拉压杆模型在盖梁短悬臂承载力计算中的应用论文_狄云鹏,刘志才

摘要：钢筋混凝土盖梁短悬臂部分受力情况复杂，结构受力不再满足平截面假定，传统的基于平截面假定的梁单元计算方法难以分析清楚，为了结合新规范要求，保证盖梁结构的安全可靠，本文利用ABAQUS有限元软件对盖梁结构建立实体模型进行分析，区分出结构中的B区和D区，验证了盖梁短悬臂受力情况切合拉压杆模型；根据实际工程项目进行计算，对比了拉压杆模型与传统基于平截面假定的计算方法对短悬臂部分承载力的计算结果，分析表明基于平截面假定的原计算方法偏于不安全。

关键词：桥梁工程；盖梁；应力迹线；拉压杆模型； 承载力；

引言

盖梁短悬臂部分结构形状复杂，属于典型的D区，受力不满足平截面假定，拉压杆模型被广泛认为是D区设计的一种简单而实用的方法，是D区尺寸拟定和配筋设计的有力工具。[2]

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中引入了B区和D区及拉压杆模型的概念，规定钢筋混凝土盖梁的悬臂部分承受竖向力作用时，当竖向力作用点至柱边缘的水平距离小于或等于盖梁截面高度时，可采用拉压杆模型计算悬臂上缘拉杆的抗拉承载力。

1钢筋混凝土盖梁B区与D区的划分：

自20世纪80年代以来，国际工程界倡导将混凝土结构划分为B区和D区：B区指截面应变符合平截面假定的区域，按“梁式体系”计算；D区，即应力扰动区，指截面应变分布不符合平截面假定的区域。

查看模型中墩顶截面正应力，正应力结果如图 1所示。由于桥墩为圆柱墩，在盖梁横向正应力承曲线分布，取中间位置的应力分布如图 1所示，可以看出正应力分布不再满足线性分布，平截面假定不再成立，可以认定该区域为D区及应力扰动区域。

图2 盖梁短悬臂区域主压应力迹线图

2钢筋混凝土盖梁短悬臂部分拉压杆模型的构建：

根据上节计算结果，可以认定盖梁短悬臂部分为D区及应力扰动区域，应力扰动区常用的设计方法包括拉压杆模型方法、实体有限元模型方法或特殊受力情形简化公式方法。拉压杆模型方法以塑性下限定理为理论基础，拉压杆模型方法能够较好地反映应力扰动区的受力机制。且拉压杆模型相对于实体有限元模型和特殊受力情形简化更能便于应用于实际工程。

拉压杆模型的构建方法有应力迹线法、荷载传递路径法、拓扑法等。本文根据实体有限元计算出的结构受力结果，验证规范中给出的拉压杆模型是否与实际相切合。

查看盖梁短悬臂区域主应力迹线结果，主压应力迹线及主拉应力迹线结果如图 2所示。在盖梁短悬臂部分，主压应力由支座垫石位置斜向传递到墩柱位置，与拉压杆模型中压杆位置向吻合；主拉应力主要在墩顶上缘横向传递，主要右墩顶上缘的纵向钢筋承担，与拉压杆模型中的拉杆位置向吻合。

图3 盖梁短悬臂区域拉压杆模型示意图

盖梁短悬臂区域拉压杆模型中，压杆布置位置为从垫石中心到墩柱中心，拉杆布置在墩顶上缘水平位置，盖梁短悬臂区域拉压杆模型如图 3所示。通过与主应力迹线结果对比可得，拉压杆模型中拉杆与压杆的布置与主应力迹线分布向一致，可以表明拉压杆模型的构造能反映盖梁短悬臂实际受力情况。

3计算实例：

以某项目中30m简支小箱梁对应的钢筋混凝土盖梁为例，进行实例验算，分别用传统的基于平截面假定的方法和拉压杆模型对盖梁短悬臂部分进行承载力验算，并对比分析。

盖梁长11.3m，宽2m，高1.6m，盖梁上支撑着4根小箱梁，其中边梁支座布置在盖梁的短悬臂上，盖梁下部由两根直径1.4m的圆柱墩支撑，桥墩中心间距为6.8m。

基于平截面假定的传统计算方法，按受弯构件对盖梁进行承载能力计算。拉压杆模型及按受弯构件计算的效应及抗力结果如表 1所示。

表1 拉压杆模型与受弯构件计算结果对比表

计算结果表明，拉压杆模型的效应及抗力均小于按受弯构件计算的效应及抗力，但效应占抗力的比值大于受弯构件中效应占抗力的比值，表明按拉压杆模型计算更为安全可靠。

4结论与建议

针对带短悬臂的钢筋混凝土盖梁建立实体有限元模型，根据盖梁的受力结果判断出盖梁的B区和D区，盖梁的短悬臂区域可以认定为D区。结合桥梁中盖梁结构的受力状况，建立了空间拉压杆模型。

对比拉压杆分析方法与截面法分析的承载力计算结果，拉压杆模型方法假设更为合理，拉压杆模型的效应及抗力均小于按受弯构件计算的效应及抗力，但效应占抗力的比值大于受弯构件中效应占抗力的比值，表明按拉压杆模型计算盖梁短悬臂区域承载力更为安全可靠。

参考文献：

[1]范立础. 桥梁工程（上册）[M]. 北京：人民交通出版社,2012:14-115,221-224.

[2]Darwish M N, Gesund H, Lee D D. RECENT APPROACHES TO SHEAR DESIGN OF STRUCTURAL CONCRETE[J]. Journal of Structural Engineering, 2000, 126(7):853-853.

[3]AASHTO. AASHTO LRFD 2012 BridgeDesignSpecifications [S]. American Association of State Highway and Transportation Officials. 2012.

[4]刘钊.桥梁概念设计与分析理论（上册）[M]. 北京：人民交通出版社，2010:

[5]项海帆. 高等桥梁结构理论（第二版）[M]. 北京：人民交通出版社, 2013, 162-168. (Xiang Haifang, Advanced Theory of Bridge Structures [M]. Beijing: China Communication Press, 2013, 162-168. (in Chinese))

论文作者:狄云鹏,刘志才

论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期

论文发表时间:2020/4/17

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