水工鋼筋混凝土之鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算

第七章鋼鋼筋混凝土土受扭構(gòu)件件承載力計(jì)計(jì)算兩類扭轉(zhuǎn)：：平衡扭轉(zhuǎn)靜定的受扭扭構(gòu)件，由由荷載產(chǎn)生生的扭矩是是由構(gòu)件的的靜力平衡衡條件確定定而與受扭扭構(gòu)件的扭扭轉(zhuǎn)剛度無無關(guān)的，稱稱為平衡扭扭轉(zhuǎn)。附加扭轉(zhuǎn)（（約束扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)）超靜定受扭扭構(gòu)件，因因構(gòu)件間的的連續(xù)性引引起的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，扭矩除除了靜力平平衡條件以以外，還必必須由相鄰鄰構(gòu)件的變變形協(xié)調(diào)條條件才能確確定。對于約束扭扭轉(zhuǎn)，由于于受扭構(gòu)件件在受力過過程中的非線性性質(zhì)質(zhì)，扭矩大小小與構(gòu)件受受力階段的的剛度比有有關(guān)，不是是定值，需需要考慮內(nèi)內(nèi)力重分布布進(jìn)行扭矩矩計(jì)算。平衡扭轉(zhuǎn)的的扭矩不隨隨構(gòu)件的剛剛度變化而而變化，而而協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的扭矩與與剛度變化化相關(guān)。兩類扭轉(zhuǎn)的的差別：實(shí)際構(gòu)件受受扭的情況況：純扭、剪扭扭、彎扭、、彎剪扭–––梁地震荷載作作用下的角角柱承受扭扭矩–––柱試驗(yàn)表明：Ttp第一節(jié)鋼鋼筋混凝土土受扭構(gòu)件件的破壞形形態(tài)及開裂裂扭矩一、矩形截截面純扭構(gòu)構(gòu)件的破壞壞形態(tài)由材料力學(xué)學(xué)知，構(gòu)件件側(cè)面的主主拉應(yīng)力stp和主壓應(yīng)力力scp相等。主拉應(yīng)力和和主壓應(yīng)力力跡線沿構(gòu)構(gòu)件表面成成螺旋型。。當(dāng)主拉應(yīng)力力達(dá)到混凝凝土抗拉強(qiáng)強(qiáng)度時(shí)，在在構(gòu)件中某某個(gè)薄弱部部位形成裂裂縫，裂縫縫沿主壓應(yīng)應(yīng)力跡線迅迅速延伸。。對于素混凝凝土構(gòu)件，，開裂會(huì)迅迅速導(dǎo)致構(gòu)構(gòu)件破壞，，破壞面呈一一空間扭曲曲曲面。Tmax裂縫1122T(T)T(T)受壓區(qū)素混凝土純純扭構(gòu)件先在某長邊邊中點(diǎn)開裂裂形成一螺旋形形裂縫，一裂裂即壞三邊受拉，一一邊受壓素混凝土純扭扭構(gòu)件裂縫出出現(xiàn)后的性能能鋼筋混凝土受受扭構(gòu)件裂縫縫出現(xiàn)后的性性能T(T)T(T)鋼筋混凝土純純扭構(gòu)件開裂前鋼筋中中的應(yīng)力很小小開裂后不立即即破壞，裂縫縫可以不斷增增加，隨著鋼鋼筋用量的不不同，有不同同的破壞形態(tài)態(tài)鋼筋混凝土受受扭試件的破破壞展開圖受扭鋼筋的配配筋形式受扭扭最理理想想的的配配筋筋方方式式是是在在靠靠近近表表面面處處設(shè)設(shè)置置呈呈45°°走向向的的螺螺旋旋形形鋼鋼筋筋，，但但∴分分解解為為豎豎向向(箍筋筋)和水水平平(縱筋筋)組成成抗抗扭扭骨骨架架。。施工工不不便便反向向扭扭矩矩失失效效要配配抗抗扭扭鋼鋼筋筋開裂裂形成成大大約約45°°方向向的的螺螺旋旋式式裂裂縫縫矩形形截截面面純純扭扭構(gòu)構(gòu)件件的的破破壞壞形形態(tài)態(tài)④少筋筋受受扭扭構(gòu)構(gòu)件件：：當(dāng)配配筋筋量量過過少少時(shí)時(shí)，，配配筋筋不不足足以以承承擔(dān)擔(dān)混混凝凝土土開開裂裂后后釋釋放放的的拉拉應(yīng)應(yīng)力力，，一一旦旦開開裂裂，，將將導(dǎo)導(dǎo)致致扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角迅迅速速增增大大，，此此時(shí)時(shí)縱縱筋筋和和箍箍筋筋不不僅僅達(dá)達(dá)到到屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度而而且且可可能能進(jìn)進(jìn)入入強(qiáng)強(qiáng)化化階階段段，，與與受受彎彎少少筋筋梁梁類類似似，，呈呈受受拉拉脆脆性性破破壞壞特特征征，，受扭扭承承載載力力取取決決于于混混凝凝土土的的抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度。