6-1 矩形纯扭构件的破坏特征和承载力计算讲解

第9章受扭构件承载力计算本章主要内容

1.开裂扭矩计算及矩形截面纯扭构件破坏特征。

2.《公路桥规》对矩形截面纯扭构件承载力计算。

3.弯剪扭构件破坏特征、承载力计算及配筋。

4.受扭构件的配筋特点和构造要求。学习目标1.理解并掌握矩形纯扭构件的破坏全过程、破坏特征和承载力计算方法。2.理解并掌握矩形弯剪扭构件的破坏类型和承载力计算方法。3.理解T形和I形截面受扭构件承载力计算方法。4.理解受扭构件的构造要求。本章重点矩形纯扭构件和弯剪扭构件承载力计算方法。本章难点矩形弯剪扭构件承载力计算方法，T形和I形截面受扭构件承载力计算方法。概述平衡扭转和协调扭转一、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、受扭构件的分类纯扭剪扭

土木工程中少见；弯扭弯剪扭：土木工程中常见。扭矩由荷载直接引起，其值可由平衡条件直接求出。（1）平衡扭转的概念（2）平衡扭转的实例雨蓬梁吊车梁1、平衡扭转mt框架边梁（边梁的抗扭刚度大时，mt就大）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，其扭矩值需变形协调条件才能确定。9.1矩形纯扭构件的破坏特征和承载力计算一、纯扭构件的破坏全过程钢筋混凝土受扭构件的T-θ曲线扭转裂缝分布图二、

矩形截面纯扭构件的破坏特征1、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩问题提出：钢筋混凝土受扭构件开裂前钢筋中的应力很小，钢筋对开裂扭矩的影响不大，因此，可以忽略钢筋对开裂扭矩的影响，将构件作为纯混凝土受扭构件来处理开裂扭矩的问题。矩形截面钢筋混凝土受扭构件的开裂扭矩，只能近似地采用理想塑性材料的剪应力图形进行计算，同时通过试验来加以校正，乘以一个折减系数0.7。

开裂扭矩的计算式为：

2、矩形截面纯扭构件的破坏特征

抗扭钢筋：抗扭纵筋抗扭箍筋

少筋破坏—一开裂，钢筋马上屈服，结构立即破坏；

适筋破坏—纵筋、箍筋先屈服，混凝土受压面压碎；

超筋破坏—纵筋、箍筋未屈服，混凝土受压面先压碎；

部分超筋破坏—纵筋一部分钢筋先屈服，混凝土受压面被压碎。配筋强度比

当0.6≤

ζ≤1.7时，纵筋、箍筋均可达到屈服强度。2、矩形截面纯扭构件的破坏特征

抗扭钢筋：抗扭纵筋、抗扭箍筋少筋破坏—“箍筋和纵筋的配置”均过少时：一开裂，钢筋马上屈服，结构立即破坏；与少筋梁类似，脆性破坏。(应避免)适筋破坏—“箍筋和纵筋的配置”均合适时：纵筋、箍筋先屈服，混凝土后压坏；与适筋梁类似，延性破坏。超筋破坏—“箍筋和纵筋的配置”均过多时：纵筋、箍筋未屈服，混凝土受压面先压坏；与超筋梁类似，脆性破坏。(应避免)部分超筋破坏—“箍筋和纵筋的配置”相差过大时：混凝土压坏，钢筋一种屈服、另一种未屈服。(宜避免)配筋强度比当0.6≤

ζ≤1.7时，纵筋、箍筋均可达到屈服强度。1、承载力计算公式《公路桥规》中采用的矩形截面构件抗扭承载力计算公式并应满足：

《公路桥规》规定值应符合0.6≤

ζ≤1.7，当ζ>1.7时，取1.7。三、《公路桥规》对矩形截面纯扭构件的承载力计算2.限制条件

抗扭配筋的上限值——防止超筋破坏

抗扭配筋的下限值——防止少筋破坏

《公路桥规》规定:●纯扭构件箍筋配筋率应满足●纵向受力钢筋配筋率应满足

受扭钢筋例1矩形截面纯扭构件承载力计算（8）检查截面尺寸满足截面尺寸满足要求。解答过程：（1）查出材料的设计指标（2）求出Wt（3）检查截面尺寸（4）验算是否需要按计算配置抗扭钢筋（5）求ucor，Acor（6）计算受扭箍筋用量（7）校核配筋率（8）计算受扭纵筋用量（9）校核配筋率（10）纵筋布置例2矩形截面纯扭构件配筋计算9.2在弯、剪、扭共同作用下矩形截面构件的承载力计算一、弯剪扭构件的破坏类型（了解）弯剪扭构件破坏特征及承载能力，与所作用的外部荷载条件和构件的内在因素有关。

