受扭构件的扭曲承载力

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1、第5章受扭构件承载力计算§5.0概述一.工程实例：吊车梁，框架结构的边梁，如图5-1。二.扭转分类：1.平衡扭转——静定受扭构件（如吊车梁）；2.协调扭转——超静定受扭构件（如边梁），与抗扭刚度有关，且会产生内力重分布。1§5.1纯扭构件承载力计算一.受力特点1.开裂前符合材料力学的规律；2.混凝土即将开裂时，材料进入弹塑性阶段。素混凝土构件的受扭钢筋混凝土梁的受扭21）无筋矩形截面在纯扭矩作用下，无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与均质弹性材料类似的性质，截面长边中点剪应力最大，在截面四角点处剪应力为零。当截面

2、长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就会开裂。随着扭矩的增加，裂缝与构件纵轴线成450角向相邻两个面延伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂，破坏突然，属于脆性破坏，抗扭承载力很低。3(a)弹性理论(b)塑性理论扭剪应力分布4当扭矩很小时，混凝土未开裂，钢筋拉应力也很低，构件受力性能类似于无筋混凝土截面。随着扭矩的增大，在某薄弱截面的长边中点首先出现斜裂缝，此时扭矩稍大于开裂扭矩Tcr。斜裂缝出现后，混凝土卸载，裂缝处的主拉应力主要由钢筋承担，因

3、而钢筋应力突然增大。当构件配筋适中时，荷载可继续增加，随之在构件表面形成连续或不连续的与纵轴线成约35º～55º的螺旋形裂缝。扭矩达到一定值时，某一条螺旋形裂缝形成主裂缝，与之相交的纵筋和箍筋达到屈服强度，截面三边受拉，一边受压，最后混凝土被压碎而破坏。破裂面为一空间曲面。2）钢筋混凝土矩形截面5二.裂缝出现后的性能（如下图所示）1.根据材料力学可确定主拉应力方向，当主拉应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土即开裂；2.理论上应沿主拉应力方向布置钢筋。但为施工方便，将该主拉应力分解为水平和竖直方向的两个分力，从而实际

4、布置抗扭纵筋和抗扭箍筋。6三.矩形截面纯扭构件开裂扭矩的计算1.根据塑性力学理论建立基本公式2.考虑混凝土弹塑性性质引进混凝土抗拉强度降低系数0.7；3.修正公式四.矩形截面纯扭构件配筋计算1.实验分析（1）配筋对提高构件的开裂扭矩作用不大；（2）配筋的多少对构件承担的极限扭矩有很大影响。（3）配置受扭钢筋后，可能出现四种破坏形态：7A.纵筋和箍筋合适（适筋）：钢筋先受拉屈服，然后混凝土压碎；B.纵筋或箍筋过多（部分超筋）：某一种配置过多的纵筋或箍筋不能受拉屈服，然后混凝土压碎；C.纵筋和箍筋均过多（完全超筋）

5、：纵筋和箍筋均不能受拉屈服，混凝土压碎；（脆性）D.纵筋和箍筋均太少（少筋）：混凝土开裂后纵筋和箍筋立即受拉屈服，构件破坏；（脆性）82.纵筋和箍筋的配筋强度比（1）公式：（5-9）；fy——纵向钢筋抗拉强度设计值；AstL——对称布置的全部纵向钢筋截面面积；Ast1——抗扭箍筋的单肢截面面积，Ucor——截面核芯部分周长。bcor，hcor——分别为核芯部分短边及长边尺寸9（2）说明：A.关于（5-9），该式可变化为：上式中的分子表示核心混凝土截面单位周长上纵向受扭钢筋拉应力的合力；分母表示单位间距内受扭箍筋

6、拉应力的合力；因此（5-9）的物理意义可理解为上述两个单位合力之比；B.关于的取值，为确保全部受扭钢筋屈服，应在0.6~1.7之间，一般取1.0~1.2。103.纯扭构件承载力计算：（1）计算公式：（2）说明：A.公式右边的两项应视为混凝土和受扭钢筋分别抵抗的扭矩；B.公式后半部分为箍筋与纵筋抗扭承载力，应保证抗扭钢筋处于适筋或部分超筋状态；C.公式前半部分为截面混凝土承担的部分扭矩，注意与开裂扭矩的比较；11五.构造要求1.抗扭箍筋必须为封闭式，沿周边均匀布置；2.抗扭箍筋末端弯钩及锚固要求，弯折至少10d；

7、3.箍筋的直径、间距符合抗剪时的要求；4.抗扭纵筋沿截面均匀对称布置，截面四角必须设置纵筋，间距不应大于200mm和梁的宽度；5.纵筋的接头及锚固应满足受拉钢筋的构造要求。12§5.2弯、剪、扭构件承载力计算一、试验研究分析及主要结论在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，钢筋混凝土构件的受力状态极为复杂，构件破坏特征及其承载力与所作用的外部荷载条件和内在因素有关。其中外部荷载条件，通常以扭弯比ψ（ψ=T/M）和扭剪比χ（χ=T/（Vb））表示；所谓内在条件系指构件的截面形状、尺寸、配筋及材料强度等。根据外部条件和内部条

8、件的不同，构件可能出现以下几种破坏形态。1）弯型破坏在配筋适当的条件下，扭弯比较小时，裂缝首先在构件弯曲受拉的底面出现，然后向两侧面发展，破坏时底面和两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的纵筋及箍筋都达到受拉屈服强度，最后使处于弯曲受压的顶面压碎而破坏。132）扭型破坏当扭弯比和扭剪比都比较大且构件顶部纵筋少于底部纵筋时，尽管弯矩作用使顶部纵筋受压，但由于顶部纵筋少于底部纵筋，在