第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算

建筑结构第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算

4.1钢筋混凝土受扭构件的构造要求

4.2钢筋混凝土纯扭构件承载力计算

4.3钢筋混凝土在弯、剪、扭共同作用下的承载力计算第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算工程中，钢筋混凝土受扭构件可分两类：一类称“平衡扭矩”如图4.2(a),其扭矩的大小荷载作用决定，基本上不受构件本身抗扭刚度变化的影响；另一类承担“变形协调扭矩”的构件，其所受扭矩作用的大小随构件本身抗扭刚度的变化而变化，称为“约束扭转”如图4.2(b)。(a)平衡扭矩(b)约束扭转图4.2钢筋混凝土受扭构件第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算

4.1钢筋混凝土受扭构件的构造要求4.1.1截面尺寸为了避免受扭构件配筋过多、保证构件不致因截面过小出现破坏时混凝土首先被压碎，防止产生超筋性质的脆性破坏。受扭构件的截面应符合下列条件：当时，（4-1）当时，（4-2）当时，按线性内插法确定。4.1.2构造配筋界限第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算当钢筋混凝土构件所能承受的荷载效应相当于混凝土构件即将开裂时所达到的剪力及扭矩值的界限状态，称为构造配筋界限。当构件处于这一状态时，混凝土承受外荷载而不会开裂，可以不需要设置受剪及受扭钢筋；为保证安全、防止因偶然因素导致构件开裂而产生突然的脆性破坏，故规定在构造上尚应设置最小配筋率的要求。当满足下列条件时，可不进行构件受剪扭承载力计算，按规定配置构造纵向钢筋和箍筋：或4.1.3最小配筋率第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算

最小配筋率主要是为了防止构件发生“少筋”性质的脆性破坏，钢筋混凝土受扭构件钢筋的最小配筋为相当于素混凝土受扭构件所能承受的极限承载力相应的配筋率，包括纵筋最小配筋率及箍筋最小配筋率。1）纵筋的最小配筋率当T/(Vb)>2.0时，取T/(Vb)=2.0。第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算在弯剪扭构件中，配置在截面弯曲受拉边的纵向受力钢筋，其截面面积不应小于受弯构件受拉钢筋最小配筋率计算出的钢筋截面面积与受扭纵向钢筋配筋率计算并分配到弯曲受拉边的钢筋截面面积之和。2）箍筋的最小配筋率在弯剪扭构件中，箍筋的配筋率不应小于。4.1.4

钢筋的构造要求按构造要求置受扭纵向钢筋和箍筋：1）受扭纵向钢筋的构造要求沿截面周边布置的受扭纵向钢筋的间距不应大于200mm和梁截面短边长度；除应在梁截面四角设置受扭纵向钢筋外，其余受扭纵向钢筋宜沿截面周边均匀对称布置。受扭纵向钢筋应按受拉钢筋锚固在支座内。第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算2）箍筋的构造要求箍筋的间距应符合表4.1的规定，其中受扭所需的箍筋应做成封闭式，且应沿截面周边布置；当采用复合箍筋时，位于截面内部的箍筋不应计入受扭所需的箍筋面积；受扭所需箍筋的末端应做成135°弯钩，弯钩端头平直段长度不应小于10d（d为箍筋直径），合理的抗扭箍筋应该是沿45°方向布置的螺旋箍筋，但是这种方式非但施工不方便，并且只能适应一个方向的扭矩。

图4.4钢筋构造要求表4.1梁中箍筋的最大间距（mm）4.2钢筋混凝土纯扭构件承载力计算4.2.1矩形截面纯扭构件的破坏形态第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算抗扭钢筋包括抗扭纵向钢筋和抗扭横向箍筋。钢筋混凝土构件的受扭破坏形态主要与配筋量多少有关。一般可分为少筋破坏、超筋破坏和适筋破坏三中类型。

(a)少筋破坏(b)适筋破坏(c)超筋破坏图4.6纯扭破坏形态第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算1）少筋破坏当抗扭钢筋配置过少时，裂缝首先出现在截面长边中点处，并迅速沿45°方向向邻边两个短边的面上发展，在第四个面上出现裂缝后（压区很小）构件就突然破坏，破坏面为空间一扭曲裂面。破坏钢筋不仅屈服还可经过流幅进入强化阶段甚至被拉断，构件截面的扭转角较小（见图4.7曲线1）。破坏无任何预兆，属于脆性破坏，这类破坏称为少筋破坏（见图4.6）。构件受扭极限承载力控制于控制于混凝土抗拉强度及截面尺寸，在设计中应予避免。此类破坏模型是求混凝土开裂扭矩的试验依图4.7扭矩—扭转角关系曲线2）超筋破坏当抗扭钢筋配置过多时，破坏是由某相邻两条45°螺旋裂缝间的混凝土被压碎引起的。构件破坏时螺旋裂缝很多，都很细，抗扭钢筋均未达到屈服强度。破坏时扭转角也较小（见图4.7曲线3），属于脆性破坏，这类破坏称为超筋破坏（见图4.6）。构件受扭极限承载力控制于混凝土抗压强度及截面尺寸，在设计中应予避免。此类破坏模型是求得抗扭钢筋最大值的试验依据。3）适筋破坏当配置适量的抗扭钢筋时，破坏是在由多条螺旋裂缝中的一条主裂缝造成的空间扭曲面上发生的。裂缝最初的发生如同少筋破坏，但由于抗扭钢筋用量适当，在出现第一条裂缝后抗扭钢筋就发挥作用，使构件在破坏前形成多条裂缝，当通过主裂缝的抗扭钢筋达到屈服强度后，构件在主裂缝的第四个面上的受压区混凝土被压碎时破坏。破坏时，扭转角较大（见图4.7曲线2），属于延性破坏，这类破坏称为适筋破坏（见图4.6）。此类破坏模型是设计的试验依据。为了使受扭构件的破坏形态呈现适筋破坏，充分发挥抗扭钢筋的作用，抗扭纵筋和抗扭箍筋应有合理的最佳搭配。《规范》引入系数，

