第五章钢筋混凝土受拉构件及受扭构件

1、5.1 钢筋混凝土受拉构件钢筋混凝土受拉构件 钢筋混凝土受拉构件可分为钢筋混凝土受拉构件可分为轴心受拉轴心受拉构件和构件和偏心受拉偏心受拉构件。构件。 当轴向拉力作用线与构件截面形心线重合时，为轴心受拉构件，如当轴向拉力作用线与构件截面形心线重合时，为轴心受拉构件，如钢筋混凝土屋架的钢筋混凝土屋架的下弦杆、圆形水池下弦杆、圆形水池等；当轴向拉力作用线偏离构件截等；当轴向拉力作用线偏离构件截面形心线或同时由轴心拉力和弯矩作用时为偏心受拉构件，如钢筋混凝面形心线或同时由轴心拉力和弯矩作用时为偏心受拉构件，如钢筋混凝土土矩形水池、双肢柱的肢杆矩形水池、双肢柱的肢杆等。等。压压压压压压拉拉拉拉5.1.

2、1 轴心受拉构件轴心受拉构件1、 构造要求构造要求 截面形状：受拉构件的截面形状一般为方形、矩形和圆形等对称截截面形状：受拉构件的截面形状一般为方形、矩形和圆形等对称截面，为方便施工，通常采用矩形截面。面，为方便施工，通常采用矩形截面。布置原则：对称均匀布置，宜细不宜粗，宜多不宜少。布置原则：对称均匀布置，宜细不宜粗，宜多不宜少。纵筋：纵筋：s max0.2%, 0.45ft/fy 箍筋：箍筋：d 6mm，s 200mm ，屋架腹杆不宜大于，屋架腹杆不宜大于150 mm。 连接：受拉钢筋必须采用连接：受拉钢筋必须采用焊接接头焊接接头，仅圆形池壁或管中允许采，仅圆形池壁或管中允许采用搭接接头；但

3、接头应错开，搭接长度不应小于用搭接接头；但接头应错开，搭接长度不应小于1.2la和和300 mm。N Nu= As fy N 轴向拉力的设计值轴向拉力的设计值As 纵纵向受拉钢筋截面面积向受拉钢筋截面面积fy 钢筋抗拉设计强度钢筋抗拉设计强度值值2、正截面承载力计算、正截面承载力计算计算公式：计算公式：00.001 0.002 0.003 0.00420010050150N (kN)平均应变平均应变 混凝土：混凝土：fc=30.8MPa; ft=1.97MPa; Ec=25.1 103MPa.钢筋：钢筋： fy=376MPa; fsu=681MPa; Es=205 103MPa; As=284

4、mm2.152NtNt915152钢筋屈服钢筋屈服混凝土开裂混凝土开裂 偏心受拉构件按轴向拉力的偏心受拉构件按轴向拉力的作用位置作用位置不同，可分为不同，可分为大偏心大偏心受拉受拉构件和构件和小偏心小偏心受拉构件。受拉构件。5.1.2 偏心受拉构件偏心受拉构件1、 分类分类小偏心受拉小偏心受拉h0fyAsfyAseeNtu e0as和偏压不同和偏压不同开裂前：开裂前：N位于位于As和和As之间时，混凝土全截面受拉或之间时，混凝土全截面受拉或 （部分混凝土受拉，部分混凝土受压）；（部分混凝土受拉，部分混凝土受压）；开裂后：开裂后：随着随着N的增大，混凝土全截面受拉的增大，混凝土全截面受拉开裂后，

5、拉力由钢筋承担开裂后，拉力由钢筋承担最终钢筋屈服，截面达最大承载力最终钢筋屈服，截面达最大承载力大偏心受拉大偏心受拉N位于位于As和和As之外时，部分混凝土受拉，之外时，部分混凝土受拉，部分混凝土受压部分混凝土受压开裂后，截面的受力情况开裂后，截面的受力情况和大偏压类似和大偏压类似最终受拉钢筋屈服，压区混凝土压碎，最终受拉钢筋屈服，压区混凝土压碎，截面达最大承载力截面达最大承载力eeNtu e0h0fyAsfyAsas 1fcx混凝土不参加工作混凝土不参加工作)()(00ssytussytusysytuahAfeNahAfeNAfAfN小偏心受拉构件的承载力小偏心受拉构件的承载力2、大小偏心受

