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文檔簡介
1、應(yīng)用拉壓桿模型進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的D區(qū)設(shè)計(jì),是當(dāng)前國際混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。拉壓桿模型的發(fā)展,彌補(bǔ)了局部區(qū)依賴截面分析無法真實(shí)反映D區(qū)承載機(jī)理的缺陷,使得混凝土結(jié)構(gòu)D區(qū)的設(shè)計(jì)趨于理性和準(zhǔn)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(qiáng)度指標(biāo)的拉壓桿模型強(qiáng)度驗(yàn)算方法。針對(duì)混凝土后張梁橋中幾類常見的預(yù)應(yīng)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(gòu)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(gè)極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)提供了簡單實(shí)用的分析手段。具體的研究內(nèi)容及成果概括如下:
(1)給出了適用于我國混凝土強(qiáng)度指標(biāo)的拉壓桿模型強(qiáng)度驗(yàn)算方法。借鑒了美國AASHTO公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中拉壓桿模型的有關(guān)規(guī)定,研究了中美兩國材料參數(shù)指標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系,推導(dǎo)了拉桿、壓桿及節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的換算公式,從而提出了適用于我國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的拉壓桿模型強(qiáng)
3、度驗(yàn)算條款。
(2)研究了后張梁矩形截面錨固區(qū)配筋設(shè)計(jì)的拉壓桿模型方法。針對(duì)矩形截面梁端部承受一個(gè)水平或傾斜錨固力的情況,根據(jù)主應(yīng)力跡線構(gòu)建出端部錨固區(qū)的拉壓桿模型,利用節(jié)點(diǎn)力平衡條件及模型幾何關(guān)系,推導(dǎo)出端部錨固區(qū)劈裂力大小的計(jì)算公式,并通過有限元分析擬合出劈裂應(yīng)力合力的重心位置計(jì)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(jì)算方法。
(3)研究了后張梁T形截面錨固區(qū)配筋設(shè)計(jì)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(nèi)傳遞擴(kuò)散的特點(diǎn),提出了相應(yīng)的拉壓桿模型構(gòu)形方法,并通過對(duì)劈裂應(yīng)力的數(shù)值積分,計(jì)算合力作用點(diǎn)位置,以確定拉桿位置,實(shí)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(yīng)用本文提出的拉壓桿模型,對(duì)我國公路橋梁中跨度為20m、30m、40m和50m的系列T梁,進(jìn)行了端部錨固區(qū)的抗裂配筋設(shè)計(jì)。
(4)揭示了引起三角形齒塊錨固區(qū)拉應(yīng)力集中的五種局部作用效應(yīng),并研究了三角形齒塊錨固區(qū)拉壓桿模型的構(gòu)
5、形方法。通過分析體內(nèi)預(yù)應(yīng)力梁三角形齒塊錨固區(qū)的應(yīng)力分布規(guī)律,歸納提出了引起該區(qū)域拉應(yīng)力集中的五種典型局部作用效應(yīng),即:“錨下劈裂效應(yīng)”、“懸臂效應(yīng)”、“錨后牽拉效應(yīng)”、“局部彎曲效應(yīng)”和“徑向力效應(yīng)”。根據(jù)力流傳遞路徑以及局部區(qū)域的力流平衡關(guān)系,提出了三角形齒塊錨固區(qū)拉壓桿模型的構(gòu)形,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)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(shè)計(jì)建議。
(5)研究了矩
6、形齒塊錨固區(qū)配筋設(shè)計(jì)的拉壓桿模型方法。針對(duì)體外預(yù)應(yīng)力梁中常用的體外束矩形齒塊錨固區(qū),研究提出引起獨(dú)立矩形齒塊錨固區(qū)拉應(yīng)力集中的局部作用效應(yīng)有:“錨下劈裂效應(yīng)”、“懸臂效應(yīng)”和“錨后牽拉效應(yīng)”;對(duì)于角隅矩形齒塊,除了上述三種局部作用效應(yīng)以外,還存在“深受彎效應(yīng)”。根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化找形結(jié)果以及水平剪力傳力機(jī)理的推演分析,提出了錨固力在矩形齒塊內(nèi)的兩種傳遞機(jī)制,即:“拱機(jī)制”和“桁架機(jī)制”。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合齒塊內(nèi)的典型局部作用效應(yīng),提出一種新的精
7、細(xì)化拉壓桿模型,該模型能夠恰當(dāng)反映矩形齒塊各部位受拉、受壓、受剪規(guī)律及配筋設(shè)計(jì)需求。同時(shí),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(shè)計(jì)建議。
(6)開展了5個(gè)三角形齒塊錨固區(qū)的預(yù)應(yīng)力加載試驗(yàn),該試驗(yàn)在國內(nèi)尚屬首次。通過試驗(yàn)研究,探討了三角形齒塊的破壞模式,齒塊內(nèi)的裂縫分布形態(tài)以及關(guān)鍵受力部位鋼筋應(yīng)變發(fā)展規(guī)律等力學(xué)性能,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了三角形齒塊錨固區(qū)拉壓桿模型及其配筋設(shè)計(jì)方法的合理性。
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