外部条件：通常以扭弯比ψ

以及扭剪比χ

来表示。

内在因素：系指构件截面形状、尺寸、配筋及材料强度。

弯剪扭构件的破坏类型c)扭型破坏a)弯型破坏b)弯扭型破坏一、弯剪扭构件的破坏类型（了解）1.弯型破坏:弯矩作用比扭矩显著,构件破坏时体现为先是与螺旋形裂缝相交的纵筋和箍筋受拉达到屈服强度，最终截面上边缘的混凝土受压破坏（图9-5a）。2.弯扭型破坏：剪力和扭矩都较大,破坏时与螺旋形裂缝相交的钢筋受拉并达到屈服强度，受压区靠近另一侧面（图9-5b）。3.扭型破坏:扭矩作用显著,顶部纵筋先于构件底部纵筋达到受拉屈服强度，破坏面始于构件顶面发展到两个侧面（图9-5c）。

二、弯剪扭构件的配筋计算方法在实际工程中，真正纯扭构件或剪扭构件是很少见的，大多是同时承受弯矩、剪力和扭矩的构件。在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，钢筋混凝土构件的受力状态十分复杂，故很难提出符合实际而又便于设计应用的理论计算公式。弯剪扭共同作用下，钢筋混凝土构件的配筋计算，目前多采用简化计算方法。

《公路桥规》也采取叠加计算的截面设计简化方法。

1、受剪扭的构件承载力计算●剪扭构件抗剪承载力

●剪扭构件抗扭承载力

二、弯剪扭构件的配筋计算方法●抗剪扭配筋的下限——防止少筋破坏★剪扭构件箍筋配筋率应满足：

★纵向受力钢筋配筋率应满足：

●矩形截面承受弯、剪、扭的构件，当符合条件：

●抗剪扭配筋的上限——防止超筋破坏2、抗剪扭配筋的上下限可不进行抗扭承载力计算，按构造要求配筋。3、在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的配筋计算对于在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的构件，其纵向钢筋和箍筋应按下列规定计算并分别进行配置。(1)抗弯纵向钢筋应按受弯构件正截面承载力计算所需的钢筋截面面积，配置在受拉区边缘；(2)按剪扭构件计算纵向钢筋和箍筋。由抗扭承载力计算公式计算所需的纵向抗扭钢筋面积，并均匀、对称布置在矩形截面的周边其间距不应大于300mm，在矩形截面的四角必须配置纵向钢筋；箍筋为按抗剪和抗扭承载力计算所需的截面面积之和进行布置。二、弯剪扭构件的配筋计算方法3、在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的配筋计算《公路桥规》规定，纵向受力钢筋的配筋率不应小于受弯构件纵向受力钢筋最小配筋率与受剪扭构件纵向受力钢筋最小配筋率之和，如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按受弯构件受拉钢筋最小配筋率计算出的面积与按受扭纵向钢筋最小配筋计算并分配到弯曲受拉边的面积之和；

同时，其箍筋最小配筋率不应小于剪扭构件的箍筋最小配筋率。例3矩形截面弯剪扭构件配筋计算9.3T形和I形截面受扭构件

T形、I形截面可以看作是由简单矩形截面所组成的复杂截面（图9-6），在计算其抗裂扭矩、抗扭极限承载力时，可将截面划分为几个矩形截面，并将扭矩Td按各个矩形分块的抗扭塑性抵抗矩按比例分配给各个矩形分块，以求得各个矩形分块所承担的扭矩。图9-6T形、I形截面分块示意图图9-6

T形、I形截面分块示意图对于Ｔ形截面在弯剪扭矩共同作用下构件截面设计的计算可按下列方法进行：

●按受弯构件的正截面受弯承载力计算所需的纵向钢筋截面面积；

●按剪、扭共同作用下的承载力计算承受剪力所需的箍筋截面面积和承受扭矩所需的纵向钢筋截面面积和箍筋截面面积。

●叠加上述二者求得的纵向钢筋和箍筋截面面积，即得最后所需的纵向钢筋截面面积并配置在相应的位置。例4

T截面扭矩分担9.4构造要求●箍筋与纵筋均应尽可能地布置在构件周边的表面处，以增大抗扭效果；纵筋布置在箍筋内侧限制其外鼓；●抗扭纵筋间距不宜大于300mm，其直径不应小于8mm，数量至少要有4根，布置在矩形截面的四个角隅处；纵筋末端应留有足够的锚固长度；●抗扭箍筋必须做成封闭式箍筋；并且将箍筋在角端用135°弯钩锚固在混凝土核心内，锚固长度约等于10倍的箍筋直径。箍筋最大间距不宜大于梁高的1/2且不大于400mm，也不宜大于抗剪箍筋的最大间距。箍筋的直径