受扭构件承载力计算

StrengthofReinforcedConcreteMembersinTorsion第5章受受扭扭构构件件承承载载力力计计算算5.1概述述平衡衡扭扭转转在超静静定结结构，，扭矩矩是由由相邻邻构件件的变变形受受到约约束而而产生生的，，其值值需结结合变变形协协调条条件才才能求求得，，扭矩矩大小小与受受扭构构件的的抗扭刚刚度有关，，称为为约束扭扭转。《规范》建议的的受扭扭构件件承载载力公公式是是针对对平衡衡扭转转的情情况，，而约约束扭扭转经经调整整近似似按此此计算算。对于约约束扭扭转，，由于于受扭扭构件件在受受力过过程中中的非非线性性性能能，尤尤其是是混凝凝土的的开裂裂和钢钢筋的的屈服服，主主梁抗抗扭刚刚度明明显降降低，，主梁梁对次次梁转转角的的约束束作用用减小小，相相应主主梁扭扭矩减减小，，需要要考虑虑内力力重分分布进进行扭扭矩计计算。。约束扭扭矩的大小小与构构件受受力阶阶段的的刚度度比有有关，，不是一一个定定值。《规范》建议的的受扭扭构件件承载载力公公式是是针对对平衡衡扭转转的情情况，，而约约束扭扭转经经调整整近似似按此此计算算。5.2矩形截截面构构件开开裂扭扭矩一、矩形截截面开开裂扭扭矩裂缝出出现前前，钢钢筋混混凝土土纯扭扭构件件的受受力与与弹性性扭转转理论论基本本吻合合。由由于开开裂前前受扭扭钢筋筋的应应力很很低，，可忽忽略钢钢筋的的影响响。最大剪剪应力力tmax发生在在截面长长边中中点。◆由材料料力学学知，，构件件侧面面的主主拉应应力stp和主压压应力力scp相等。。◆主拉应应力和和主压压应力力迹线线沿构构件表表面成成螺旋旋型。。◆当主拉应力力达到混凝凝土抗拉强强度时，在在构件中某某个薄弱部部位形成裂裂缝，裂缝缝沿主压应应力迹线迅迅速延伸。。◆对于素混凝凝土构件，，开裂会迅迅速导致构构件破坏，，破坏面呈一一空间扭曲曲曲面。按弹性理论论，当主拉应力力stc=tmax=ft时按塑性理论论，对理想弹弹塑性材料料，截面上上某一点达达到强度时时并不立即即破坏，而而是保持极极限应力继继续变形，，扭矩仍可可继续增加加，直到截截面上各点点应力均达达到极限强强度，才达达到极限承承载力。截面上的剪剪应力分布布如图所示示分为四个个区，取极极限剪应力力为ft，分别计算各各区合力及及其对截面面形心的力力偶之和，，可求得塑性总极限限扭矩为，◆混凝土材料料为弹塑性性材料。◆达到开裂极极限状态时时开裂扭矩介介于Tcr,e和Tcr,p之间。◆引入修正降低系系数考虑应力非非完全塑性性分布的影影响。◆根据实验结结果，修正正系数在0.87~0.97之间，《规范》为偏于安全全起见，取0.7。开裂扭矩的计算公式式为截面受扭塑塑性抵抗矩矩二、带翼缘缘截面的受受扭塑性抵抵抗矩有效翼缘宽宽度应满足足：bf'≤b+6hf'bf≤b+6hf，且hw/b≤6。三、箱形截截面◆封闭的箱形形截面，其其抵抗扭矩矩的作用与与同样尺寸寸的实心截截面基本相相同。◆实际工程中中，当截面面尺寸较大大时，往往往采用箱形形截面，以以减轻结构构自重，如如桥梁中常常采用的箱箱形截面梁梁。◆为避免壁厚厚过薄对受受力产生不不利影响，，规定壁厚厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6一、开裂后后的受力性性能■由前述主拉拉应力方向向可见，受受扭构件最最有效的配配筋应形式式是沿主拉拉应力迹线线成螺旋形形布置。