第10章 受扭构件.ppt

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1、第10章受扭构件10.1概述在钢筋混凝土结构中，处于纯扭矩作用的情况是很少的，绝大多数都是处于弯矩、剪力、扭矩共同作用下的复合受扭情况。按照不同的受扭原因，大致可以将扭转分成两类：即平衡扭转与约束扭转。在扭矩作用下的钢筋混凝土构件中，荷载对受扭构件产生的扭矩是由构件的静力平衡条件确定并与受扭构件的扭转刚度无关的，称为平衡扭转。对于超静定受扭构件，若作用在构件上的扭矩除了静力平衡条件以外，还必须由相邻构件的变形协调条件才能确定的，称为协调扭转。对于协调扭转，由于受力情况较复杂，且其扭矩的大小是变化的且不易计算，工程上一般采用一些

2、抗扭的构造措施予以解决，而不进行受扭计算。本章所讨论的受扭构件均属于第一类受扭构件，即平衡扭转。10.2开裂扭矩10.2.1开裂前的应力一素混凝土矩形截面构件，在扭矩T作用下，截面上将产生剪应力τ及相应的主拉应力σtp，根据微元体平衡条件可知：由弹性理论分析可知，矩形截面长边中点的剪应力最大，因此裂缝首先发生在长边中点附近混凝土抗拉薄弱部位，其方向与构件纵中轴线形成45º角。这条初始斜裂缝很快向构件的上下边缘延伸，接着沿顶面和底面继续发展，最后构件三面开裂(图（b）中的ab，bc,ad裂缝)背面沿cd两点连线的混凝土被压碎，从

3、而形成一个空间扭曲面。10.2.2矩形截面开裂扭矩按弹性理论，在扭矩作用下，矩形截面中的剪应力分布如图所示，离中心最远四个角点上的剪应力为零，最大剪应力τmax发生在截面长边的中点，其受扭承载力为开裂扭矩Tcr：式中，Wte——截面抗扭弹性抵抗矩；ft——混凝土抗拉强度设计值；τmax——截面中的最大剪应力。对理想弹塑性材料，直到全截面达到屈服强度，构件达到极限承载力，由此剪应力产生的扭矩即为构件所能承担的开裂扭矩或极限扭矩。将如图（b）所示划分成四个区，取屈服剪应力Tu=ft，分别计算各区合力及其对截面形心（扭心）的力偶之和

4、，可求得塑性极限扭矩为：混凝土构件达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性与理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也应介于按弹性计算和按弹塑性计算极限扭矩之间。按照塑性剪应力分布计算构件的开裂扭矩，由试验其修正系数值在0.87-0.97之间，《混规》为偏于安全起见，取0.7，即开裂扭矩的计算公式为：10.2.3箱形截面和带翼缘截面的受扭塑性抵抗矩对箱形截面，塑性抵抗矩为实心矩形截面与内部空心矩形截面塑性抵抗矩之差。见P188.工程中带翼缘的T形、I形和L形构件，可将其截面划分为矩形截面，划分的原则是按截面的总高度确定腹板截面，然后划分受

5、压翼缘或受拉翼缘，采用分块计算其塑性抵抗矩。《混规》要求有效翼缘宽度应满足bf’≤b+6hf’及bf≤b+6hf’的条件，且满足hw/b≤6。受扭抵抗矩为：Wt=Wtw+Wtf’+Wtf腹板的受扭塑性抵抗矩：Wtw=b2/6(3h-b)上下翼缘的受扭塑性抵抗矩：Wtf’=hf’2(bf’-b)Wtf=hf2(bf-b)10.3纯扭构件的承载力计算10.3.1开裂后的受力性能根据扭矩在构件中引起的主拉应力方向，最有效的配筋方式应将受扭钢筋布置成为与构件纵轴线大致成45º交角的螺旋形钢筋，使得螺旋形钢筋与斜裂缝方向垂直。螺旋钢筋施

6、工复杂，且考虑扭矩方向的改变，实际工程中一般都采用纵向钢筋和箍筋作为受扭钢筋。对配筋合适的受扭构件，开裂后并不立即破坏。10.3.2破坏特征根据配筋率大小，受扭构件可以分为适筋破坏、少筋破坏、部分超筋破坏与完全超筋破坏。少筋破坏：抗扭纵筋和箍筋都配置过少。《混规》分别规定了抗扭纵向钢筋与箍筋的最小配筋率，以保证不发生少筋破坏。适筋破坏：抗扭纵筋和箍筋都合适的情况。两种钢筋都能够达到屈服强度，然后混凝土被压坏，构件宣告破坏。部分超筋破坏：抗扭纵筋和箍筋的配筋量相差过大，或者配筋强度比ξ不适当。部分超筋是一种不经济的配筋方式。完全

7、超筋破坏：纵筋与箍筋都比较多时，属于脆性破坏。受扭构件的极限受扭承载力不仅与配筋量有关，还与两部分钢筋的配筋强度比ξ有关。配筋强度比ξ为：式中Astl—对称布置的全部受扭纵筋截面面积；Ast1—抗扭箍筋的单肢截面面积；fy——纵筋的抗拉强度设计值；fyv——箍筋的抗拉强度设计值；s——箍筋沿构件纵轴线的间距；ucor—截面核心部分的周长；ucor=2×（bcor+hcor)；bcor和hcor分别为从箍筋内表面计算的截面核心部分的短边和长边尺寸；试验表明，当0.5≤ξ≤2.0受扭破坏时纵筋和箍筋基本上都能达到屈服强度。《混规》

8、建议取0.6≤ξ≤1.7,具体的工程设计中，可取ξ=1~1.2之间。10.3.3极限扭矩分析--变角空间桁架模型试验分析和理论研究表明，在裂缝充分发展且钢筋应力接近屈服强度时，截面核心混凝土退出工作，从而实心截面的钢筋混凝土受扭构件可以假想为一箱形截面构件。此时，具有螺旋形裂