钢筋混凝土受扭构件承载力计算2

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1、7钢筋混凝土受扭构件承载力计算7.1概述扭转是构件五种基本受力状态之一，以雨蓬为例：雨蓬板根部的剪力就是作用在雨蓬梁上的均布荷载，雨蓬板根部的弯矩就是作用在雨蓬梁上的均布扭矩，雨蓬梁承受雨蓬板传来的均布荷载及均布扭矩。雨蓬梁要承受弯矩、剪力和扭矩。工程中只承受纯扭作用的结构很少，大多数情况下结构都处于弯矩、剪力、扭矩等内力共同作用下的复杂受力状态。吊车的横向水平制动力及吊车竖向轮压偏心都可使吊车梁受扭，屋面板偏心也可导致屋架受扭。偏心轮压制动力制动力轮压偏心轮压和吊车横向水平制动力都会产生扭矩T在静定结构中，扭矩是由荷载产生的

2、，可根据平衡条件求得，称为平衡扭转。螺旋楼梯中扭矩也较大边梁边梁边梁中的扭矩值与节点处边梁的抗扭刚度及次梁的抗弯刚度的比值有关。边梁的抗扭刚度越大，其扭矩也越大；当边梁的抗扭刚度为无穷大时，次梁相当于嵌固在边梁中，此时的扭矩达到最大值。次梁的抗弯刚度越大，则在节点处的转角越小，边梁的扭矩也越小。7.2受扭构件的开裂扭矩7.2.1开裂前的应力状态若将钢筋混凝土受扭构件视为弹性材料，则在开裂前，其应力状态与弹性扭转理论基本吻合。由于开裂前受扭钢筋的应力很低，可近似忽略钢筋的影响。受扭构件在扭矩T作用下，矩形截面上的剪应力分布如图所

3、示。最大剪应力发生在截面长边中点，且：扭矩截面抗扭弹性抵抗矩由材料力学知识可知，构件侧面的主拉应力σtp和主压应力σcp相等，主拉应力和主压应力轨迹沿构件表面呈螺旋形。当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件长边中某个薄弱部位首先开裂，裂缝沿主压应力轨迹迅速延伸。对于素混凝土构件，一旦开裂就会导致构件破坏，破坏面呈一空间扭曲面。7.2.2矩形截面的开裂扭矩按弹性理论,当主拉应力σtp=τmax=ft时，构件开裂,即弹性开裂扭矩截面抗扭弹性抵抗矩混凝土的抗扭强度设计值按塑性理论，对理想弹塑性材料，截面上某一点应力达到材料强度时并不

4、立即破坏，而是保持极限应力继续变形，扭矩仍可继续增加，直到截面上各点应力均达到极限强度。才达到极限承载力。此时截面上的剪应力分布为四个区，如图7.2(b)所示。按塑性理论，对理想弹塑性材料，截面上某一点应力达到材料强度时并不立即破坏，而是保持极限应力继续变形，扭矩仍可继续增加，直到截面上各点应力均达到极限强度。才达到极限承载力。此时截面上的剪应力分布为四个区，如图7.2(b)所示。分别计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性极限开裂扭矩为塑性开裂扭矩混凝土的抗拉强度设计值截面抗扭塑性抵抗矩混凝土材料既非完全弹性，也不是

5、理想弹塑性，而是介于两者之间的材料，达到开裂极限状态时截面上的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也介于Tcr,e与Tcr,p之间。为了简便适用，《混凝土结构设计规范》规定，钢筋混凝土纯扭构件的开裂扭矩可按塑性应力分布的方法进行计算，再引入修正系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。根据试验结果，该修正系数在0.87～0.97之间，为安全起见，《混凝土结构设计规范》取为0.7。则开裂扭矩计算公式为：对矩形截面,截面抗扭塑性抵抗矩按下式计算：对矩形截面,截面抗扭塑性抵抗矩按下式计算：对T形、工字形、倒L形截面的受扭构件,可

6、近似地将其截面视为由若干个矩形截面组合而成,构件的截面受扭塑性抵抗矩Wt为各矩形分块的受扭塑性抵抗矩之和,即：7.3纯扭构件的承载力计算7.3.1纯扭构件的试验研究结果按照配筋率的不同,纯扭构件的破坏形态可分为适筋破坏、少筋破坏、超筋破坏和部分超筋破坏。⑴适筋破坏当箍筋和纵筋数量配置适当时，在受压区混凝土被压坏前，与临界斜裂面相交的钢筋都能达到屈服，这种破坏具有一定的延性，与适筋梁的情况类似。设计中应当使受扭构件设计成适筋构件。⑵少筋破坏当配筋数量过少时，一旦开裂，钢筋就会被拉断，导致构件立即破坏，为脆性破坏特征，与受弯构件少

7、筋破坏类似。设计中应适当配置构造钢筋，防止出现少筋破坏。7.3纯扭构件的承载力计算7.3.1纯扭构件的试验研究结果按照配筋率的不同,纯扭构件的破坏形态可分为适筋破坏、少筋破坏、超筋破坏和部分超筋破坏。⑶超筋破坏当箍筋和纵筋配置都过多时，在钢筋屈服前混凝土就先被压碎了，为受压脆性破坏，与受弯构件超筋破坏类似。超筋破坏又可细分为部分超筋和完全超筋。部分超筋是指纵筋或箍筋中的一种配置过多而没有屈服;而完全超筋是指纵筋和箍筋都没有屈服。超筋破坏时钢筋没有被充分利用，是一种浪费，破坏时的延性也比较差，设计中应避免。由于受扭钢筋由箍筋和受

8、扭纵筋两部分组成，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ζ有关。用配筋强度比ζ来表示受扭箍筋和受扭纵筋两者之间的强度关系受扭构件全部受扭纵筋的截面面积受扭构件沿截面周边所配箍筋的单肢截面面积受扭箍筋的间距截面核心部分的周长受扭纵筋的抗拉强度设计值