简述拉压杆模型在桥梁结构计算中的应用研究

简述拉压杆模型在桥梁结构计算中的应用研究

张华东

身份证号： 220381198 *** 03421x 　广西南宁　 530001

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。目前拉压杆模型计算方法在欧美等各个国家被广泛应用。我国对拉压杆模型计算方法的研究还有待深入，基于此就需要我国混凝土桥梁工程研究人员加强对拉压杆模型计算方法的研究，将其转变成适合我国混凝土桥梁工程的拉压杆模型。

1.2拉压杆模型原理

拉压杆模型的理论研究可以分为三大部分，分别是混凝土压杆强度、结点强度以及拉压杆模型的选取。

混凝土压杆强度：混凝土压杆受力较为复杂，混凝土压杆强度的影响因素较多，如裂缝开展程度、拉杆与混凝土压杆之间的夹角、混凝土压杆与压杆横向应变长细比等。国外学者经过反复的试验得出了开裂后压杆强度与圆柱体轴心抗压强度的计算公式，开裂后混凝土压杆抗压强度=0.85×系数×圆柱体轴心抗压强度，其中里面的系数与压杆形状有关系。

节点强度：结点尺寸确定好后，需要对压杆与节点相交各个面的应力状态进行验算。但是因为涉及到固体的微观层面，单纯借助理论对结点强度进行验算难度系数较大。基于此研究人员普遍采用试验数据回归的经验强度计算公式，那就是混凝土结点强度=有效系数×强度折减系数×圆柱体轴心抗压强度。其中各规范结点强度折减系数见表1。

（3）针对不复杂的结构可以结合有限元分析或者试验选择拉压杆模型。对于较为复杂的结构，拉压杆模型的选择时需要注意的问题较多。复杂结构在选择拉压杆模型时需要借助拓扑优化理论，该理论可以模拟结构内部传力路径，以此为基础对拉压杆模型进行勾勒。梁清泉拓扑优化理论配合图论原理，自动生成拉压杆模型，并提出了迭代收敛准则。超静定拉压杆模型适合更为复杂的结构，超静定结构各个单元的刚度对内力分配影响最为显著。

表1 各规范结点强度折减系数

2.拉压杆模型在桥梁结构计算中的应用

2.1模型的构成

拉压杆模型主要有三部分构成，分别是拉杆、压杆以及节点。

拉压杆模型中的拉杆主要是指结构构件受力钢筋，拉杆在整个结构中占据非常重要的作用。拉杆设计的是否合理以及拉杆自身质量直接影响拉杆模型质量和结构。因此在拉压杆模型设计的过程中，需要加强对拉杆部件的设计，确保拉杆设计满足既定的设计标准。以便因拉杆质量问题江都拉压杆模型的整体使用效果。

压杆，压杆作为拉压杆模型中的受力构件，是较为理想的混凝土结构，构件附近一旦遭受到损坏，混凝土的受压部分在压杆的作用下，可将混凝土连续体中的主要力流方向近似反应出来。结合压杆的自身形状可以分为不同的类型，如扇形压杆、瓶形压杆以及棱柱形压杆。

（3）拉压杆模型中节点所处位置多在栏杆轴线、荷载作用线以及压杆三者之间相互交汇的受力混凝土区域。力六转向的关键区域就是节点，节点的分析需要结合节点交汇区杆件的具体类型而定，节点可以分成不同的类型，如CCC型、CCT型、TTT型、TCT型等。

2.2模型的建立

混凝土桥梁中的D区范围较多，常见的有跨高比L/h较小的深梁区域，如箱形截面的横隔板；剪跨比较小的区域，如支座附近；预应力锚固区，如凹槽锚固区和梁端截面锚固区、齿板等；集中力主要承受区域，如竖向预应力作用下的箱梁腹板以及横向预应力作用下箱梁翼板臂端；构造上有几何突变的区域，如底板开孔区域、箱梁顶板以及挂孔牛腿临近的区域。拉压杆模型与塑性理论下限定理相符合，拉杆模型只需要满足屈服准则和平衡条件就可以，不受变形协调的影响和限制。因此拉压杆模型在构建时可以有多种选择。混凝的塑性变形能力是有限的，因此非常适合采用拉压杆模型。有关学者在研究的过程中，提出了拉压杆模型优劣程度的两个准则，一是拉杆和压杆重点与应力迹线要高度重合，这样做的目的是为了将结构所受到的应力重分布减小，能进一步明确裂缝最可能出现的钢筋配置区域。二最小应变能准则，拉杆是拉压杆模型应变能最记账的区域，因此最佳模型为拉杆总长度最小的拉压杆模型。构建拉压杆模型时需要采用有限元对其进行分析，之后再结合上述两个准则构建拉压杆模型。

3.结语

综上所述，以上就是本文分析的拉压杆模型在桥梁结构计算中的应用情况，结果发现拉压杆模型在混凝土桥梁D区非常适应，能有效解决以往计算模式设计结构性裂缝问题。

参考文献:

[1]梁田,李延东.简述拉压杆模型在桥梁结构计算中的应用研究[J].科技创新导报,2011(06):24.