弯剪扭构件的承载能力

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1、《混凝土结构理论》第5章弯剪扭构件的承载能力2典型的受扭构件图5-1典型的受扭构件3第5章弯剪扭构件的承载能力1.纯扭构件的破坏特征图5-2纯扭构件的裂缝分布图5-3扭转裂缝分布图4破坏特征：适筋破坏的特征：当配筋适量时，在扭矩作用下，裂缝出现并不立即破坏。随着扭矩的增加，在构件的表面形成多条大体连续、近于45°倾角的螺旋裂缝。当其中一条裂缝所穿越的纵向钢筋及箍筋达到屈服强度后，这条裂缝就向相邻面迅速延伸，并在最后一个面上形成受压面而破坏。破坏表现出明显的塑性特征，破坏扭矩与配筋数量有着明显的关系。这种破坏

2、称为适筋破坏（塑性破坏）。5破坏特征(续)：少筋破坏的特征：裂缝少，破坏过程急速而突然，破坏扭矩基本等于开裂扭矩。超筋破坏的特征：螺旋裂缝多而密，纵向钢筋及箍筋不能屈服，构件可能由于混凝土压碎而破坏。少筋破坏和超筋破坏都是脆性破坏。6以下来谈谈配筋对受扭构件破坏形态的影响由于抗扭钢筋是有纵筋和箍筋两部分所组成，因此，纵筋的数量和强度以及箍筋的数量和强度的比例对抗扭强度是有一定影响的。对于受扭构件而言，存在一个纵筋和箍筋配筋数量比值问题。有两种表示方法，来表示该比值问题。7配筋比m按照《公路钢筋混凝土及预应力

3、混凝土桥涵设计》以及《钢筋混凝土结构设计规范GBJ10-89》所给出的纯扭状态下抗扭纵筋和箍筋的计算公式，相应于纵筋和箍筋都能屈服的m即平衡配筋比mb应等于1。但实验现象表明mb远大于1，并且有相当大的变化幅度。8配筋强度比考虑钢筋强度影响；试验表明，由于纵筋与箍筋的内力重分布，受扭构件中的纵筋和箍筋配筋强度比可以在一定范围内变化。当0.6≤ξ≤1.7时，所配制的纵筋和箍筋基本上都能达到屈服强度。在配筋强度比一定的条件下，纵筋和配筋的数量也会对破坏形态产生影响。如图5-3所示。9两个重要指标钢筋混凝土构件抗

4、扭性能的两个重要衡量指标是：（1）构件的开裂扭矩；（2）构件的破坏扭矩。10《规范》中有关受扭承载力的计算公式：为受扭构件纵向钢筋与箍筋配筋强度的比值。式中：第一项代表混凝土部分的抗裂扭矩；第二项代表配筋（纵向钢筋和箍筋）承担的抗扭承载力。11说明：1.第一项矩形截面纯扭构件的开裂扭矩求开裂扭矩的基本思路：1)假设为理想塑性材料，截面上剪应力的分布如图5-5b)所示。12剪力流对截面的扭矩中心取矩，由平衡条件可得（图5-5b）：式中称为矩形截面的抗扭塑性抵抗矩13取混凝土的抗拉强度为0.7ftd。1415补

5、充说明：斜弯曲破坏理论（亦称扭曲破坏面极限平衡理论）对于纯扭的钢筋混凝土构件，在扭矩作用下，构件总是在已经形成螺旋形裂缝的某一最薄弱的空间曲面发生破坏。如图5-9所示。162.在弯、剪、扭共同作用下矩形截面构件的破坏特征图4-1钢筋混凝土弯剪扭构件的破坏特征17随着弯矩、剪力及扭矩的比值不同和配筋的不同，可有三种斜裂面破坏的类型：第Ⅰ类型：受压区在构件的顶面(图4-1a)对于弯、扭共同作用的构件，且弯矩较大的情况下，构件底部首先可能开裂，而顶部不开裂。当底部钢筋应力达到屈服强度时，裂缝迅速发展，在顶部形成受

6、压面，混凝土压碎而破坏。另外，当底部配筋较多时，也会发生顶部混凝土先被压碎的破坏形式，这也属于第一类型破坏。18第Ⅱ类型：受压区在构件的一个侧面(图4-2b)对于剪、扭共同作用的构件，剪力使构件两侧面产生主拉应力。当主拉应力的方向与扭矩引起的主拉应力方向一致时，将加剧裂缝的开展，当二者的方向相反时，将抑制裂缝的开展，甚至不出现裂缝，这就造成一侧面受压，另一侧面受拉的破坏形态。19第Ⅲ类型：受压区在构件的底面(图4-2c)对于弯、扭共同作用的构件，当弯矩较小而扭矩较大时，且顶部纵筋比底部纵筋少，这时扭矩所产生

7、的斜拉力会使顶部钢筋先达到屈服强度，从而发生底部混凝土被压碎的破坏形态。203.弯剪扭构件的承载力计算1).在弯、扭共同作用下的承载力计算配筋原则：《规范》建议采用叠加法计算构件配筋。a.先按受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力分别计算纵筋和箍筋的截面面积；b.将所求得的相应钢筋（纵筋和箍筋）截面面积相叠加，并配置在相应的位置，如图4-4所示。21图4-4矩形截面弯扭构件配筋示意图222).在剪、扭共同作用下的承载力计算由于在剪、扭共同作用下的构件受力性能比较复杂，目前对其破坏机理尚未取得一致的

8、认识。因此，规范在试验研究的基础上，对在剪、扭共同作用下矩形截面构件的承载力计算采用了混凝土项相关、钢筋项不相关的近似计算拟合公式。具体来讲，把混凝土项的承载能力予以折减，即：23(1)受剪承载力计算公式(均布荷载下)式中：V－有腹筋剪扭构件的剪力设计值；Vu－有腹筋剪扭构件受剪承载力设计值；－剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数。；且24(2)受扭承载力对于一般剪扭构件，受扭承载力按下列公式进行计算：253.在弯、