6、拉构件的承载力、大小偏心受拉构件的承载力s0ae2hes0ae2he当对称配筋时：当对称配筋时： )ah(fNAAs0yess习题习题一钢筋混凝土偏心受拉构件，截面为矩形一钢筋混凝土偏心受拉构件，截面为矩形，mmmmhb400200，mmaass35需承受轴向拉力设计值需承受轴向拉力设计值N=450kN,弯矩设计值弯矩设计值m 60kNM混凝土强度等级混凝土强度等级C25，钢筋用，钢筋用HRB335级。级。试求：纵向受力钢筋截面面积试求：纵向受力钢筋截面面积ssAA、)(22)()2(00011ssytussssyctusycsytuahAfeNaxaxahAfxhbxfeNAfbxfAfN时

7、，取设计或复核承载力计算方法方法和设计或复核承载力计算方法方法和大偏压类似，只是大偏压类似，只是N N 的方向不同的方向不同大偏心受拉构件的承载力大偏心受拉构件的承载力公式适用条件：公式适用条件：)ah(fNeAAs0yss习题习题，mmaass40,池壁跨中水平向每米宽度上最大弯矩设计值池壁跨中水平向每米宽度上最大弯矩设计值m 320kNM试求：纵向受力钢筋截面面积试求：纵向受力钢筋截面面积ssAA、某矩形水池，壁厚某矩形水池，壁厚400mm，相应承受轴向拉力设计值，相应承受轴向拉力设计值N=400kN,混凝土强度混凝土强度，钢筋强度，钢筋强度2/300mmNffyy2/3 .14mmNfc

8、2/50. 1mmNftsAB16250sAhb=1m 不等式右侧的一、二两项采用与受集中荷载的受弯构件相同的不等式右侧的一、二两项采用与受集中荷载的受弯构件相同的形式，第三项则考虑了轴向拉力对抗剪强度的降低。考虑上面所说形式，第三项则考虑了轴向拉力对抗剪强度的降低。考虑上面所说的构件内箍筋抗剪能力基本未变的特点，规范还要求上式右侧计算的构件内箍筋抗剪能力基本未变的特点，规范还要求上式右侧计算出的数值不得小于出的数值不得小于2N. 0hSnA0f. 1bhf0 . 175. 1V0svlyv0t计算公式：计算公式：0svlyvhsnAf5.1.3 偏心受拉构件斜截面承载力计算偏心受拉构件斜截面

9、承载力计算 凡是由凡是由扭矩作用扭矩作用的构件统称为受扭构件。在钢筋混凝土结构中，的构件统称为受扭构件。在钢筋混凝土结构中，纯扭构件是很少见的，在扭矩作用的同时往往还有纯扭构件是很少见的，在扭矩作用的同时往往还有弯矩、剪力弯矩、剪力作用。作用。例如，钢筋混凝土雨篷梁、钢筋混凝土现浇框架边梁及单层工业生产例如，钢筋混凝土雨篷梁、钢筋混凝土现浇框架边梁及单层工业生产厂房中的吊车梁等，都属于扭转且弯曲的构件。厂房中的吊车梁等，都属于扭转且弯曲的构件。5.2 钢筋混凝土受扭构件钢筋混凝土受扭构件 理论分析及试验表明：矩形截面素混凝土纯扭构件在剪应力理论分析及试验表明：矩形截面素混凝土纯扭构件在剪应力作