①適筋筋受受扭扭構(gòu)構(gòu)件件：：對于于箍箍筋筋和和縱縱筋筋配配置置都都合合適適的的情情況況，，與與臨臨界界（（斜斜））裂裂縫縫相相交交的的鋼鋼筋筋都都能能先先達(dá)達(dá)到到屈屈服服，，然然后后混混凝凝土土壓壓壞壞，，與與受受彎彎適適筋筋梁梁的的破破壞壞類類似似，，屬屬于于延延性性破破壞壞。。破壞壞時(shí)時(shí)的的極極限限扭扭矩矩與與配配筋筋量量有有關(guān)關(guān)。②部分分超超筋筋受受扭扭構(gòu)構(gòu)件件：：受扭扭箍箍筋筋和和受受扭扭縱縱筋筋兩兩者者配配筋筋量量相相差差過過大大時(shí)時(shí)，，會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)一一個(gè)個(gè)未未達(dá)達(dá)到到屈屈服服、、另另一一個(gè)個(gè)達(dá)達(dá)到到屈屈服服的的部部分分超超筋筋破破壞壞情情況況。。具具有有一一定定的的延延性性。。③超筋筋受受扭扭構(gòu)構(gòu)件件當(dāng)箍箍筋筋和和縱縱筋筋配配置置都都過過大大時(shí)時(shí)，，則則會(huì)會(huì)在在鋼鋼筋筋屈屈服服前前混混凝凝土土就就壓壓壞壞，，為為受受壓壓脆脆性性破破壞壞。。受扭扭承承載載力力取取決決于于混混凝凝土土的的抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度。與受受扭扭縱縱筋筋和和受受扭扭箍箍筋筋的的配配筋筋率率有有關(guān)關(guān)，，分分為為：：二、、矩矩形形截截面面構(gòu)構(gòu)件件在在彎彎、、剪剪、、扭扭共共同同作作用用下下的的破破壞壞形形態(tài)態(tài)1、彎彎型型破破壞壞底面面、、兩兩側(cè)側(cè)面面混混凝凝土土開開裂裂，，底底部部鋼鋼筋筋先先屈屈服服，，頂頂面面混混凝凝土土后后壓壓碎碎剪力力較較小小，，彎彎矩矩/扭矩矩較較大大2、扭扭型型破破壞壞頂面面、、兩兩側(cè)側(cè)面面混混凝凝土土開開裂裂，，頂頂部部鋼鋼筋筋受受扭扭屈屈服服，，底底部部混混凝凝土土后后壓壓碎碎剪力力較較小小，，扭扭矩矩/彎矩矩較較大大3、扭扭剪剪型型破破壞壞長邊邊一一側(cè)側(cè)混混凝凝土土開開裂裂，，該該側(cè)側(cè)抗抗扭扭縱縱筋筋，，抗抗扭扭、、抗抗剪剪箍箍筋筋屈屈服服，，另另一一長長邊邊混混凝凝土土壓壓碎碎剪力力、、扭扭矩矩較較大大破壞壞形形態(tài)態(tài)外力力大大小小若混混凝凝土土為為彈彈性性材材料料，，當(dāng)當(dāng)最最大大扭扭剪剪應(yīng)應(yīng)力力或或最最大大主主拉拉應(yīng)應(yīng)力力達(dá)達(dá)到到混混凝凝土土抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度ft時(shí)，，構(gòu)構(gòu)件件即即開開裂裂。。按按照照彈彈性性理理論論：：三、、矩矩形形截截面面純純扭扭構(gòu)構(gòu)件件的的開開裂裂扭扭矩矩彈性性分分析析實(shí)際際上上：：按彈彈性性方方法法確確定定的的開開裂裂扭扭矩矩Tcr小于于實(shí)實(shí)測測值值許許多多，，說說明明按按彈彈性性分分析析方方法法低低估估了了鋼鋼筋筋混混凝凝土土受受扭扭構(gòu)構(gòu)件件的的開開裂裂扭扭矩矩。。假定定混混凝凝土土為為塑塑性性材材料料，，截截面面上上某某一一點(diǎn)點(diǎn)達(dá)達(dá)到到極極限限強(qiáng)強(qiáng)度度時(shí)時(shí)并并不不立立即即破破壞壞，，直直到到截截面面邊邊緣緣的的拉應(yīng)應(yīng)變變達(dá)到到混混凝凝土土的的極極限限拉拉應(yīng)應(yīng)變變值值，，截截面面上上各各點(diǎn)點(diǎn)的的應(yīng)應(yīng)力力均均達(dá)達(dá)到到混混凝凝土土的的極極限限抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度后后，，截截面面開開裂裂。。