混凝土結(jié)構(gòu)課件第七章受扭構(gòu)件的截面承載

第七章受扭構(gòu)件的截面承載力計(jì)

第一節(jié)概述在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,處于純扭矩作用的情況是極少的,絕大多數(shù)都是處于彎、剪、紐共同作用的復(fù)合受力狀態(tài)。第二節(jié)矩形截面純扭構(gòu)件承載力計(jì)算一、素混凝土純扭構(gòu)件的受力性能：（一）彈性分析方法

由材料力學(xué)可知，矩形截面均質(zhì)彈性材料桿件在扭矩作用下，截面中各點(diǎn)均產(chǎn)生剪應(yīng)力τ，剪應(yīng)力分布規(guī)律見下圖所示。最大剪應(yīng)力發(fā)生在截面長邊的中點(diǎn)，與該點(diǎn)剪應(yīng)力作用相對應(yīng)的主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力，其大小為按彈性理論中的扭矩T與剪應(yīng)力的數(shù)量關(guān)系，可推導(dǎo)出素混凝土純扭構(gòu)件的抗扭承載力計(jì)算式。然而用公式計(jì)算的承載力比試驗(yàn)結(jié)果低，由此看出，按彈性理論計(jì)算低估了混凝土的抗扭作用。（二）塑性分析方法

用彈性方法計(jì)算的承載力低是由于沒考慮混凝土的塑性性質(zhì)。假設(shè)混凝土開裂前具有理想的塑性性能，則可用塑性分析方法計(jì)算構(gòu)件的抗扭承載力。

對于理想塑性材料的構(gòu)件,只有當(dāng)截面上各點(diǎn)的剪應(yīng)力均達(dá)到材料強(qiáng)度的極限時,構(gòu)件才喪失承載力而破壞。

根據(jù)試驗(yàn)，混凝土構(gòu)件的開裂扭矩值接近理想彈塑性材料構(gòu)件的極限扭矩。于是根據(jù)圖7-4得：式中:則素混凝土純扭構(gòu)件的抗扭承載力可表達(dá)為:二、鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受力性能：(一)受扭鋼筋的形式：(二)抗扭鋼筋配筋率對受扭構(gòu)件受力性能的影響：

根據(jù)國內(nèi)外相當(dāng)數(shù)量的鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果,可將純扭構(gòu)件的破壞特征規(guī)納為以下四類:

(2)“適筋構(gòu)件”的破壞:當(dāng)構(gòu)件中的箍筋和縱筋配置適當(dāng)時，破壞前構(gòu)件上陸續(xù)出現(xiàn)多條與構(gòu)件軸線呈α角的螺旋裂縫，隨著與其中一條裂縫相交的箍筋達(dá)到屈服，該裂縫不斷加寬，直到最后形成三面開裂一邊受壓的空間扭曲破壞面，進(jìn)而受壓混凝土被壓壞，整個破壞過程具有一定的延性和較明顯的預(yù)兆。受扭構(gòu)件應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成此種構(gòu)件。(3)“部分超筋構(gòu)件”的破壞:當(dāng)構(gòu)件中配置的箍筋或縱筋數(shù)量過多時，在構(gòu)件破壞前只有較少的鋼筋受拉屈服，而另一部分鋼筋直到混凝土壓碎還未屈服，故稱之為部分超筋情況。(1)“少筋構(gòu)件”的破壞:當(dāng)箍筋和縱筋或者其中之一配置過少時,配筋構(gòu)件的抗扭承載力與素混凝土構(gòu)件沒有實(shí)質(zhì)性的差別,其破壞扭矩≈開裂扭矩,破壞是脆性的,在工程中應(yīng)予避免。(4)“完全超筋構(gòu)件”的破壞:當(dāng)箍筋和縱筋都配置過多時,在兩者都還未能達(dá)到曲服之前,構(gòu)件因前述空間桁架機(jī)構(gòu)中混凝土斜壓桿被局部壓碎而導(dǎo)致突然破壞.破壞屬脆性破壞,設(shè)計(jì)要避免。

