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橡膠氣囊受拉分析，是結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中的一個重點(diǎn)。因?yàn)?，橡膠氣囊承受的軸向拉力會和彎矩耦合，可能呈現(xiàn)小偏拉或大偏拉狀態(tài)。與此同時，橡膠氣囊承受拉力又會影響抗剪性能，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，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抗剪能力的削弱作用。
但這條公式對軸拉力的考慮，有個上限，約為再進(jìn)一步，對軸拉力的規(guī)定更加明確：中震時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)定引起的爭議也很大。
本號曾發(fā)表過一篇文章，闡述了這個問題。總結(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，對上述問題又有新的研究。文章提到：軸拉力的存在使得各個試件的受壓區(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)力就會減小，此時，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：這個公式中的0.18fyAs，即是考慮豎向鋼筋對抗剪承載力的貢獻(xiàn)。其實(shí)，豎向鋼筋(或縱筋)對抗剪承載力的貢獻(xiàn)，一直都存在，只是對板式構(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。