(1)Rausch空間桁架計算模型用桁架比擬鋼筋混凝土構(gòu)件開裂后的工作機理,最早是由Ritter和Morsch提出,應(yīng)用于受剪切的鋼筋混凝土梁。1929年E.Rausch以Bach和Graf的試驗為基礎(chǔ),將45°斜桿的桁架模型推廣應(yīng)用于已開裂的受扭構(gòu)件。他將配有縱筋和箍筋的混凝土受扭構(gòu)件設(shè)想為一個中空的管形構(gòu)件,構(gòu)件開裂后,管壁混凝土沿45°裂縫傾角形成一個螺旋形構(gòu)件,與縱筋、箍筋組成一個空間桁架,通過管的是環(huán)向剪力流,抵抗外扭矩。Rausch建立的空間桁架模型有四個假定:1)空間桁架由45°的混凝土斜桿、縱向鋼筋和橫向箍筋在結(jié)點處鉸接組成。

2)混凝土斜桿只承受軸向壓力,忽略其抗剪作用。3)縱筋和箍筋只承受軸向壓力,忽略其銷栓作用。4)實心截面的核心混凝土對極限抗扭強度不起作用。剪力流路線取封閉箍筋的中心線計算。利用結(jié)點平衡和對整個截面取扭矩,即可求得極限扭矩。Rausch提出的空間桁架計算模型,將Bredt的薄壁管理論與平面桁架模型巧妙結(jié)合,對鋼筋混凝土構(gòu)件抗扭機理賦予比較清晰的解釋,概念清楚,公式簡單。這種計算方法,在低配筋時由于忽略混凝土抗扭作用,偏于保守;而在高配筋時,由于過高估計鋼筋的抗扭能力,偏于不安全。(2)變角空間桁架模型Rausch的空間桁架模型假定混凝土斜桿的傾角為45°,也就是說在縱筋與箍筋為同一材料時,要求縱筋與箍筋的體積配筋率相等。但試驗表明,縱筋與箍筋體積配筋比不等于1時,在構(gòu)件達到極限強度之前,縱筋和箍筋同樣可都達到屈服,Lampert和Thürlimann認為這個現(xiàn)象可用混凝土斜桿的傾角θ是變化來解釋。為此,他們于1968年提出變角空間桁架模型,并指出混凝土壓桿傾角θ可以通過給定的縱筋屈服力和箍筋屈服力的相對大小確定,在設(shè)計中通過選用最經(jīng)濟的縱筋與箍筋配筋量的體積比來確定。1973年Thürlimann對變角空間桁架作了進一步闡述,并將抗剪、抗扭機理分析統(tǒng)一到一個計算模型上。

試驗表明,實心矩形截面構(gòu)件臨近破壞時,與同樣外廓尺寸、同樣材料和同樣配筋的空心截面構(gòu)件的抗扭性能是等效的。因此,變角空間桁架模型取用矩形箱形截面,忽略核心混凝土作用,即假定扭矩主要由外殼混凝土及其鋼筋骨架承擔(dān)。