为受扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比。第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算超筋破坏还可分为部分超筋破坏和完全超筋破坏，由于抗扭钢筋包括纵筋和箍筋两部分，若两者比值不当，致使混凝土压碎时两者之一（箍筋或纵筋）尚不屈服，这种破坏称为部分超筋破坏，破坏时构件有一定的延性，设计可采用，但不经济；若两者都未屈服，称为完全超筋破坏。第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算4.2.2纯扭构件的承载力计算1）矩形截面纯扭构件的承载力计算钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算，已有较接近实际的理论计算方法，例如，变角空间桁架模型；斜弯理论—扭曲破坏面极限平衡理论。但由于受扭构件的受力复杂，影响因素又很多，因此实际计算时要对试验结果进行修正。《规范》中矩形截面纯扭构件承载力的计算公式是在变角空间桁架模型理论的基础上根据试验分析得到的：2）带翼缘截面纯扭构件的承载力计算由试验可知，带翼缘的T形、L形、和工字形截面构件受扭时第一条斜裂缝仍出现在构件腹板侧面中部，裂缝的发展和破坏形态与矩形截面相似。矩形截面构件在弯、剪、扭共同作用下，由于内力比值（扭弯比扭剪比）、配筋率、截面尺寸、材料强度不同，有三种典型的破坏形态：弯型破坏、扭型破坏、剪扭型破坏。第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算《规范》对带翼缘的受扭构件承载力计算，采用的仍是将其划分为若干个矩形截面分别计算的简化方法。4.3钢筋混凝土构件在弯、剪、扭共同作用下的承载力4.3.1矩形截面构件在弯、剪、扭共同作用下的破坏形态

（a）弯型破坏（b）扭型破坏（c）剪扭破坏

图4.11矩形截面构件在弯、剪、扭共同作用下的破坏形态

剪力和扭矩共同作用下的构件的承载力比单独作用下承载力要低。构件的受扭承载力随着剪力的增加而减小；反之，构件的受剪承载力也随着扭矩的增加而减小，这称为剪扭相关性。2）简化计算《规范》为了简化计算，采用混凝土部分相关，钢筋部分不相关的近似方法。混凝土为避免双重利用而引入相关折减系数，分别对抗扭及抗剪承载力计算公式进行调整。3）按照叠加原则计算构件抗剪扭总的箍筋用量由上述抗剪和抗扭分别计算了所需箍筋用量后，按照叠加原则计算构件总的箍筋用量。叠加原则是指单肢箍筋相加，即：第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算4.3.2矩形截面构件在剪、扭作用下的承载力计算1）剪扭相关性第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算（剪）（扭）（剪扭）图4.13叠加原则计算构件抗剪扭总的箍筋用量4.3.3矩形截面构件在弯、扭作用下的承载力计算计算弯、扭共同作用下的受弯和受扭承载力，不考虑弯扭相关性，可分别按受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力进行计算，求得的钢筋应分别按弯、扭对纵筋和箍筋的构造要求进行配置，位于相同部位处的钢筋可进行钢筋截面面积叠加后配筋。第4章钢筋混凝土受扭构件承载力计算（弯）（扭）（弯扭）图4.14叠加原则计算构件抗弯扭总的钢筋用量

带翼缘截面构件在弯、扭共同作用下的承载力计算，可分别按弯、扭单独作用时相应方法进行（受弯按T形截面，受扭按腹板和上、下翼缘截面）。4.3.4矩形截面构件在弯、剪、扭作用下的承载力计算

钢筋混凝土构件在弯矩、剪力和扭矩作用下的受力性能比剪扭、弯扭复杂，影响因素又很多。因此，《规范》规定弯、剪、扭共同作用下的承载力计算还是采用按受弯和受剪扭分别计算，然后进行叠加的近似计算方法。即纵向钢筋应通过正截面受弯承载力和剪扭构件的受扭承载力计算求得的纵向钢筋进行配置，重叠处的纵筋截面面积可叠加。箍筋应按剪扭构件受剪承载力