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四川建筑科学研究 Sichuan Building Science
第40卷第2期 2014年4月
运用宏观力学模型探索结构局部区域钢筋布置
赵杰林
（机械工业第三设计研究院，重庆400039）
摘要：结构局部区域（应力、应变被干扰区域）常常是结构的关键部位。采用压杆-拉杆这种宏观力学模型方法可避开复杂的有限元计算，就可明确这类区域的主导传力路径，进而采取相应的构造处理措施，保证结构安全。本文论述了压杆-拉杆模型方法的基本概念、基本原理、建立方法、计算方法和应用示例，为解决结构局部区域钢筋合理布置提供了一种有效手段。
关键词：结构局部区域；主导传力路径；压杆-拉杆模型；钢筋布置
中图分类号：TU318
文献标志码：A
文章编号：10081933(2014)0202604
Study on reinforcement scheme ofthe structuraldisturbance regions
using macro mechanics model
ZHAOJielin
(The Third Design and Research Institute of China Machinery Industry, Chongqing400039, China)
Abstract : The structural disturbance regions where the stress and strain distribution is significantly nonlinear are usually key positions of the structure. We can confirm the passing force dominant route of those regions using the method of macro mechanics model ( namely strut-and-tie model) , and we may adopt corresponding detailing measures to guarantee the construction safety. The paper discusses the basic concept and principle, establishing and calculation methods of the strut-and-tie model, and gives its application examples. So the method of strut-and-tie model provides the effective means to solve reasonable reinforcement scheme of the structural disturbance regions.
Key words ; structural disturbance regions ; passing force dominant route; strut-and-tie model; reinforcement scheme
0前言
进行结构设计，可将结构划分成两种区域：主要
区域和局部区域。主要区域指应力和应变的变化比较有规律，可用协调和平衡条件来求解截面内力的结构区域；局部区域指应力和应变受干扰而相当混乱，如果不采用有限元的方法，用其他方法不能应用协调条件，只能根据平衡条件来确定截面内力的力学或几何非连续的结构区域。这样常导致结构局部区域的截面内力无法求解，如果对这类区域受力不明确，就会带来不恰当的钢筋布置处理措施，而局部构造处理不当极易引起工程事故。针对这类情况，本文介绍一种宏观力学模型一压杆耗拉杆模型来帮助设计人员快速地明确结构局部区域主导受力路径，以便有针对性地采取构造措施，保证结构安全。
收稿日期：2012-09-07
作者简介：赵杰林(1972－），男，四川岳池人，硕士，高级工程师，主
要从事结构设计及结构抗震性能研究。 Email:zhaojielin-1@163.com
1压杆一拉杆模型方法
一般的梁、柱、墙都可以用传统的工程弯曲理论进行设计，其中假定平截面在受力后仍保持平面。但是工程弯曲理论是一个截面接一个截面地考察构件的反应，不涉及作用力和反作用力是如何传人构件这样的细节问题。正因为如此，所以这一理论不适用于力学或儿何非连续的结构区域。20世纪80 年代以J.Scohlaich为代表的德国和奥地利学者[1] 提出的压杆一拉杆模型是解决这类结构局部区域的一种有力工具。它的基本思想是：把局部区域看作脱离体，承受由内力图确定的边界力，由局部区域压力传力路径确定压杆，由力的平衡确定拉杆，并确保压杆和拉杆的布置要使内力和边界力相平衡。
开裂后的钢筋混凝土承担荷载主要靠混凝土的压应力和钢筋的拉应力。在显著开裂后，混凝土中的主应力迹线趋向于成为直线，所以可以近似地化为直压杆，如果不考虑混凝土提供的拉力，那么拉杆则用钢筋模拟，在拉杆和压杆交汇的区域，混凝土受多向应力作用，这个区域则用“节点区"来体现。所