算公式基本合理,但对部分短梁和大尺寸梁的受剪承载力预测可能偏于不安全,建议在可靠度校准的基础上适当调整。

钢筋混凝土空腹夹层板剪力键的静力参数化分析

为分析钢筋混凝土空腹夹层板剪力键的静力受剪承载力,本文建立了其压杆-拉杆模型和有限元基准模型。将压杆-拉杆模型计算结果和规范公式以及基准模型计算结果进行了对比。结果表明压杆-拉杆模型与基准模型计算结果较为接近,规范公式计算的受剪承载力与之相差较多。通过参数化分析发现:混凝土的相对受压强度、体积配箍率对剪力键受剪承载力几乎无影响;纵筋配筋率、上肋相对截面高度、剪力键剪跨比对其影响较大。对这些参数进行多元回归分析,得到了基于压杆-拉杆模型的剪力键受剪承载力计算公式。

搭接墙结构的受力机理分析

本文分析搭接墙结构的受力机理,根据压杆拉杆理提出了搭接墙结构的典型破坏形态。搭接墙结构区别于搭接柱结构的本质特征在于空间协同工作能力,其通过搭接扭矩实现。搭接墙结构的计算结果为剖分搭接柱计算结果乘以空间折减系数言,加上搭接扭矩。