拉壓桿模型及其在預應力混凝土梁橋D區(qū)設計中的應用.pdf

1、應用拉壓桿模型進行混凝土結構的D區(qū)設計，是當前國際混凝土結構領域的研究熱點之一。拉壓桿模型的發(fā)展，彌補了局部區(qū)依賴截面分析無法真實反映D區(qū)承載機理的缺陷，使得混凝土結構D區(qū)的設計趨于理性和準確。
　　 本文首先研究了拉壓桿模型的基本原理，提出了適用于我國混凝土強度指標的拉壓桿模型強度驗算方法。針對混凝土后張梁橋中幾類常見的預應力錨固區(qū)（如矩形截面梁及T形截面梁的端部錨固區(qū)、三角形齒塊錨固區(qū)、矩形齒塊錨固區(qū)），研究了這些區(qū)域集中力

2、的傳遞特征和拉壓桿模型構形方法。最后，探討了鋼筋混凝土深梁的非線性拉壓桿模型分析方法，從而為完善深梁兩個極限狀態(tài)的設計提供了簡單實用的分析手段。具體的研究內容及成果概括如下:
　　 (1)給出了適用于我國混凝土強度指標的拉壓桿模型強度驗算方法。借鑒了美國AASHTO公路橋梁設計規(guī)范中拉壓桿模型的有關規(guī)定，研究了中美兩國材料參數(shù)指標的轉換關系，推導了拉桿、壓桿及節(jié)點強度的換算公式，從而提出了適用于我國公路橋梁設計規(guī)范的拉壓桿模型強

3、度驗算條款。
　　 (2)研究了后張梁矩形截面錨固區(qū)配筋設計的拉壓桿模型方法。針對矩形截面梁端部承受一個水平或傾斜錨固力的情況，根據(jù)主應力跡線構建出端部錨固區(qū)的拉壓桿模型，利用節(jié)點力平衡條件及模型幾何關系，推導出端部錨固區(qū)劈裂力大小的計算公式，并通過有限元分析擬合出劈裂應力合力的重心位置計算公式。此外，研究不同錨固偏心距下，端部錨固區(qū)剝裂力的計算方法。
　　 (3)研究了后張梁T形截面錨固區(qū)配筋設計的拉壓桿模型方法。根據(jù)

4、T形截面梁端部錨固區(qū)力流在腹板及頂板內傳遞擴散的特點，提出了相應的拉壓桿模型構形方法，并通過對劈裂應力的數(shù)值積分，計算合力作用點位置，以確定拉桿位置，實現(xiàn)T梁端部錨固區(qū)拉壓桿模型幾何參數(shù)的定量化。最后，應用本文提出的拉壓桿模型，對我國公路橋梁中跨度為20m、30m、40m和50m的系列T梁，進行了端部錨固區(qū)的抗裂配筋設計。
　　 (4)揭示了引起三角形齒塊錨固區(qū)拉應力集中的五種局部作用效應，并研究了三角形齒塊錨固區(qū)拉壓桿模型的構

5、形方法。通過分析體內預應力梁三角形齒塊錨固區(qū)的應力分布規(guī)律，歸納提出了引起該區(qū)域拉應力集中的五種典型局部作用效應，即:“錨下劈裂效應”、“懸臂效應”、“錨后牽拉效應”、“局部彎曲效應”和“徑向力效應”。根據(jù)力流傳遞路徑以及局部區(qū)域的力流平衡關系，提出了三角形齒塊錨固區(qū)拉壓桿模型的構形，在此基礎上，進一步研究了模型參數(shù)定量化的確定方法和依據(jù)。最后，根據(jù)所提出的拉壓桿模型，給出了三角形齒塊錨固區(qū)的配筋設計建議。
　　 (5)研究了矩

6、形齒塊錨固區(qū)配筋設計的拉壓桿模型方法。針對體外預應力梁中常用的體外束矩形齒塊錨固區(qū)，研究提出引起獨立矩形齒塊錨固區(qū)拉應力集中的局部作用效應有:“錨下劈裂效應”、“懸臂效應”和“錨后牽拉效應”;對于角隅矩形齒塊，除了上述三種局部作用效應以外，還存在“深受彎效應”。根據(jù)拓撲優(yōu)化找形結果以及水平剪力傳力機理的推演分析，提出了錨固力在矩形齒塊內的兩種傳遞機制，即:“拱機制”和“桁架機制”。在此基礎上，結合齒塊內的典型局部作用效應，提出一種新的精

7、細化拉壓桿模型，該模型能夠恰當反映矩形齒塊各部位受拉、受壓、受剪規(guī)律及配筋設計需求。同時，根據(jù)所提出的拉壓桿模型，給出了矩形齒塊錨固區(qū)的配筋設計建議。
　　 (6)開展了5個三角形齒塊錨固區(qū)的預應力加載試驗，該試驗在國內尚屬首次。通過試驗研究，探討了三角形齒塊的破壞模式，齒塊內的裂縫分布形態(tài)以及關鍵受力部位鋼筋應變發(fā)展規(guī)律等力學性能，在此基礎上，根據(jù)試驗結果驗證了三角形齒塊錨固區(qū)拉壓桿模型及其配筋設計方法的合理性。