混凝土结构中的受扭构件

第八章受扭构件8.1概述第八章受扭构件

8.1概述平衡扭转和协调扭转（亦称约束扭转）一、受扭构件的概念截面上有扭矩作用，且扭矩值不可忽略的构件。二、受扭构件的分类（按引起扭转的原因分类）第八章受扭构件8.1概述构件中的扭矩由荷载直接引起，其值可由平衡条件直接求出。该类扭转称平衡扭转。1、平衡扭转（1）平衡扭转的概念（2）平衡扭转的实例雨蓬梁吊车梁mt框架边梁（边梁抗扭刚度大时，mt就大）第八章受扭构件8.1概述2、协调扭转（1）协调扭转的概念（2）协调扭转的实例在超静定结构，若扭转是由相邻构件的变形受到该构件的约束而产生的，其扭矩值与抗扭刚度的比值有关，不是定值，其扭矩值需结合变形协调条件才能求出。该类扭转称协调扭转。第八章受扭构件8.2开裂扭距8.2纯扭构件的开裂扭矩一、开裂前后的受力性能1、开裂前，钢筋混凝土纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻合；2、开裂前，受扭钢筋的应力很低，可忽略钢筋的影响；3、开裂前，矩形截面受扭构件截面上的剪应力分布见下页图，最大剪应力tmax发生在截面长边中点；4、（开裂前，主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型，且构件侧面的主拉应力和主压应力相等；）5、当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件的某个薄弱部位形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸；6、对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件破坏，破坏面呈一空间扭曲曲面。第八章受扭构件8.2开裂扭距45o45o135oT二、矩形截面构件的开裂扭矩计算1、按弹性理论计算假定混凝土为理想弹性材料，则当截面长边中点的主拉应力stp=

tmax=ft时，构件达开裂的临界状态，根据左上图可求得弹性开裂扭矩为tmax截面弹性应力分布假定混凝土为理想弹塑性材料，则一直到截面上各点应力均达到极限强度ft时，构件才达到开裂的临界状态，根据右图可求得塑性开裂扭矩为第八章受扭构件8.2开裂扭距2、按塑性理论计算3、《规范》计算公式Wt称截面受扭塑性抵抗矩混凝土既非弹性也非塑性。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

h截面塑性应力分布ft45oftftftb第八章受扭构件8.2开裂扭距三、T形、I形截面构件的开裂扭矩计算1、截面剪应力分布的简化bb‘fh剪应力分布分区h‘f简化剪应力分布分区简化第八章受扭构件8.2开裂扭距▲翼缘宽度应满足bf'≤b+6hf'

及bf≤b+6hf的条件，且hw/b≤6。2、截面受扭塑性抵抗矩的计算（1）计算原则为简化计算，偏于安全地认为划分截面的方法是：先按截面总高度确定腹板，然后再分受拉和受压翼缘。bbf'hf'hfhwhbf（2）Wtw、W’tf、Wtf的计算1、由前述主拉应力方向可知：受扭构件最有效的配筋形式是沿主拉应力迹线成螺旋形布置；2、但螺旋形配筋施工复杂，且不能适应变号扭矩的作用；3、实际受扭构件的抗扭钢筋是采用封闭箍筋与抗扭纵筋形成的空间钢筋骨架。第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力8.3纯扭构件的承载力计算一、受扭钢筋的配置方式（1）开裂前，T-q关系基本呈直线关系。（2）开裂后，由于部分混凝土退出工作，抗扭刚度明显降低，T-q曲线上出现一不大的水平段。（3）开裂后，受扭钢筋将承担扭矩产生的拉应力，荷载可以继续增大，T-q关系沿斜线上升。第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力二、纯扭构件的受力性能1、受扭适筋梁受力的全过程适筋破坏超筋破坏少筋破坏T(kN.m)

(rad/mm)T=0~Tu（5）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，T-q关系曲线趋于水平。第八章受扭构件（4）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。（6）最后在另一个长边上的混凝土受压破坏，达到极限扭矩。前侧面底面后侧面顶面2、纯扭构件的破坏形态按照配筋率的不同，受扭构件的破坏形态也可分为适筋破坏、少筋破坏、超筋破坏和部分超筋破坏。（1）适筋破坏：当箍筋和纵筋配置都合适时：与临界裂缝相交的箍筋和纵筋先屈服，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。（2）少筋破坏：当配筋过少时：钢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，构件破坏。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。（3）超筋破坏（完全超筋破坏）：