10、用作用时，在构件截面长边的中点将产生主拉应力时，在构件截面长边的中点将产生主拉应力tp，其数值，其数值等于等于并与构件并与构件轴线成轴线成45。主拉应力。主拉应力tp使截面长边中点处混凝土首先开裂，出现一条使截面长边中点处混凝土首先开裂，出现一条与构件轴线成约与构件轴线成约45的斜裂缝的斜裂缝ab，该裂缝迅速地向构件的底部和顶部及，该裂缝迅速地向构件的底部和顶部及向内延伸至向内延伸至c和和d，最后构件将形成，最后构件将形成三面受拉、一边受压三面受拉、一边受压的斜向空间曲面的斜向空间曲面,如图所示，构件随即破坏，该破坏具有突然性，属于典型的如图所示，构件随即破坏，该破坏具有突然性，属于典型的脆性

11、破坏脆性破坏。 5.2.1 受扭构件的受力特点受扭构件的受力特点 （1）适筋破坏）适筋破坏 当构件的抗扭箍筋和抗扭纵筋的数量配置适当时，随着扭矩的增加，当构件的抗扭箍筋和抗扭纵筋的数量配置适当时，随着扭矩的增加，首先是混凝土三面开裂，然后与开裂截面相交的受扭箍筋和抗扭纵筋达到首先是混凝土三面开裂，然后与开裂截面相交的受扭箍筋和抗扭纵筋达到屈服强度，最终受压面混凝土被压碎而导致构件破坏。构件破坏前有较大屈服强度，最终受压面混凝土被压碎而导致构件破坏。构件破坏前有较大的变形和明显的外部特征，属于塑性破坏。的变形和明显的外部特征，属于塑性破坏。 1、纯扭构件的受力性能和破坏形态、纯扭构件的受力性能和

12、破坏形态 一般采用横向箍筋和纵向受力钢筋来承受扭矩的作用。一般采用横向箍筋和纵向受力钢筋来承受扭矩的作用。 受扭箍筋受扭箍筋的形状必须做成封闭式的，箍筋的端部应做的形状必须做成封闭式的，箍筋的端部应做135弯钩，弯弯钩，弯钩直线长度不小于箍筋直径的钩直线长度不小于箍筋直径的10倍。对受扭箍筋的直径和间距的要求与受倍。对受扭箍筋的直径和间距的要求与受弯构件箍筋的有关规定相同。弯构件箍筋的有关规定相同。 受扭纵筋：受扭纵筋：均匀、对称布置，且四角必须放置；其间距不应大于均匀、对称布置，且四角必须放置；其间距不应大于200mm和梁截面短边尺寸；受扭纵筋的接头和锚固均应满足受拉钢筋的有和梁截面短边尺寸

13、；受扭纵筋的接头和锚固均应满足受拉钢筋的有关规定。关规定。 （2）少筋破坏）少筋破坏 当构件受扭箍筋和受扭纵筋的配置数量太少时，构件在扭矩的作用当构件受扭箍筋和受扭纵筋的配置数量太少时，构件在扭矩的作用下，斜裂缝突然出现并迅速展开，与斜裂缝相交的受扭钢筋超过屈服强下，斜裂缝突然出现并迅速展开，与斜裂缝相交的受扭钢筋超过屈服强度被拉断，另一面的混凝土被压碎。这种破坏带有突然性，属于脆性破度被拉断，另一面的混凝土被压碎。这种破坏带有突然性，属于脆性破坏。坏。 （3）完全超筋或部分超筋破坏）完全超筋或部分超筋破坏 当受扭箍筋或纵筋配置过多时，在扭矩作用下，抗扭钢筋都没有达当受扭箍筋或纵筋配置过多时，

14、在扭矩作用下，抗扭钢筋都没有达到屈服强度，而形成完全超筋；或箍筋和纵筋中相对较多的一种没有达到屈服强度，而形成完全超筋；或箍筋和纵筋中相对较多的一种没有达到屈服强度形成部分超筋。不论完全超筋还是部分超筋，构件的破坏都到屈服强度形成部分超筋。不论完全超筋还是部分超筋，构件的破坏都是由于受压区混凝土被压碎所致，这种破坏也属于脆性破坏。是由于受压区混凝土被压碎所致，这种破坏也属于脆性破坏。 为使抗扭纵筋和抗扭箍筋都能有效地发挥作用，在构件破坏时同时为使抗扭纵筋和抗扭箍筋都能有效地发挥作用，在构件破坏时同时或先后达到屈服强度，应对纵筋和箍筋的配筋强度比进行控制，其计算或先后达到屈服强度，应对纵筋和箍筋