■但螺旋形配配筋施工复复杂，且不不能适应变变号扭矩的的作用。■实际受扭构构件的配筋筋是采用箍筋与抗扭纵筋形成的空间间配筋方式式。5.3纯扭构件的的承载力计计算■开裂前，T-θ关系基本呈呈直线关系系。■开裂后，由由于部分混混凝土退出出受拉工作作，构件的的抗扭刚度度明显降低低，T-θ关系曲线上出出现一不大的的水平段。■对配筋适量的的构件，开裂后受扭钢筋将承担扭矩产产生的拉应力力，荷载可以以继续增大，，T-θ关系沿斜线上上升，裂缝不不断向构件内内部和沿主压压应力迹线发发展延伸，在在构件表面裂缝呈螺旋状状。■当接近极限扭扭矩时，在构构件长边上有有一条裂缝发发展成为临界裂缝，并向短边延延伸，与这条空间裂裂缝相交的箍箍筋和纵筋达达到屈服，T-q关系曲线趋于于水平。■最后在另一个个长边上的混混凝土受压破破坏，达到极极限扭矩。二、破坏特征征按照配筋率的的不同，受扭扭构件的破坏坏形态也可分分为适筋破坏、少筋破坏和超筋破坏。◆对于箍筋和纵筋配置都合适的的情况，与临界（斜））裂缝相交的的钢筋都能先先达到屈服，，然后混凝土压压坏，与受弯弯适筋梁的破破坏类似，具具有一定的延延性。破坏时的极限限扭矩与配筋筋量有关。◆当配筋数量过过少时，配筋筋不足以承担担混凝土开裂裂后释放的拉拉应力，一旦旦开裂，将导导致扭转角迅迅速增大，与受弯少筋梁梁类似，呈受拉脆性性破坏特征，，受扭承载力取取决于混凝土土的抗拉强度度。◆当箍筋和纵筋配置都过大时时，则会在钢钢筋屈服前混混凝土就压坏坏，为受压脆脆性破坏。受受扭构件的这这种超筋破坏坏称为完全超筋，受扭承载力取取决于混凝土土的抗压强度度。◆由于受扭钢筋筋由箍筋和受受扭纵筋两部部分钢筋组成成，当两者配配筋量相差过过大时，会出出现一个未达达到屈服、另另一个达到屈屈服的部分超筋破坏坏情况。三、配筋强度度比z受扭性能及其其极限承载力力与配筋量、配筋筋强度比z有关。Astl:对称布置的全全部纵筋截面面面积；Ast1:箍筋的单肢截截面面积；ucor:截面核心部分分的周长，ucor=2(bcor+hcor),bcor,hcor分别为从箍筋筋内表面计算算的截面核心心的短边及长长边尺寸。试验表明，当当0.5≤z≤2.0范围时，受扭扭破坏时纵筋筋和箍筋基本本上都能达到到屈服强度。。《规范》建议取0.6≤z≤1.7，当z＞1.7时，取z=1.7设计中通常取取z=1.~1.2。四、极限扭矩矩分析——变角空间桁架架模型对比试验表明明，在其他参参数均相同的的情况下，钢钢筋混凝土实实心截面与空空心截面构件件的极限受扭扭承载力基本本相同。开裂后的箱形截面受扭构件，其其受力可比拟成空间桁桁架：纵筋为受拉拉弦杆，箍筋筋为受拉腹杆杆，斜裂缝间间的混凝土为为斜压腹杆。。《规范》矩形受扭承载载力计算公式式公式的适适用范围围（1）为避免免配筋过过多产生生超筋脆脆性破坏坏为了保证证构件受受扭破坏坏时有一一定的延延性，设设计中应应避免少少筋破坏坏和超筋筋破坏。。（2）为防止止少筋脆脆性破坏坏（3）当扭矩矩小于开开裂扭矩矩时，即即按上面最最小配筋筋率、箍箍筋最大大间距和和箍筋最最小直径径的构造造要求配配置受扭扭钢筋。。《规范》T形截面受受扭承载载力计算算公式，，采用按按各矩形形截面的的受扭截截面塑性性抵抗矩矩的比例例来分配配截面总总扭矩的的方法确确定各矩矩形截面面所承受受的扭矩矩。《规范》箱形截面面受扭承承载力计计算公式式与按挖挖去部分分核心混混凝土的的箱形截截面基本本相同，，但考虑虑了实际际壁厚小小于实心心截面等等效壁厚厚的情况况。