当箍筋和纵筋都过多时：在钢筋屈服前混凝土先压坏，与受弯超筋梁的破坏类似，为受压脆性破坏。受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。（4）部分超筋破坏：当受扭箍筋和受扭纵筋两者的配筋量相差过大时：破坏时，混凝土压坏，钢筋一个屈服、另一个未屈服。第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力3、配筋强度比z受扭钢筋由箍筋和纵筋两部分组成，其受扭性能及其极限承载力不仅与配筋量有关，还与两部分钢筋的配筋强度比z

有关。试验表明，当0.5≤z≤2.0时，破坏时纵筋和箍筋基本上都能屈服。但由于配筋量的差别，屈服的次序是有先后的。《规范》建议取0.6≤z≤1.7，设计中通常取z=1.2。第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力bcorbhcorhAcorS（1）z的定义（2）z的取值第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力三、纯扭构件的承载力计算1、受扭承载力的构成Tu=Tc+Ts0.350.71.02.02.01.00由试验得

=0.35，

=1.22、《规范》受扭承载力计算公式（矩形截面）第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力3、T形、I形截面纯扭构件受扭承载力的计算方法（1）将截面划分为几个矩形截面---划分方法与计算截面受扭塑性抵抗矩时相同；（2）将扭矩T分配给各个矩形截面：腹板受压翼缘受拉翼缘（3）各个矩形截面分别按分配到的扭矩进行受扭承载力计算。4、箱形截面纯扭构件受扭承载力的计算(了解）

h--箱形截面壁厚影响系数：

h=2.5tw/bh，当

h>1.0时，取

h=1.0。twbh第八章受扭构件8.4弯剪扭构件的承载力计算TVTM（1）扭矩在纵筋中产生的拉应力，与受弯时纵筋中的拉应力叠加，使纵筋的拉应力增大，从而导致受弯承载力降低。（2）扭矩和剪力产生的剪应力总会在构件的一个侧面上方向一致，导致承载力总是小于剪力和扭矩单独作用时的承载力。一、弯剪扭构件的受力性能1、扭矩对受弯和受剪承载力的影响（原因）

（弯剪扭构件的破坏形态与三个外力之间的比例关系和配筋情况有关，主要有三种破坏形态）（1）弯型破坏第八章受扭构件裂缝首先在弯曲受拉底面出现，进而发展到两个侧面，然后底部纵筋先屈服（因弯矩和扭矩产生的拉应力在底部纵筋处叠加），最后顶部混凝土压碎而破坏。承载力受底部纵筋控制，受弯承载力因扭矩的存在而降低。2、弯剪扭构件的破坏形态a）发生条件弯矩较大（弯矩起主导作用），扭矩和剪力均较小时，且底部纵筋不是很多。b）破坏特征（2）扭型破坏第八章受扭构件顶部纵筋先屈服，最后底部混凝土压碎而破坏。承载力由顶部纵筋控制。受扭承载力因弯矩的存在有一定的提高（因弯矩小于某一值时，弯矩对顶部产生压应力，抵消了一部分扭矩产生的拉应力）。（对于顶部和底部纵筋对称布置情况，总是底部纵筋先达到屈服，将不可能出现扭型破坏。）a）发生条件扭矩较大,弯矩和剪力均较小,且顶部纵筋小于底部纵筋。b）破坏特征第八章受扭构件8.4弯剪扭构件1.01.00非对称配筋截面的弯--扭相关曲线剪扭型破坏（某侧面配筋较少时发生）弯型破坏扭型破坏（3）剪扭型破坏第八章受扭构件裂缝从一个长边（剪力方向一致的一侧）中点开始出现，并向顶面和底面延伸，最后另一侧长边混凝土压碎而达到破坏。如配筋合适，破坏时与斜裂缝相交的纵筋和箍筋达到屈服。当扭矩较大时，以受扭破坏为主；当剪力较大时，以受剪破坏为主。剪扭相关作用关系曲线接近1/4圆。a）发生条件当M较小，V和T较大，且T和V引起的剪力方向一致的侧面配筋较少时。b）破坏特征第八章受扭构件8.4弯剪扭构件二、剪扭构件的承载力计算1、剪扭相关性（1）试验结果1.01.0VCVc0Tc0TC0无腹筋梁1.01.0VV0T0T0有腹筋梁第八章受扭构件8.4弯剪扭构件（2）《规范》方法1.01.0VcVc0Tc0Tc0无腹筋梁a）基本假定混凝土部分相关—并假定有腹筋构件混凝土部分的相关性与无腹筋构件相同；钢筋部分不相关—即腹筋的贡献采用简单叠加方法。b）受扭承载力降低系数

