鋼筋混凝土構(gòu)件受扭計(jì)算模型研究進(jìn)展

1、鋼筋混凝土構(gòu)件受扭計(jì)算模型研究進(jìn)展論文摘要：本文就鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭的國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究概況作了一定的匯總，主要介紹了鋼筋混凝土受扭構(gòu)件的計(jì)算模型。論文關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土,計(jì)算模型,受扭自上世紀(jì)初，國(guó)外對(duì)鋼筋砼構(gòu)件的受扭性能的進(jìn)行了大量的研究，尤其是六七十年代，受力情況從簡(jiǎn)單到復(fù)雜分別進(jìn)行了探索，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件在純扭、彎扭、壓扭、彎剪扭作用下的破壞形態(tài)、受力機(jī)理、剛度、抗扭強(qiáng)度以及相關(guān)方程、延性等性能進(jìn)行了深入的探討，并取得了相當(dāng)?shù)难芯砍晒，F(xiàn)將各種計(jì)算理論和計(jì)算公式簡(jiǎn)要?dú)w納如下。1.Rausch空間析架計(jì)算模型用桁架比較鋼筋混凝土構(gòu)件開裂后的工作機(jī)理，最早是由Ritter和Morsch提出

2、，應(yīng)用于受剪切的鋼筋混凝土梁。1929年E.Rausch以Bach和Graf的試驗(yàn)為根底，將45斜桿的桁架模型推廣應(yīng)用于已開裂的受扭構(gòu)件。他將配有縱筋和箍筋的混凝土受扭構(gòu)件設(shè)想為一個(gè)中空的管形構(gòu)件。構(gòu)件開裂后，管壁混凝土沿45裂縫傾角形成一個(gè)螺旋形構(gòu)件，與縱筋、箍筋組成一個(gè)空間桁架，通過管壁是的環(huán)向剪力流抵抗外扭矩。Rausch提出的空間桁架計(jì)算模型，將Bredt的薄壁管理論與平面桁架模型巧妙結(jié)合，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件抗扭機(jī)理，賦予比較清晰的解釋，概念清楚，公式簡(jiǎn)單。這種計(jì)算方法，在低配筋時(shí)由于忽略混凝土抗扭作用，偏于保守;而在高配筋時(shí)，由于過高估計(jì)鋼筋抗扭能力，偏于不平安。2.變角空間析架模型L

3、ampert和Thurlimann于1968年提出變角空間析架模型，并指出混凝土壓桿傾角可以通過給定的縱筋屈服力和箍筋屈服力的相對(duì)大小確定，在設(shè)計(jì)中通過選用最經(jīng)濟(jì)的縱筋箍筋配筋量的體積比來確定。1973年Thurlimann對(duì)變角空間桁架作了進(jìn)一步闡述，并將抗剪、抗扭機(jī)理分析統(tǒng)一到一個(gè)計(jì)算模型上。試驗(yàn)說明實(shí)心矩形截面構(gòu)件臨近破壞時(shí)，與同樣外廓尺寸、同樣材料和同樣配筋的空心截面構(gòu)件的抗扭性能是等效的。因此，變角空間析架模型取用矩形箱形截面，忽略核心混凝土作用，即假定扭矩主要由外殼混凝土及其鋼筋骨架承當(dāng)。取不同的隔離體，利用平衡條件，即可求得極限扭矩。3.JIeccnr斜彎破壞模型4.Hsu斜彎破

4、壞模型Hsu于1968年提出一個(gè)新的計(jì)算模型。將破壞面理想化，假定它與梁的寬面垂直，并與梁縱軸成45傾斜，破壞面不與箍筋短肢相交，將短肢承當(dāng)?shù)目古?qiáng)度予以忽略，以適應(yīng)所觀察到的箍筋短肢應(yīng)力較小這一現(xiàn)象。此外，還考慮了混凝土受壓區(qū)的抗剪強(qiáng)度和縱筋的銷栓作用。取位于截面中間高度平行于縱軸的一個(gè)軸為扭轉(zhuǎn)軸，可由自由體平衡條件，利用內(nèi)外扭拒的平衡和y軸方向力的平衡，即可推出極限扭矩。本計(jì)算模型考慮了剪壓區(qū)混凝土抗剪強(qiáng)度所提供的抗扭強(qiáng)度T,Hsu通過試驗(yàn)給出了T值和鋼筋的銷栓力V，V。5.Collins斜壓力場(chǎng)計(jì)算模型Collins試圖從混凝土保護(hù)層剝落不起作用的假定出發(fā)，調(diào)整剪力流路線位置，減小混凝土