試驗(yàn)研究表明，為了使箍筋和縱筋都能有效地發(fā)揮抗扭作用，應(yīng)當(dāng)將兩種鋼筋的用量比控制在合理的范圍內(nèi)。《規(guī)范》采用縱筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比?進(jìn)行控制：式中：

試驗(yàn)研究表明，當(dāng)?=1.2左右時,縱筋與箍筋的用量為最佳比例情況,即在構(gòu)件破壞之前,這兩種鋼筋將基本上同時達(dá)到其抗拉屈服強(qiáng)度。當(dāng)?在0.5~2.0范圍內(nèi)時,縱筋和箍筋一般都能較好地發(fā)揮起抗扭作用。但為了慎重起見，《規(guī)范》規(guī)定?應(yīng)滿足以下條件：三、矩形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件承載力計(jì)算：

由試驗(yàn)研究成果和理論分析得出純扭構(gòu)件承載力計(jì)算公式：式中：由于剪力的存在，抗扭承載力降低由于扭矩的存在，抗剪承載力降低Vc/Vc0Tc/Tc0ABCGD1.51.00.500.51.01.5t1.5–t第三節(jié)矩形截面剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算(一)剪扭相關(guān)性：從圖中看出，無腹筋構(gòu)件的剪、扭相關(guān)性符合1/4圓規(guī)律。有腹筋梁，認(rèn)為混凝土部分提供的抗扭、抗剪承載力之間也符合1/4圓相關(guān)性。在鋼筋抗剪、抗扭部分不作調(diào)整–––“部分相關(guān)”–––“部分不相關(guān)”用三折線代替1/4圓弧線，相關(guān)系數(shù)t

當(dāng)Tc

0.5Tco即Tc0.175ftwt

當(dāng)Vc

0.5Vco

即Vc0.35ftbh0忽略扭矩的影響，按抗剪公式計(jì)算；由抗剪確定箍筋數(shù)量忽略剪力的影響，抗純扭公式計(jì)算；由抗扭確定箍筋數(shù)量。

當(dāng)0.5<Tc/Tco

1.0

或0.5<Vc/Vco

1.0時，要考慮剪扭相關(guān)性引入：1.按抗剪承載力計(jì)算需要的抗剪箍筋抗剪承載力按下式計(jì)算：對集中荷載作用下的構(gòu)件：2.按抗扭承載力計(jì)算需要的抗扭箍筋構(gòu)件的抗扭承載力按下式計(jì)算：3.按疊加原則計(jì)算抗剪扭總的箍筋用量第四節(jié)矩形截面彎扭和彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算1.矩形截面彎扭構(gòu)件承載力計(jì)算：

彎扭承載力的相關(guān)性問題涉及的因素很多，其較準(zhǔn)確的表達(dá)式相當(dāng)復(fù)雜，不便于實(shí)用計(jì)算。因此，《規(guī)范》對彎扭構(gòu)件采用簡便實(shí)用的“疊加法”進(jìn)行設(shè)計(jì)，即對構(gòu)件截面先分別按抗彎和抗扭進(jìn)行計(jì)算，然而將所需的縱向鋼筋數(shù)量按以下計(jì)算。2.矩形截面彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算：（1）在彎矩的作用下，可以按照第三章的有關(guān)方法計(jì)算。（2）在剪力和扭矩的共同作用下，可按照上一節(jié)矩形截面剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。第五節(jié)T形和Ι形截面彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算

T形和Ι形截面彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算的原則是:1.不考慮彎矩與剪力、扭矩的相關(guān)性,構(gòu)件在彎矩的作用下,按第三章有關(guān)方法計(jì)算。2.剪力全部由腹板承受。3.扭矩由腹板、受拉翼緣和受壓翼緣共同承受，各部分的扭矩設(shè)計(jì)值按下列各式計(jì)算：第六節(jié)構(gòu)造要求1.截面尺寸限制條件防止完全超筋破