t▲相关曲线的简化1.51.5

t1.5-t0.50.5▲

t的计算第八章受扭构件8.4弯剪扭构件1.01.0VcVc0Tc0Tc0无腹筋梁1.51.5

t1.5-t0.50.5用V、T代替Vc、Tc

，并将Vc0、Tc0的表达式代入上式后得▲

t的计算公式▲

t的取值范围0.5t1.02、矩形截面剪扭构件的承载力计算公式第八章受扭构件(1)一般剪扭构件▲受剪承载力▲受扭承载力(2)集中荷载作用下的独立剪扭构件▲受剪承载力▲受扭承载力计算公式与一般剪扭构件计算公式相同第八章受扭构件8.4弯剪扭构件3、T形、

形截面剪扭构件的承载力计算规定（a）剪力全由腹板承担；（1）V、T的分配（b）扭矩按截面受扭塑性抵抗矩分配给腹板和上、下翼缘；（2）配筋计算（a）腹板在V、Tw作用下按剪扭相关构件计算；（b）上、下翼缘分别在T’f、Tf作用下按纯扭构件计算；VT

TfVTwT’fVTwT’f

Tf第八章受扭构件8.4弯剪扭构件三、弯剪扭构件的承载力计算—适于矩形、T形、

形、箱形截面（1）当V0.35ftbh0或V0.875ftbh0/(+1)时，可仅按受弯正截面和纯扭计算；1、可简化的情况2、一般情况（1）在M作用下，按受弯正截面计算受弯纵向钢筋As；（3）在V、T作用下，按剪扭构件受扭承载力计算受扭纵向钢筋Astl

；（2）在V、T作用下，按剪扭构件受扭承载力计算受扭箍筋Ast1

；（4）在V、T作用下，按剪扭构件受剪承载力计算受剪箍筋Asv

；（2）当T0.175ftWt或T0.175hftWt时，可仅按受弯正截面和受剪斜截面计算；+++=AsAstlAst1Asv为避免配筋过多产生超筋脆性破坏第八章受扭构件五、弯、剪、扭共同作用下的截面限制条件

--相当于公式条件之一1、规定截面限制条件的目的2、截面限制条件—适用于弯、剪、扭构件hwhwhwhwbbb=2twbtw为防止少筋脆性破坏第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力六、弯、剪、扭构件的最小配筋率

--相当于公式条件之二1、规定最小配筋率的目的2、最小配筋率受扭纵筋剪扭箍筋

+=扭最小弯最小弯扭纵筋受扭箍筋：直径：h>800的梁，d宜

8；h

800的梁，d宜

6。若配有计算纵向压筋时；d还应

0.25倍的最大压筋的直径。

第八章受扭构件8.3纯扭构件的承载力七、受扭纵筋和箍筋的构造规定

200，bb

200受扭纵筋：沿截面周边均匀对称布置，间距应

200mm和截面短边长度。在截面四角必须布置受扭纵筋。受扭纵筋的锚固和搭接应符合受拉钢筋的要求。135o

10d间距：应满足受弯时梁中箍筋的间距要求（由梁高h和剪力V确定）。

形式：做成封闭型，沿截面周边布置；箍筋末端应弯折135°，弯折后的直线长度应

10倍箍筋直径。注：受扭箍筋的直径和间距要求同受剪箍筋。第八章受扭构件九、弯剪扭构件计算公式的应用—分设计与复核两方面1、关键点：设计时取

=1.2，然后应用公式即可；

复核时直接应用公式即可。八、构造配筋条件—适用于弯、剪、扭构件可按纵筋和箍筋的最小配筋率及其构造规定配筋。时，当a）验算截面条件；