αh:箱形截面壁厚影响系数，当大于1时取1。◆受扭构件件的箍筋筋在整个个长度上上均受拉拉力，因因此箍筋筋应做成成封闭型，且应沿沿截面周周边布置置；当采采用复合合箍筋时时，位于于截面内内部的箍箍筋不应应计入；；受扭所所需的箍箍筋末端端应弯折折135°°，弯折后后的直线线长度不不应小于于10倍箍筋直直径。箍筋间距距应满足受受剪最大大箍筋间间距要求求，且不不大于截截面短边边尺寸。。◆受扭纵筋筋应沿截截面周边边均匀布布置，在截面面四角必必须布置置受扭纵纵筋，纵纵筋间距距不大于于200mm和梁截面面短边尺尺寸。◆受扭纵筋筋的搭接接和锚固固均应按按受拉钢钢筋的构构造要求求处理。。5.4弯剪扭构构件的承承载力计计算一、破坏坏形式TVTM扭矩使纵筋产产生拉应应力，与与受弯时时钢筋拉拉应力叠叠加，使使钢筋拉拉应力增增大，从而会使使受弯承承载力降降低。扭矩和剪剪力产生生的剪应应力总会会在构件件的一个个侧面上上叠加，，故承载力总总是小于于剪力和和扭矩单单独作用用的承载载力。弯剪扭构构件的破破坏形态态与三个个外力之之间的比比例关系系和配筋筋情况有有关，主主要有三种破坏坏形式：弯型破坏坏：当弯矩较较大，扭扭矩和剪剪力均较较小时，弯矩起起主导作作用。裂缝首先先在弯曲曲受拉底底面出现现，然后后发展到到两个侧侧面。底部纵筋筋同时受受弯矩和扭矩产生拉应应力的叠叠加，如如底部纵纵筋不是是很多时时，则破坏始于于底部纵纵筋屈服服，承载力力受底部部纵筋控控制。受弯承载载力因扭扭矩的存存在而降降低。扭型破坏坏：当扭矩矩较大大,弯矩和和剪力力较小小,且顶部部纵筋筋小于于底部部纵筋筋时发发生。。扭矩引引起顶顶部纵纵筋的的拉应应力很很大，，而弯弯矩引引起的的压应应力很很小，，所以以导致致顶部部纵筋筋拉应应力大大于底底部纵纵筋，，构件件破坏是是由于于顶部部纵筋筋先达达到屈屈服，然后后底部部混凝凝土压压碎，，承载载力由由顶部部纵筋筋拉应应力所所控制制。由于弯弯矩对对顶部部产生生压应应力，，抵消消了一一部分分扭矩矩产生生的拉拉应力力，因因此弯矩对对受扭扭承载载力有有一定定的提提高。但对于于顶部部和底底部纵纵筋对对称布布置情情况，，总是是底部部纵筋筋先达达到屈屈服，，将不不可能能出现现扭型型破坏坏。剪扭型型破坏坏：当弯矩矩较小小，对构构件的的承载载力不不起控控制作作用，，构件件主要要在扭扭矩和和剪力力共同同作用用下产产生剪剪扭型型或扭扭剪型型的受受剪破破坏。。裂缝从从一个个长边边（剪剪力方方向一一致的的一侧侧）中中点开开始出出现，，并向向顶面面和底底面延延伸，，最后后在另另一侧侧长边边混凝凝土压压碎而而达到到破坏坏。如如配筋筋合适适，破破坏时时与斜斜裂缝缝相交交的纵纵筋和和箍筋筋达到到屈服服。当扭矩矩较大大时，，以受受扭破破坏为为主；；当剪力力较大大时，，以受受剪破破坏为为主。。扭矩和和剪力力产生生的剪剪应力力总会会在构构件的的一个个侧面面上叠叠加，，因此此承载力力总是是小于于剪力力和扭扭矩单单独作作用的的承载载力。二、《规范》弯剪扭扭构件件的配配筋计计算由于在在弯矩、剪力和扭矩的共同同作用用下，，各项项承载载力是是相互互关联联的，，其相相互影影响十十分复复杂。。具体方方法如如下：1、受弯弯纵筋筋计算算受弯纵纵筋As和A's按弯矩矩设计计值M由正截截面受受弯承承载力力计算算确定定。2、剪扭扭配筋筋计算算对于剪剪扭共共同作作用，，《规范》