15、的配筋强度比进行控制，其计算公式为公式为 ：coryvst1ystyvst1corystAAAAufsfsfufll实验表明实验表明：当当0.5 2.0 一般两者可以发挥作用一般两者可以发挥作用规范规范规定：规定： 0.6 1.7当当 = 1.2， 纵筋和箍筋的用量比最佳。纵筋和箍筋的用量比最佳。规范规范给出钢筋混凝土纯扭构件抗扭承载力计算公式为：给出钢筋混凝土纯扭构件抗扭承载力计算公式为： 纯扭构件承载力计算纯扭构件承载力计算coryvst1tt2 . 1.350=AsfAWfscu+ TTT式中：式中：ft混凝土的轴心抗拉强度设计值混凝土的轴心抗拉强度设计值; Wt截面抗扭塑性抵抗矩；截面

16、抗扭塑性抵抗矩； 抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比；抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比； Acor截面核芯部分的面积，截面核芯部分的面积，Acor = bcorhcor。 当构件同时承受剪力、弯矩和扭矩作用时，构件的抗剪、抗弯承当构件同时承受剪力、弯矩和扭矩作用时，构件的抗剪、抗弯承载力将随扭矩的增加而降低；而构件的抗扭承载力将随剪力、弯矩的载力将随扭矩的增加而降低；而构件的抗扭承载力将随剪力、弯矩的增加而降低。对于弯剪扭构件的计算，增加而降低。对于弯剪扭构件的计算，目前仅考虑剪扭之间目前仅考虑剪扭之间的影响。的影响。 规范规范引入系数引入系数t来反应剪扭之间相互影响程度，来反应剪扭之间相互影响程度

17、，t称为剪扭构称为剪扭构件的混凝土受扭承载力降低系数，其计算公式为：件的混凝土受扭承载力降低系数，其计算公式为：弯剪扭构件承载力计算弯剪扭构件承载力计算05 .015 .1TbhVWtt对于承受以集中荷载为主的矩形截面梁，其计算公式为：对于承受以集中荷载为主的矩形截面梁，其计算公式为：0) 1(2 . 015 . 1TbhVWtt一般构件：一般构件：0.35.10.15.0t5.2.2 受扭构件承载力计算方法受扭构件承载力计算方法叠加法叠加法纵筋：分别按受弯和受扭计算所需抗弯纵筋和抗扭纵筋，然后叠加；纵筋：分别按受弯和受扭计算所需抗弯纵筋和抗扭纵筋，然后叠加；箍筋：分别按受扭和受剪计算所需各自

18、用量，然后叠加；箍筋：分别按受扭和受剪计算所需各自用量，然后叠加；规范规范规定：规定：相关相关弯、剪、扭弯、剪、扭即：即： 先按受弯构件求先按受弯构件求 Asm梁底配筋梁底配筋 As = Asm + 平均分配到底边的平均分配到底边的Astl按剪、扭构件求按剪、扭构件求lAsAst1sv/ 及（1）确定截面尺寸并验算是否满足要求）确定截面尺寸并验算是否满足要求 4bhwcctfWTbhV25. 08 . 00（2）确定是否需要进行受扭和受剪承载力计算）确定是否需要进行受扭和受剪承载力计算tt07 . 0fWTbhV当可不计算，按构造要求配置箍筋和抗扭纵筋可不计算，按构造要求配置箍筋和抗扭纵筋 当 T 0.175ft Wt不考虑扭矩作用，按弯剪构件计算不考虑扭矩作用，按弯剪构件计算 035. 0bhfVt01875. 0bhft可忽略剪力的作用：可忽略剪力的作用：可仅计算受弯构件正截面承载力可仅计算受弯构件正截面承载力和纯扭构件的受扭承载力和纯扭