5、核心面積，以改良古典空間桁架理論過高估計(jì)抗扭強(qiáng)度的缺陷。6.Hsu考慮混凝土軟化的斜壓力場(chǎng)計(jì)算模型自從1972年Robinson-Demorieux和1981年Vecchio-Collins研究了受剪作用開裂后的混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系后，混凝土的軟化性質(zhì)引起了工程界極大興趣和重視。對(duì)剪切和扭轉(zhuǎn)問題的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)根本性的突破。Hsu認(rèn)為如果考慮到混凝土的軟化效應(yīng)，就能夠較準(zhǔn)確的估算抗扭強(qiáng)度和整個(gè)加荷過程中的變形，為此他將混凝土軟化的特性引入到斜壓力場(chǎng)計(jì)算模式中，并給出防止超筋、少筋和混凝土保護(hù)層剝落的一系列規(guī)定，從而形成一種新的計(jì)算模式。又稱軟化析架模型;。美國(guó)ACI318-95標(biāo)準(zhǔn)和加拿大CSAA

6、23.3-94標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)抗扭構(gòu)件計(jì)算的有關(guān)規(guī)定均是建立在薄壁管理論和空間析架理論的根底上。研究結(jié)果說明，在構(gòu)件開裂以前，斜彎理論能夠較好的估計(jì)構(gòu)件的抗扭性能，而在構(gòu)件開裂以后，變角空間析架理論能夠?yàn)殇摻罨炷翗?gòu)件的抗剪及抗扭計(jì)算提供清晰的概念，并且變角空間析架理論用于計(jì)算扭矩影響較大、含鋼量較多的構(gòu)件較為穩(wěn)妥;而斜彎破壞計(jì)算模型用于扭矩影響較小的構(gòu)件較為適宜。由于對(duì)混凝土軟化的深入研究，目前對(duì)混凝土抗扭機(jī)理的分析有統(tǒng)一采用變角空間桁架理論的趨勢(shì)。7.薄膜元析架模型以上三種衍架模型(平衡桁架模型、莫爾協(xié)調(diào)析架模型和軟化精架模型)都涉及到開裂角的根本假定，它不是由試驗(yàn)精確確定的。這些理論假定薄膜元中

7、裂縫的方向與開裂后混凝土主應(yīng)力或主應(yīng)變的方向相重合。實(shí)際上，第一條裂縫的方向由開裂前主應(yīng)力的方向確定。一般說來，這兩個(gè)方向是不同的。隨著荷載的增加，裂縫沿越來越發(fā)散的方向逐漸開展，而這一系列裂縫的方向，可以看作是旋轉(zhuǎn);的。因此，這三種桁架模型被歸類為轉(zhuǎn)角理論?？紤]了轉(zhuǎn)角的軟化衍架模型那么被稱為轉(zhuǎn)角軟化衍架模型;。轉(zhuǎn)角理論的三種模型有一個(gè)共同的弱點(diǎn)，即它們不能描述所謂混凝土的奉獻(xiàn);。試驗(yàn)己說明，薄膜元的抗剪強(qiáng)度由兩局部組成：屬于鋼筋的主要局部和屬于混凝土的次要局部。由于剪應(yīng)力中屬于混凝土的奉獻(xiàn)是顯然的。于是，為了考慮混凝土的奉獻(xiàn);，Pang和Hsu在1996建立了一種定角軟化桁架模型;，這一桁架模型對(duì)于轉(zhuǎn)角33范圍之內(nèi)和超出的受扭破壞也是適用的。這種模型滿足二維應(yīng)力平衡條件、莫爾應(yīng)變協(xié)調(diào)條件和混凝土的雙軸軟化本構(gòu)關(guān)系。它不僅能預(yù)估薄膜元的強(qiáng)度，而且能表達(dá)荷載一變形關(guān)系的全過程。8.小結(jié)本文對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭模型的研究概況作了一定的了解，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是引起建筑物地震破壞的重要因素之一，因而扭轉(zhuǎn)問題一直是結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域研究的重要課題。由于結(jié)構(gòu)地震反響的平一扭藕聯(lián)振動(dòng)是三維空間動(dòng)力反響問題，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究受到試驗(yàn)規(guī)模和數(shù)量的限制，因而主要是依靠結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析手段對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析研究。對(duì)于不規(guī)那么結(jié)構(gòu)，我國(guó)目前事實(shí)上只能做到一階段設(shè)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)