第七章受扭構件承載力

第七章鋼筋混凝土受扭構件承載力計算7.1

概述

截面中有扭矩作用的構件稱為受扭構件，分為純扭構件、彎扭構件、剪扭構件、彎剪扭構件。按照結構的受力特性分為平衡扭轉（靜定結構）和協(xié)調扭轉。（超靜定結構）

實際工程中吊車梁、雨蓬梁、框架邊梁等均屬受扭構件。◆特點：

靜定受扭構件，構件中的扭矩可以直接由荷載靜力平衡求出，與構件的抗扭剛度無關。如圖所示支承懸臂板的梁、偏心荷載作用下的梁。（箱形梁、吊車梁）◆受扭構件必須提供足夠的抗扭承載力，否則不能與作用扭矩相平衡而引起破壞。平衡扭轉

在超靜定結構，若扭矩是由相鄰構件的變形受到約束而產生的，扭矩大小與受扭構件的抗扭剛度有關，稱為約束扭轉對于約束扭轉，由于受扭構件在受力過程中的非線性性質，扭矩大小與構件受力階段的剛度比有關，不是定值，需要考慮內力重分布進行扭矩計算。協(xié)調扭轉7.2

受扭構件的開裂扭矩7.2.1素混凝土的純扭構件

在扭矩作用下，矩形截面受扭構件最大剪應力τmax發(fā)生在截面長邊中點，，由于剪應力產生的主拉應力和主壓應力分別與縱軸成45°和135°，其大小就等于剪應力，當主拉應力達到混凝土的抗拉強度時，先在長邊中點開裂，裂縫向底、頂成45°延伸（沿主壓應力跡線）。形成一螺旋形裂縫。對于素混凝土構件，開裂會迅速導致構件破壞，破壞面呈一空間扭曲曲面，三邊受拉，一邊受壓，見下圖。Tmax裂縫1122T(T)T(T)受壓區(qū)7.2.2鋼筋混凝土純扭構件

抗扭鋼筋有兩種：抗扭縱筋和抗扭箍筋，兩者不可缺一，抗扭縱筋應沿構件截面的周邊均勻布置。一、裂縫出現(xiàn)前的性能

裂縫出現(xiàn)前，鋼筋混凝土純扭構件的受力性能，大體上符合圣維南彈性扭轉理論。在扭矩較小時，其扭矩—扭轉角曲線為直線，縱筋和箍筋的應力都很小。當扭矩接近開裂扭矩Tcr時，扭矩—扭轉角曲線偏離了原直線。二、裂縫出現(xiàn)后的性能

當主拉應力達到混凝土的抗拉強度時，在構件中某個薄弱部位形成裂縫，拉力卸給鋼筋。隨荷載增加，裂縫沿主壓應力跡線迅速延伸，并且形成許多新的裂縫，構件表面形成連續(xù)的螺旋狀裂縫。當接近極限扭矩時，在構件長邊上有一條裂縫發(fā)展成為臨界裂縫，并向短邊延伸，與這條空間裂縫相交的箍筋和縱筋達到屈服，最后在另一個長邊上的混凝土受壓破壞，達到極限扭矩。T(T)T(T)開裂前的應力狀態(tài)——截面受扭彈性抵抗矩7.2.3開裂扭矩計算

一、矩形截面開裂扭矩按彈性理論按塑性理論考慮混凝土的彈塑性性質截面受扭塑性抵抗矩

有效翼緣寬度應滿足bf'≤b+6hf'

及bf≤b+6hf的條件，且hw/b≤6。二、T形和工字形截面純扭構件承載力計算腹板：受壓翼緣：受拉翼緣：

總扭矩T由腹板、受壓翼緣和受拉翼緣三個矩形塊承擔7.3純扭構件的承載力計算7.3.1純扭構件的試驗研究結果隨著配置鋼筋數(shù)量的不同，受扭構件的破壞形態(tài)也可分為：⑴適筋破壞箍筋和縱筋配置都合適與臨界（斜）裂縫相交的鋼筋然后混凝土壓壞與受彎適筋梁的破壞類似，具有一定的延性都能先達到屈服，⑵少筋破壞當配筋數(shù)量過少時一旦開裂，將導致扭轉角迅速增大，構件隨即破壞。

