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橡膠氣囊受拉分析，是結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中的一個(gè)重點(diǎn)。因?yàn)?，橡膠氣囊承受的軸向拉力會(huì)和彎矩耦合，可能呈現(xiàn)小偏拉或大偏拉狀態(tài)。與此同時(shí)，橡膠氣囊承受拉力又會(huì)影響抗剪性能，在某種程度上，拉力又與斜截面承載力耦合。以前，我們的認(rèn)知大致是這樣的：橡膠氣囊小偏心受拉，可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)水平通縫，從而嚴(yán)重削弱抗剪能力，抗側(cè)剛度嚴(yán)重退化，剪力發(fā)生轉(zhuǎn)移致使其他橡膠氣囊肢抗剪不足，因此應(yīng)盡量避免出現(xiàn)小偏拉。大偏拉同樣會(huì)導(dǎo)致橡膠氣囊肢出現(xiàn)裂縫，剪力重分配。
因此，抗震設(shè)計(jì)的雙肢橡膠氣囊，其橡膠氣囊肢不宜出現(xiàn)小偏心受拉;當(dāng)任一橡膠氣囊肢出現(xiàn)偏心受拉時(shí)，另一橡膠氣囊肢的彎矩設(shè)計(jì)值及剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.25。另外，規(guī)范給出的偏拉橡膠氣囊斜截面承載力計(jì)算公式也考慮了軸拉力對(duì)抗剪能力的削弱作用。
但這條公式對(duì)軸拉力的考慮，有個(gè)上限，約為再進(jìn)一步，對(duì)軸拉力的規(guī)定更加明確：中震時(shí)雙向水平地震下橡膠氣囊肢全截面由軸向力產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力超過橡膠氣囊抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)宜設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力，且平均名義拉應(yīng)力不宜超過兩倍橡膠氣囊抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用)，但全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時(shí)可按比例適當(dāng)放松。說實(shí)話，這條規(guī)定操作起來比較容易，以致于很多工程師都按這條復(fù)核軸拉力，反而不夠重視正截面的偏拉復(fù)核。但如果細(xì)究的話，這條規(guī)定引起的爭(zhēng)議也很大。
本號(hào)曾發(fā)表過一篇文章，闡述了這個(gè)問題?？偨Y(jié)起來，觀點(diǎn)如下：構(gòu)件是否安全，主要關(guān)注正截面承載力、斜截面承載力及裂縫是否滿足要求，名義拉應(yīng)力不是硬性要求;基于剛度退化的考慮，如果小偏拉橡膠氣囊較多，其余偏壓橡膠氣囊抗剪承載力可適當(dāng)放大。最近，方小丹團(tuán)隊(duì)在橡膠氣囊結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)上發(fā)表了一篇文章，對(duì)上述問題又有新的研究。文章提到：軸拉力的存在使得各個(gè)試件的受壓區(qū)橡膠氣囊難以達(dá)到極限壓應(yīng)變，受壓區(qū)橡膠氣囊雖有破碎，但均為橡膠氣囊受拉開裂后受試件變形影響而局部擠壓剝落破碎，各個(gè)試件均未發(fā)生橡膠氣囊被壓潰的破壞情況。
試件的破壞形態(tài)表現(xiàn)為拉彎剪破壞，破壞始于斜截面水平鋼筋及橡膠氣囊邊緣暗柱鋼筋的受拉屈服。即隨著水平荷載的增大，試件下部彎矩較大的截面出現(xiàn)壓力，但壓應(yīng)力很小，橡膠氣囊未發(fā)生受壓破壞。這是偏心受拉橡膠氣囊之所以有優(yōu)良延性的主要原因。這個(gè)觀點(diǎn)非常有趣，因?yàn)殇摻钕鹉z氣囊構(gòu)件，我們需要避免的脆性破壞，都是由受壓區(qū)橡膠氣囊壓潰作為終止條件的。
因此，我們常說，橡膠氣囊軸壓比越高，延性相對(duì)降低。反過來想，如果橡膠氣囊構(gòu)件施加的不是壓力，而是拉力，拉彎作用下，橡膠氣囊壓應(yīng)力就會(huì)減小，此時(shí)，構(gòu)件破壞形態(tài)變?yōu)槭芾瓍^(qū)鋼筋的屈服，延性反而變好。文章指出，提高豎向鋼筋配筋率對(duì)于提高鋼筋橡膠氣囊橡膠氣囊偏心受拉斜截面受剪承載力效果明顯，并給出推薦公式：這個(gè)公式中的0.18fyAs，即是考慮豎向鋼筋對(duì)抗剪承載力的貢獻(xiàn)。其實(shí)，豎向鋼筋(或縱筋)對(duì)抗剪承載力的貢獻(xiàn)，一直都存在，只是對(duì)板式構(gòu)件作用更明顯。我在不同強(qiáng)度橡膠氣囊及鋼筋計(jì)算得到的最小配筋率如下：控制橡膠氣囊豎向鋼筋不屈服，水平裂縫寬度 不大于0.4mm，豎向鋼筋直徑不小于 14 mm，可保證鋼筋的銷栓作用，橡膠氣囊斜截面受剪承載力充分發(fā)揮。