受扭构件承载力计算

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1、第七章受扭构件承载力计算7.1概述工程中的钢筋砼受扭构件有两类：●一类是——平衡扭矩：是静定结构由于荷载的直接作用所产生的扭矩，这种构件所承受的扭矩可由静力平衡条件求得，与构件的抗扭刚度无关。如：教材图7·1a、b所示受檐口竖向荷载作用的挑檐梁，及受水平制动力作用的吊车梁以及平面曲梁、折线梁、螺旋楼梯等。●另一类是——协调扭矩：是超静定结构中由于变形协调条件使截面产生的扭矩，构件所承受的扭矩与其抗扭刚度有关。如：教材图7·2所示现浇框架的边梁。由于次梁在支座（边梁）处的转角产生的扭转，边梁开裂后其抗

2、扭刚度降低，对次梁转角的约束作用减小，相应地边梁的扭矩也减小。●本章只讨论平衡扭转情况下的受扭构件承载力计算。在工程结构中，直接承受扭矩、弯矩、剪力和轴向力复合作用的构件是常遇的。但规范对弯扭、剪扭和弯剪扭构件的设计计算，是以抗弯、抗剪能力计算理论和纯扭构件的承载力计算理论为基础，采用分别计算和叠加配筋的方法进行的，故有必要先了解纯扭构件的受力性能和承载力的计算方法。7.2纯扭构件的受力性能7.2.1素砼纯扭构件的受力性能素砼构件也能承受一定的扭矩。素砼构件在扭矩T的作用下，在构件截面中产生剪应力τ

3、及相应的主拉应力和主压应力（教材图7·3）。根据微元体平衡条件可知：由于砼的抗拉强度远低于它的抗压程度，因此当主拉应力达到砼的抗拉强度时，即图7·4c理想弹塑性应力应变曲线时，砼就会沿垂直于主拉应力方向裂开（教材图7·3）。所以在纯扭矩作用下的砼构件的裂缝方向总是与构件轴线成45o的角度。并且砼开裂时的扭矩T也就是相当于时的扭矩，即砼纯扭构件的受扭承载力。为了求得，需要建立扭矩和剪应力之间的关系，然后根据强度条件，即砼纯扭构件的破坏条件求出受扭承载力。7.2.2素砼纯扭构件的承载力计算(一)、弹性分

4、析法：用弹性分析方法计算砼纯扭构件承载力时，认为砼构件为单一匀质弹性材料。在扭矩作用下，矩形截面中的剪应力τ的分布如（教材图7·4a）所示。最大剪应力，也就是最大的主应力发生在截面长边的中点。试验证明，用弹性分析方法计算所得的砼构件受扭承载力比实测的受扭承载力为低。这表明用弹性分析的方法将低估构件的受扭承载力。原因是决定构件破坏的强度条件不合适。因为截面中一点的最大剪应力达到砼的抗拉强度，而断面中其他各点的剪应力（或相应的主拉应力）还低于砼抗拉强度时，并不意味着构件破坏了。此时构件还能继续承受外荷载

5、的作用。(二)、塑性分析法：用塑性分析方法计算砼纯扭构件受扭承载力时，认为砼是理想弹塑性材料，其应力应变关系如图6·4所示。截面上某一点的应力达到材料的强度时，并不标志构件的破坏。只意味着局部材料在强度应力作用下发生屈服，在应变增加的同时应力不增加，构件还能承受继续增加的荷载，直到截面上的剪应力τ全部达到砼的抗拉强度后，继续加载才能使构件破坏。所以对理想弹塑性材料的矩形截面构件来说，在扭矩作用下构件受扭破坏以前或破坏瞬间，截面上剪应力τ的分布如（教材图7·4b）所示。并且在数值上均匀地等于砼抗拉强度

6、。按塑性分析方法所求得的砼纯扭构件的受扭承载力。（7·1）式中：——称作为抗扭塑性抵抗矩。对于矩形截面构件：；、——矩形截面的长边、矩形截面的短边。与试验结果相比，用塑性分析方法公式（7·1）所算得的受扭承载力偏大。这表明砼构件的实际受扭承载力介于弹性分析方法与塑性分析方法之间，且接近于塑性分析方法的计算结果。因为砼材料既非单一均质弹性材料，也非理想的弹塑性材料。所以工程上利用公式（7·1）加以修正后作为砼构件受扭承载力的计算公式：式中：一一为系数，由试验来决定。7.2.3钢筋砼纯扭构件的受力性能（

7、一）、抗扭钢筋砼构件的受扭承载力是比较小的，原因是砼抗拉强度很低，一旦开裂，构件立即破坏。所以一般都在砼构件中配置钢筋来抵抗扭矩，在砼受扭开裂后由钢筋来代替砼承受主拉应力，使构件的受扭承载力有较大的提高。根据扭矩在构件中引起的主拉应力与构件轴线成角这一点来看，似乎最合理的抗扭钢筋布置应该是按扭矩所形成主拉应力的方向布置螺旋箍筋所构成的钢筋骨架。但这种配筋方式非但施工不方便，并且在受力上只能适应一个方向的扭矩。而实际工程中扭矩可能改变方向。所以工程上都利用横向箍筋和沿构件截面周边均匀分布的纵向钢筋组成

8、的骨架来承受扭矩的作用。这样就使抗扭的配筋方式与抗弯、抗剪的配筋方式相协调。既然配有两种钢筋——抗扭箍筋和纵筋来共同承受扭矩的作用，就存在一个相互匹配的问题。为了使这两种钢筋更好的共同发挥承担扭矩的作用，就必须把它们的用量比控制在合理的范围之内。规范中取用受扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比值，对钢筋用量比进行控制。（7·5）式中：——受扭计算中取对称布置的全部纵向钢筋截面积；——受扭计算中沿截面周边所配置箍筋的单肢截面面积；——箍筋的抗拉强度设计值，但取值不应大于；