桁架拉压杆模型在结构梁分析中的应用.pdf

粉煤灰综合利用F L YA S HC O M P R E H E N S I V EU T I L I Z A T I O N2 0 1 7N O 1桁架拉压杆模型在结构梁分析中的应用A p p l i c a t i o nA n a l y s i so nT r u s sT e n s i o nC o m p r e s s i o nB a rM o d e li nS t r u c t u r a lB e a m i s张哲1，郭鹏飞2(1 衡水市建设工程质量检测中心，衡水0 5 3 0 0 0；2 河北建研科技有限公司，石家庄0 5 0 0 0 0)摘要：桁架以其对结构梁受力原理及材料力学基本原理的简化程度而在结构分析中受到广泛应用，本文就桁架拉压杆模型在结构粱分析中的应用进行了总结分析，有利于更好理解掌握结构梁的受力特点，能够更有效地配置材料的位置及数量以充分发挥结构梁截面效能。关键词：桁架拉压杆；结构梁；截面效能中图分类号：T U 3 7 8 6文献标识码：A文章编号：1 0 0 5 8 2 4 9(2 0 1 7)0 l 一0 0 5 5 0 2桁架模型以其简单的组成形式能较清晰反映出结构梁在弯矩及剪力作用下的拉压应力特点而在结构分析中得到广泛应用。简支梁在均布荷载作用下，梁内部主拉、主压应力迹线如图l 所示，由于剪应力v 和弯曲应力f 的大小沿梁的纵向和在竖向随距中和轴的距离都是变化的，所合成的主应力t 的倾角及其大小也是处处变化的，在这些应力轨迹线上，任意点画出的方向即作用于该点具体主应力(拉或压)的方向，即在弯矩与剪力共同作用下在截面中产生的斜向拉力与斜向压力，在中和轴处梁内的主应力和梁轴成4 5。角，在接近跨中的最外纤维处，主应力是水平的q赢上图1梁均布荷载作用下的主应力迹线梁1混凝土简支梁分析的斜压杆一拉杆桁架模型混凝土是一种抗压强度很高但抗拉强度很低的材料，当混凝土结构承受荷载时，混凝土通常会在收稿日期：2 0 1 6-0 9 2 7受拉区开裂，故需采用钢筋等抗拉强度高的材料进行加强。基于混凝土抗压和钢筋抗拉的这一理念产生了拉压杆模型。在拉压杆模型中，由混凝土压杆和钢筋拉杆共同组成了承受弯矩与剪力作用的桁架。简支梁内部的应力迹线可由桁架来模拟，主筋作为受拉弦杆，混凝土上翼缘作为受压弦杆，箍筋作为竖向受拉腹杆，斜裂缝间混凝土作为4 5 0 的受压斜杆，拉压杆共同组成受力体系来抵抗梁中的弯矩和剪力。混凝土的抗拉强度较低，为了避免弯矩与剪力产生的斜向拉力引起混凝土裂缝的发生，应配置足够箍筋来承担斜向拉力，同时为了避免箍筋配置过多而导致斜向压力引起混凝土受压破坏的发生，应保证混凝土的剪压比，以避免梁截面脆性破坏的发生。同时应保证混凝土梁底部或顶部纵向受拉所需纵向钢筋的配置，并满足配筋率的要求。2 混凝土牛腿分析的斜压杆一拉杆桁架模型从受力状态而言，牛腿实际上是一个承受负弯矩的短悬臂梁，其承受牛腿顶面传来的巨大集中荷载而引起的负弯矩，以及同时产生的巨大剪力。一般情况下，牛腿顶面上作用有很大的竖向力，有时还伴随着一定的水平力(屋顶的风力、吊车梁传来的吊车水平制动力等)，牛腿作为柱子的一部分所起的作用就是将这些荷载传递给柱子。由于悬臂很短，牛腿的受力特征可以比拟为一S 气2 0 1 7N O 1粉煤灰综合利用F L YA S H0 0 M P R 咖N S I v EU m J Z A T I(N个三角桁架。牛腿顶部的水平纵向钢筋可以比拟成拉杆，而牛腿外侧的混凝土可认为是一个斜向压杆，从而形成一个最简单的三角形桁架模型J。由于这样的受力特征，牛腿设计的主要问题就是与巨大剪力有关的斜向压杆截面尺寸问题，以及与水平拉杆有关的顶部水平受力钢筋以及水平配箍筋的问题。因此在进行牛腿设计时，应充分保证牛腿顶部受拉钢筋的配置，并应使其有足够的截面尺寸以承受斜向压力。3 混凝土深梁分析的斜压杆一拉杆模型对于深梁而言，大部分荷载是由荷载作用点到支座由斜压杆直接传递的。大体平行于荷载作用点至支座连线方向形成的斜裂缝分割出的斜向压杆，它与深梁上部混凝土的水平压力和深梁下部主筋的拉力共同作用来平衡深梁荷剖4。由于受上述特性支配，当斜裂缝发生时，在多数情况下深梁内主应力方向的倾角要陡于4 5 0，因此尽管配置竖向箍筋是很重要的，但其功效往往小于所配置的水平腹筋，水平腹筋更为有效，这不仅因为它们作用在更接近垂直于斜裂缝的方向，从而改进了骨料咬合作用的剪力传递，还因为它们的销栓作用有助于剪力传递。因此在进行深梁截面设计时，应充分重视水平箍筋的作用。4 钢梁腹板受弯屈曲的桁架模型工字形截面钢梁受弯构件中腹板以受剪为主，抗弯的作用远不如翼缘有效。增大腹板的高度，可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。然而，在增大腹板高度的同时如果随之增大它的厚