受扭构件书稿

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1、第8章受扭构件扭曲截面的性能与设计扭转是结构构件受力的一种基本形式。构件截面受有扭矩，或者截面所受的剪力合力不通过构件截面的弯曲中心，截面就要受扭。钢筋混凝土结构中，构件受到的扭矩作用通常可分为两类：一类是由荷载作用直接引起，并且由结构的平衡条件所确定的扭矩，它是维持结构平衡不可缺少的主要内力之一，通常称这类扭矩为“平衡扭矩”。常见的这一类扭矩作用的结构和构件有：雨蓬梁(图7-1(a))，平面曲梁或折线梁(图7-1(b))，吊车横向制动力作用下的吊车梁(图7-1(c))以及螺旋楼梯等。如厂房中受吊车横向刹车力的吊车梁，梁承受的扭矩

2、等于刹车力H与它至截面弯曲中心的距离e0之乘积。第二类扭矩是由于相邻构件的弯曲转动受到支承梁的约束，在支承梁内引起的扭转，其扭矩由于梁的开裂会产生内力重分布而减小。例如钢筋混凝土框架中与次梁一起整浇的边框架主梁(图7-1(d))，当次梁在荷载作用下弯曲时，主梁由于具有一定的抗扭刚度而对次梁梁端的转动产生约束作用。主梁的抗扭刚度越大，对次梁梁端转动的约束作用就越大，主梁自身受到的扭矩作用也越大，这类扭矩一般称为“变形协调扭矩”。在实际工程中，只承受扭矩作用的纯扭构件是少见的。一般情况下，构件中除了扭矩的作用以外，往往同时还受到弯矩和

3、剪力的作用。通常，将同时受弯矩与扭矩作用的构件称为弯扭构件，同时受剪力与扭矩作用的称为剪扭构件，同时受弯矩、剪力与扭矩作用的称为弯剪扭构件，这些构件与纯扭构件统称为受扭构件。7.1纯扭构件的试验研究试验表明,素混凝土构件,在扭矩作用下,首先在构件一个长边侧面的中点m附近出现斜裂缝。该条裂缝沿着与构件轴线约成45o的方向迅速延伸,到达该侧面的上、下边缘a、b两点后，在顶面和底面上大致沿45o方向继续延伸到c、d两点，形成构件三面开裂一面受压的受力状态。最后，受压面c、d两点连线上的混凝土被压碎，构件裂断破坏。破坏面为一个空间扭曲面(

4、图7-2)。图7-2素混凝土纯扭构件的破坏钢筋混凝土受扭构件则不同。在裂缝出现前,钢筋的应力很小，以致在裂缝即将出现时，构件所能承受的抗裂扭矩值和同样截面大小的素混凝土构件所能承受的极限扭矩值相比提高很少；在裂缝出现后由于存在着钢筋,这时构件并不立即破坏，而随着外扭矩的不断增加，在构件的表面逐渐形成大体连续、近于45o倾斜角的螺旋形的裂缝(图7-3)。绝大部分的主拉力改由钢筋来负担，此时构件能继续承受更大的扭矩。图7-3钢筋混凝土纯扭构件适筋破坏在受扭构件中，最合理的配筋方式是在构件靠近表面处设置呈45o走向的螺旋形钢筋，其方向与

5、主拉应力相平行，也就是与裂缝相垂直，但是螺旋钢筋施工比较复杂，同时这种螺旋筋的配置方法也不能适应扭矩方向的改变，实际上很少采用。在实际工程中,一般是采用由靠近构件表面设置的横向箍筋和沿构件周边均匀对称布置的纵向钢筋共同组成抗扭钢筋骨架。它恰好与构件中抗弯钢筋和抗剪钢筋的配置方式相协调。图7-4为一组钢筋混凝土构件在纯扭矩作用下的扭矩(T)与扭转角(θ)的关系曲线。从图中可以看出，在裂缝出现前，T—θ关系基本上为直线,它不因构件配筋率的改变而有所不同，并且直线较陡，有较大的扭转刚度。在裂缝出现后，由于钢筋应变突然增大，T—θ曲线出现

6、水平段，配筋率越小，钢筋应变增加值越大，水平段相对就越长。随后，构件的扭转角随着扭矩的增加近似地呈线性增大，但直线的斜率比开裂前小得多，说明了构件的扭转刚度大大降低，且配筋率越小，降低的就越多。试验表明，当配筋率很小时会出现扭矩增加很小甚至不再增大，而扭转角不断增加导致破坏的现象。图7-4纯扭构件的扭矩—扭转角关系曲线根据国内外相当数量的钢筋混凝土纯扭构件的试验结果，可将这类构件的破坏分为下列四种类型：少筋破坏：当构件中的箍筋和纵筋或者其中之一配置过少时，抗扭承载力与素混凝土构件没有实质性质的差别，构件的破坏扭矩与开裂扭矩非常接近

7、。在荷载作用下，混凝土开始开裂，抗扭纵筋及抗扭箍筋很快达到屈服或被拉断，致使构件破坏。其破坏突然发生，破坏前无任何预兆，类似于受弯构件的少筋梁，属于脆性破坏。由于其承载力极低，在工程设计中应予以避免。此类破坏构件的受扭极限承载力主要取决于混凝土的抗拉强度及构件本身的截面尺寸。为了防止发生这种少筋破坏，《规范》规定,抗扭纵筋和抗扭箍筋的配筋量不得小于最小配筋量，并应符合抗扭钢筋的构造要求。适筋破坏：当构件为正常配筋时，即抗扭箍筋与抗扭纵筋配置适当，此时在扭矩作用下，构件将发生许多45º的斜裂缝。由于抗扭钢筋的存在，构件并不立即破坏，

8、混凝土开裂前承担的拉力大部分转由钢筋承担，随扭矩的增加，抗扭钢筋的应力增加迅速，致使与主裂缝相交的抗扭纵筋和抗扭箍筋首先达到屈服强度，而后该主裂缝迅速扩展，向相临的两个面延伸，最终使第四个面上受压区的混凝土被压碎而使构件破坏。这种破坏的破坏过程是延