此時(shí)時(shí)截截面面上上的的剪剪應(yīng)應(yīng)力力分分布布分分為為四四個(gè)個(gè)區(qū)區(qū)，，取取極極限限剪剪應(yīng)應(yīng)力力為為ft，分分別別計(jì)計(jì)算算各各區(qū)區(qū)合合力力及及其其對對截截面面形形心心的的力力偶偶之之和和，，可可求求得得塑性性總總極極限限扭扭矩矩為為：：塑性性分分析析

45°F1F2F3F4實(shí)際際上上：：按塑塑性性方方法法確確定定的的開開裂裂扭扭矩矩Tcr高于于實(shí)實(shí)測測值值。。原因因：：混混凝凝土土既既非彈彈性性材材料料又非塑塑性性材材料料，而而是是介介于于兩兩者者之之間間的的彈塑塑性性材材料料。達(dá)到到開開裂裂極極限限狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)截截面面的的應(yīng)應(yīng)力力分分布布介介于于彈彈性性和和理理想想彈彈塑塑性性之之間間，，因此此開開裂裂扭扭矩矩也也是是介介于于Tcr和Tcu之間間。為實(shí)實(shí)用用簡簡便便，，開開裂裂扭扭矩矩近近似似采采用用塑塑性性材材料料的的應(yīng)應(yīng)力力分分布布圖圖形形進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)算算，，混混凝凝土土強(qiáng)強(qiáng)度度作作適適當(dāng)當(dāng)降降低低。。引引入入降低低系系數(shù)數(shù)以考考慮慮應(yīng)應(yīng)力力非非完完全全塑塑性性分分布布的的影影響響。。根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)結(jié)果果，，修修正正系系數(shù)數(shù)在在0.87~0.97之間間，，《規(guī)范范》為偏偏于于安安全全起起見見，，取0.7。于于是是，，開開裂裂扭扭矩矩的的計(jì)計(jì)算算公公式式為為截面面受受扭扭塑塑性性抵抵抗抗矩矩箱形形截截面面◆封閉閉的的箱箱形形截截面面，，其其抵抵抗抗扭扭矩矩的的作作用用與與同同樣樣尺尺寸寸的的實(shí)實(shí)心心截截面面基基本本相相同同。?！魧?shí)際際工工程程中中，，當(dāng)當(dāng)截截面面尺尺寸寸較較大大時(shí)時(shí)，，往往往往采采用用箱箱形形截截面面，，以以減減輕輕結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)自自重重，，如如橋橋梁梁中中常常采采用用的的箱箱形形截截面面梁梁。?！魹楸鼙苊饷獗诒诤窈襁^過薄薄對對受受力力產(chǎn)產(chǎn)生生不不利利影影響響，，規(guī)規(guī)定定壁壁厚厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6四、、帶帶翼翼緣緣截截面面純純扭扭構(gòu)構(gòu)件件的的開開裂裂扭扭矩矩有效效翼翼緣緣寬寬度度應(yīng)應(yīng)滿滿足足bf'≤b+6hf'及bf≤b+6hf的條條件件，，且且hw/b≤6。第二二節(jié)節(jié)鋼鋼筋筋混混凝凝土土純純扭扭構(gòu)構(gòu)件件的的承承載載力力計(jì)計(jì)算算一、、受受扭扭構(gòu)構(gòu)件件配配筋筋形形式式和和構(gòu)構(gòu)造造要要求求?？古づや撲摻罱顟?yīng)應(yīng)由由抗扭扭縱縱筋筋和抗扭扭箍箍筋筋組成成。?？箍古づたv縱筋筋沿沿截截面面周周邊邊對對稱稱布布置置，，截截面面四四角角處處必必須須放放置置，，間間距距小小于于200mm和截截面面寬寬度度bz－稱稱為為受扭扭構(gòu)構(gòu)件件縱縱筋筋與與箍箍筋筋的的配配筋筋強(qiáng)強(qiáng)度度比比。