钢筋混凝土受扭构件承载力计算 2

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1、本章的重点是：了解受扭构件的分类和受扭构件开裂、破坏机理；掌握受扭构件的设计计算方法；熟悉公路桥涵工程与建筑工程关于受扭构件计算的相同与不同之处；熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。§5.1概述扭转是结构承受的五种基本受力状态之一。在钢筋混凝土结构中，处于纯扭矩作用的结构很少，大多数情况下都是处于弯矩、剪力和扭矩或压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下的复合受力状态。例如雨篷梁.曲梁、吊车架、螺旋楼梯、框架边梁以及框架结构角柱、有吊车厂房柱等均属于弯、剪、扭或压、弯、剪、扭共同作用下的结构，如图5-1。钢筋混凝土结构在扭矩作用下，根据扭矩形成的原因，可以分为

2、两种类型：一是平衡扭转，二是协调扭转或称为附加扭转。若结构的扭矩是由荷载产生的，其扭矩可根据平衡条件求得，与构件的抗扭刚度无关，这种扭转称为平衡扭转。例如图5-1的雨篷梁，在雨篷板荷载的作用下在雨篷架中产生扭矩。由于雨篷梁、板是静定结构不会发生塑性变形引起的内力重分布.因此雨篷梁承受的扭矩内力数值不会发生变化在设计中必须采用雨篷梁的受扭承载力来平衡和抵抗全部的扭矩。另一类是静定结构中由于变形的协调使截面产生的扭转称为协调扭转或附加扭转例如图5-ｌ的框架边梁由于框架边梁具有一定的截面扭转刚度，它将约束楼面梁的弯曲转动，使楼面梁在与框架边梁交点的支座处产

3、生负弯矩作为扭矩荷载在框架边梁产生扭矩。由于框架边梁及楼面梁作为超静定结构，边梁及楼面梁混凝土开裂后其截面扭转刚度将发生显著变化，边梁及楼面梁将产生塑性变形内力重分布，楼面梁支座处负弯矩值减小，而其跨内弯矩值增大；框架边梁扭矩也随扭矩荷载减小而减小。本章介绍的受扭承载力计算公式主要是针对平衡扭转而言的。至于协调扭转过去常不作专门计算，而仅仅适当增配若干构造钢筋进行处理。协调扭转目前的设计方法有以下两种：1.《规范》设计法《规范》规定支承梁(框架边梁)的扭矩值宜采用考虑内力重分布的分析方法。将支承梁按弹性分析所得的梁端扭矩内力设计值进行调整，T=(1-

4、β)T。弹根据国内的试验研究，若支承梁、柱为现浇的整体式结构，梁上板为预制板时，梁端扭矩调幅系数β不超过0.4；若支承梁、板柱为现浇整体式结构时，结构整体较好，现浇板通过受弯、扭的形式承受支承梁的部分弯矩，故梁端扭矩调幅系数β可适当增大。结构根据调幅后的扭矩设计值，进行受弯、剪扭构件的承载力计算，并满足受扭纵筋及箍筋的构造要求，可满足混凝土裂缝宽度的限值要求。2.零刚度设计法是目前国外一些国家规范通常采用的设计法。假定支承梁(框架边梁)的截面扭转刚度为零，则框架边梁的扭矩内力值为零，在支承架内只配置相当于开裂扭矩时所需要的受扭构造钢筋，用以满足支承梁

5、的延性和裂缝宽度限值的要求。§5.2受扭构件的试验研究以纯扭矩作用下的钢筋混凝土矩形截面构件为例，研究纯扭构件的受力状态及破坏特征。当结构扭矩内力较小时，截面内的应力也很小，其应力与应变关系处于弹性阶段由材料力学公式可知，在纯扭构件的正截面上仅有切应力τ作用。截面上切应力流的分布如图5-3a，由图可见截面形心处切应力值等于零，截面边缘处切应力值较大.其中截面长边中点处切应力值为最大。截面在切应力τ作用下，如图5-2，相应产生的主拉应力σ与主压应力σ及最大切应力τtpcpmax为σ＝-σ＝τ＝τ（5-1)tpcpmax截面主拉应力σ与构件纵轴线呈45°

6、角；主拉应力σtptp与主压应力σ互成90°角。cp由上式可见：纯扭构件截面上的最大切应力、主拉应力和主压应力均相等，而混凝土的抗拉强度f低于受剪强度tfτ=(1～2)ft，混凝土的受剪强度fτ低于抗压强度fc，则τ/ft＞τ/f＞τ/f(上式为应力与材料强度比，其比值可定义为τc单位强度中之应力)其中τ/f比值最大，它表明混凝土的开裂t是拉应力达到混凝土抗拉强应引起的(混凝土最本质的开裂原因是拉应变达到混凝土的极限拉应变)。因此当截面主拉应力达到混凝士抗拉强度后，结构在垂直于主拉应力σ作用的平面内产生与纵轴呈45°角的斜裂缝，如图5-2tp试验表明

7、：无筋矩形截面混凝土构件在扭矩作用下首先在截面长边中点附近最薄弱处产生一条呈45°角方向的斜裂缝，然后迅速地以螺旋形向相邻两个面延伸，最后形成一个三面开裂一面受压的空间扭曲破坏面，使结构立即破坏，破坏带有突然性，具有典型脆性破坏性质，在混凝上受扭构件中可沿45°角主拉应力方向配置螺旋钢筋，并将螺旋钢筋配置在构件截面的边缘处，由于45°角方向螺旋钢筋不便于施工，为此，通常在构件中配置纵筋和箍筋来承受主拉应力承受扭矩作用效应。钢筋混凝土受扭构件在扭矩作用下，混凝土开裂以前钢筋应力是很小的，当裂缝出现后开裂混凝土退出工作，斜截面上拉应力主要由钢筋承受，斜裂

8、缝的倾角α是变化的，结构的破坏特征主要与配筋数量有关。⑴当混凝土受扭构件配筋数且较少时(少筋构件)结构在扭矩