與受彎少筋梁類似，呈受拉脆性破壞特征。⑶超筋破壞箍筋和縱筋配置都過大在鋼筋屈服前混凝土就壓壞，為受壓脆性破壞。與受彎超筋梁類似⑷部分超筋破壞

受扭箍筋和受扭縱筋兩部分配置不協(xié)調，一個達到屈服強度，一個未達到屈服強度。設計時僅允許出現(xiàn)適筋破壞。《規(guī)范》受扭承載力計算公式7.3.2矩形截面純扭構件承載力計算

——扭矩設計值；

——混凝土的抗拉強度設計值；——截面的抗扭塑性抵抗矩;

——箍筋的抗拉強度設計值；——箍筋的單肢截面面積；

——箍筋的間距；——截面核芯部分的面積。

和

分別為箍筋內表面計算的截面核芯部分的短邊和長邊尺寸?？古たv筋與箍筋的配筋強度比《規(guī)范》建議取0.6≤z≤1.7，將不會發(fā)生“部分超筋破壞”設計中通常取z=1.2—受扭計算中對稱布置在截面周邊的全部抗扭縱筋的截面面積；

——受扭縱筋的抗拉強度設計值；

——截面核芯部分的周長，

公式的適用范圍⑴為避免超筋破壞，截面應滿足下式要求：⑵為避免少筋破壞，純扭構件的配筋率截應滿足下式要求：⑶純扭構件的受扭縱向鋼筋配筋率截應滿足下式要求：7.4彎剪扭構件的承載力計算7.4.1在剪、扭作用下的承載力計算

扭矩使縱筋產生拉應力，與受彎時鋼筋拉應力疊加，使鋼筋拉應力增大，從而會使受彎承載力降低。TMTV

試驗表明：在彎矩、剪力和扭矩的共同作用下，各項承載力是相互關聯(lián)的，其相互影響十分復雜。

為了簡化，《規(guī)范》偏于安全地將受彎所需的縱筋與受扭所需縱筋分別計算后進行疊加，而對剪扭作用為避免混凝土部分的抗力被重復利用，考慮混凝土項的相關作用，箍筋的貢獻則采用簡單疊加方法。

而扭矩和剪力產生的剪應力總會在構件的一個側面上疊加，因此承載力總是小于剪力和扭矩單獨作用的承載力。剪扭作用下混凝土項的相關關系——為剪扭構件的混凝土強度降低系數(shù)

剪扭作用下受剪承載力和受扭承載力計算公式受剪承載力：受扭承載力：或7.4.2在彎剪扭共同作用下的承載力計算

彎剪扭構件的承載力計算可按以下步驟進行：

。⑴按受彎構件單獨計算在彎矩作用下所需的受彎縱向鋼筋截面面積及(2)按抗剪承載力計算需要的抗剪箍筋或(3)按抗扭承載力計算需要的抗扭箍筋(4)按抗扭縱筋與箍筋的配筋強度比關系，確定抗扭縱筋(5)按照疊加原則計算抗彎剪扭總的縱筋和箍筋用量受彎縱筋As和A's抗扭箍筋AsA'sAstl

/3Astl

/3Astl

/3+=A's

+Astl

/3As+

Astl

/3Astl

/3sAst1sAsv1+=sAsv1sAsv1+sAst1抗扭縱筋抗剪箍筋7.4.3受扭構件承載力公式的適用條件及構造要求一、截面限制條件

當時

當時

當時

按線性內插法確定

二、構造配筋條件

《規(guī)范》規(guī)定：對彎剪扭構件，當符合下列條件時，

可不進行構件的受剪扭承載力計算，按構造配置縱向鋼筋和箍筋即可。三、構造配筋要求⑴受扭縱筋的最小配筋率其中當>2時，取=2⑵受剪及受扭箍筋最小配箍率

彎剪扭構件縱筋最小配筋率應取受彎及受扭縱筋最小配筋率疊加值。

四、構造要求⑴縱筋

受扭縱筋應對稱設置于截面的周邊；伸入支座長度應按充分利用強度的受拉鋼筋考慮。⑵箍筋箍筋的最小直徑和最大間距要滿足表5.1和表5.2要求。箍筋要采用封閉式。7.