s－受扭扭箍箍筋筋的的間間距距；Ast，Ast1－分別別為為受受扭扭縱縱筋筋和和受扭扭單單肢肢箍箍筋筋的面面積積；；fy，fyv－分分別別為為受受扭扭縱縱筋筋和和受受扭扭箍箍筋筋的的屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度；；ucor－截截面面核核心心部部分分的的周周長長，，ucor=2(bcor+hcor)。受扭扭構(gòu)構(gòu)件件縱縱筋筋與與箍箍筋筋的的配配筋筋強(qiáng)強(qiáng)度度比比z=0.5～2.0時(shí)，縱筋筋和和箍箍筋筋均均能能在在構(gòu)構(gòu)件件破破壞壞前前屈屈服服，安安全全起起見見規(guī)規(guī)定定0.6z1.7，通通常常z＝1.2最佳佳。二、、矩矩形形截截面面純純扭扭構(gòu)構(gòu)件件承承載載力力的的計(jì)計(jì)算算z－稱稱為為受受扭扭構(gòu)構(gòu)件件縱縱筋筋與與箍箍筋筋的的配配筋筋強(qiáng)強(qiáng)度度比比。。Ast－取對對稱稱布布置置的的全全部部縱縱向向鋼鋼筋筋截截面面面面積積；；Ast1－沿沿截截面面周周邊邊所所配配置置箍箍筋筋的的單單肢肢截截面面面面積積；；Acor－按按箍箍筋筋內(nèi)內(nèi)表表面面計(jì)計(jì)算算的的截截面面核核心心面面積積，，Acor=bcorhcor；s－受受扭扭箍箍筋筋的的間間距距；；fy，fyv－分分別別為為受受扭扭縱縱筋筋和和受受扭扭箍箍筋筋的的屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度；；ucor－截截面面核核心心部部分分的的周周長長，，ucor=2(bcor+hcor)。為避避免免配配筋筋過過多多產(chǎn)產(chǎn)生生超超筋筋脆脆性性破破壞壞，，采采用用截截面面尺尺寸寸限限制制條條件件為防防止止少少筋筋脆脆性性破破壞壞若符符合合,按最最小小配配筋筋率率配配筋筋。。因?yàn)闉?，，若若，，意意味味著著不不?huì)會(huì)開開裂裂，，僅僅靠靠混混凝凝土土已已能能抵抵抗抗扭扭矩矩。。三、、帶帶翼翼緣緣截截面面純純扭扭構(gòu)構(gòu)件件承承載載力力的的計(jì)計(jì)算算求得得各各小小塊塊矩矩形形截截面面所所分分配配的的扭扭矩矩后后，，再再分分別別按按式式：：按各各小小塊塊矩矩形形的的受受扭扭塑塑性性抵抵抗抗矩矩比比值值，，來來計(jì)計(jì)算算各各小小塊塊矩矩形形截截面面所所應(yīng)應(yīng)承承受受的的扭扭矩矩：：腹板板受壓壓翼翼緣緣受拉拉翼翼緣緣進(jìn)行行各各小小塊塊矩矩形形截截面面的的配配筋筋計(jì)計(jì)算算。。第三三節(jié)節(jié)鋼鋼筋筋混混凝凝土土構(gòu)構(gòu)件件在在彎彎、、剪剪、、扭扭共共同同作作用用下下的的承承載載力力計(jì)計(jì)算算一、、剪剪、、扭扭作作用用下下的的承承載載力力計(jì)計(jì)算算TV而扭扭矩矩和和剪剪力力產(chǎn)產(chǎn)生生的的剪剪應(yīng)應(yīng)力力總總會(huì)會(huì)在在構(gòu)構(gòu)件件的的一一個(gè)個(gè)側(cè)側(cè)面面上上疊疊加加，，因因此此承載載力力總總是是小小于于剪剪力力和和扭扭矩矩單單獨(dú)獨(dú)作作用用的的承承載載力力。剪扭扭相相關(guān)關(guān)性性:受扭扭承承載載力力隨隨著著剪剪力力的的增增加加而而減減小??；；受受剪剪承承載載力力隨隨著著扭扭矩矩的的增增加加而而減減小小。。無腹腹筋筋無腹腹筋筋構(gòu)構(gòu)件件剪剪扭扭承承載載力力相相關(guān)關(guān)曲曲線線基基本本符合合1/4圓曲曲線線規(guī)規(guī)律律。。Tc、Tc0分別別為為剪剪扭扭、、純純扭扭構(gòu)構(gòu)件件的的受受扭扭承承載載力力；；Vc、Vc0分別別為為剪剪扭扭、、純純剪剪構(gòu)構(gòu)件件的的受受剪剪承承載載力力。。對于有腹筋梁梁，認(rèn)為混凝土部分提供的抗抗扭?？辜舫谐休d力之間也也符合1/4圓相關(guān)性。（（混凝土重復(fù)復(fù)利用）對于有腹筋梁梁，鋼筋抗剪、抗扭部部分不作調(diào)整整，抗剪和抗抗扭鋼筋分別別計(jì)算配置。。（鋼筋不重重復(fù)利用）–––““部分相關(guān)”–––“部分不相關(guān)””由于剪力的存存在，抗扭承承載力降低由于扭矩的存存在，抗剪承承載力降低混凝土用三折線代替替1/4圓弧線，令bt=Tc/Tc0，有：