第八章-钢筋混凝土受扭构件承载力-受扭构件

混凝土结构

ConcreteStructure第八章

钢筋混凝土受扭构件承载力计算TorsionMembers第八章受扭构件的扭曲截面承载力

§8.1

概述

§8.2

纯扭构件的试验研究

§8.3

矩形截面纯扭构件的扭曲承载力计算基本要求重点、难点试验研究：受力全过程及破坏特征。

矩形截面纯扭构件的承载力计算及其适用条件；剪扭共同作用下的构件承载力计算；弯扭共同作用下的构件承载力计算。

矩形截面纯扭及复合受扭承载力计算图8-1平衡扭转与协调扭转图例(a)(b)(c)(d)He0MT=He0H边框架主梁次梁§8.1概述扭转的类型平衡扭转：雨蓬梁，吊车梁协调扭转：平面折梁，边框架主梁第八章受扭构件◆

构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出◆受扭构件必须提供足够的抗扭承载力，否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏。平衡扭转EquilibriumTorsion在超静定结构，扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的，扭矩大小与受扭够的抗扭刚度有关，称为协调扭转CompatibilityTorsion。对于协调扭转，由于受扭构件在受力过程中的非线性性质，扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定值，需要考虑内力重分布进行扭矩计算。协调扭转EquilibriumTorsion平衡扭转的扭矩不随构件的刚度变化而变化，而协调扭转的扭矩与刚度变化相关。实际构件受扭的情况：纯扭、剪扭、弯扭、弯剪扭–––梁地震荷载作用下的角柱承受扭矩–––柱两类扭转的差别：纯扭构件的试验研究§8.2裂缝出现前，钢筋混凝土纯扭构件的受力性能，符合圣维南弹性扭转理论。图8-2所示为理论计算曲线与试验曲线的对比关系。扭矩T(kN∙m)Tcr扭转角φ（deg/m）图8-2开裂前性能8.2.1

裂缝出现前的性能8.2.2裂缝出现后的性能

裂缝出现后，构件截面的扭转刚度降低，受扭钢筋用量越少，构件截面的扭转刚度降低越多。图8-5纯扭构件开裂后性能箍筋拉应变扭矩T(kN∙m)TuTcr扭转角φ（deg/m）

受扭钢筋的存在使开裂扭距较素混凝土构件约高10%-30%破坏裂缝图8-4纯扭构件的破坏展开图■对配筋适量的构件，初始裂缝发生在剪应力最大处，之后裂缝不断向构件内部和沿主压应力迹线发展延伸，在构件表面裂缝呈螺旋状。■当接近极限扭矩时，在构件长边上有一条裂缝发展成为临界裂缝，并向短边延伸，与这条空间裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服。最后在另一个长边上的混凝土受压破坏，达到极限扭矩按照配筋率的不同，受扭构件的破坏形态也可分为适筋破坏、少筋破坏和超筋破坏。◆对于箍筋和纵筋配置都合适的情况，与临界（斜）裂缝相交的钢筋都能先达到屈服，然后混凝土压坏，与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性。破坏时的极限扭矩与配筋量有关。◆当配筋数量过少时，配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。◆当箍筋和纵筋配置都过大时，则会在钢筋屈服前混凝土就压坏，为受压脆性破坏。受扭构件的这种超筋破坏称为完全超筋，受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。◆

由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成，当两者配筋量相差过大时，会出现一个未达到屈服、另一个达到屈服的部分超筋破坏情况。破坏特征8.3.1素混凝土纯扭构件的受力性能试验表明：当

tp>ft长边中点先裂，然后延伸至上、下短边，形成三面受拉，一面受压的空间扭曲面、脆性破坏。图8-6矩形截面受扭构件T

tp矩形截面纯扭构件承载力计算§8.3第八章受扭构件弹性分析：认为材料塑性充分发展，全截面从表面至中心达到

max所计算的扭矩抗力。…8－2若砼为弹性材料，当最大扭剪应力或最大主拉应力达到砼抗拉强度ft时，构件开裂，开裂扭矩：…8－1

塑性分析

素梁开裂扭矩计算公式：Tcr=0.7ftWt…8－3…8－4对于矩形截面：◆混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介于两者之间的弹塑性材料，◆

达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也是介于Tcr,e和Tcr,p之间。◆

为简便实用，可按塑性应力分布计算，并引入修正降低系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。◆

根据实验结果，修正系数在0.87~0.97之间，《规范》为偏于安全起见，取0.7。于是，开裂扭矩的计算公式为，箱形截面◆封闭的箱形截面，其抵抗扭矩的作用与同样尺寸的实心截面基本相同。◆实际工程中，当截面尺寸较大时，往往采用箱形截面，以减轻结构自重，如桥梁中常采用的箱形截面梁。◆为避免壁厚过薄对受力产生不利影响，规定壁厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6带翼缘截面带翼缘截面有效翼缘宽度应满足bf'≤b+6hf'

及bf≤b+6hf的条件，且hw/b≤6。8.3.2钢筋混凝土纯扭构件的受力性能1.受扭钢筋的配筋形式最理想的配筋方式是在靠近表面处设置呈45°走向的螺旋形钢筋，因此，分解为竖向(箍筋)和水平(纵筋)组成抗扭骨架。图8-6抗扭骨架受扭

要配抗扭钢筋开裂形成大约45°方向的螺旋式裂缝选用变角度空间桁架模型施工不便反向扭矩失效但第八章受扭构件图8-8变角度空间桁架模型变角空间桁架模型理论的基本假定：（1）混凝土只承受压力，具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆，其倾角为a；（2）纵筋和箍筋只承受拉力，分别为桁架的弦杆和腹杆；（3）忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的销栓作用。2.抗扭钢筋配筋率对受扭构件受力性能的影响–––适筋构件–––部分超筋构件

当箍筋或纵筋数量过多时，开裂抗扭钢筋受力T

钢筋部分屈服形成空间扭曲破坏面

当纵筋和箍筋的配置适当，开裂抗扭钢筋受力

T

钢筋屈服形成空间扭曲破坏面

T

破坏特征与纵筋和箍筋的数量有关开裂表面形成螺旋裂缝抗扭钢筋受力当纵筋和箍筋或其中之一过少时

当纵筋和箍筋都配置过多，开裂抗扭钢筋受力T

钢筋在砼压碎时未屈服–––少筋构件–––超筋构件

从以上分析，要破坏有征兆，且承载力高，材料充分利用、只能采用前两种，应采取措施避免后两种。同时要材料充分发挥作用，抗扭纵筋和箍筋应合理搭配。3.

–––纵向钢筋和箍筋的配筋强度比值实验表明：两种钢筋要有效发挥抗扭作用，应控制两者的用量比。…8－18

＞1.7时，取

=1.7

当

=1.2，纵筋和箍筋的用量比最佳当0.5

2.0一般两者可以发挥作用实验表明：

––受扭构件纵筋与箍筋的配筋强度比8.3.3《规范》规定的配筋计算方法在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，对hw/b≤6的矩形，hw/tw≥6的箱形截面和T形、I形截面（见图8-8）的受扭构件扭曲截面承载力采用不同的计算方法：图8-9受扭构件截面公式的适用条件：避免少筋避免完全超筋1.hw/b≤6的矩形截面…8－23图8-10比较计算公式与实验值2.hw/b≤6的箱形截面…8－26

箱形截面受扭塑性抵抗扭为：

值应符合0.6

1.7的要求，当

＞1.7时，取

=1.7。

…8－83.对于T形、I形截面图8-10T形、I形截面的矩形划分方法将截面分成几个矩形截面进行配