受扭構(gòu)件的截面承載力計(jì)算

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1、第八章受扭構(gòu)件的截面承載力計(jì)算本章重點(diǎn)1.概述（平衡扭轉(zhuǎn)和協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的概念）2.構(gòu)件的開裂扭矩（開裂扭矩的計(jì)算方法，矩形和T形、Ⅰ形截面構(gòu)件開裂扭矩的計(jì)算）3.純扭構(gòu)件的受扭承載力計(jì)算（抗扭配筋形式，純扭構(gòu)件的破壞形態(tài)，抗扭縱筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比，矩形、T形、Ⅰ形截面構(gòu)件純扭承載力計(jì)算）4.彎剪扭構(gòu)件承載力的計(jì)算（剪扭構(gòu)件的計(jì)算，剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系數(shù)，彎剪扭構(gòu)件承載力的計(jì)算步驟）8.1概述兩類受扭構(gòu)件：平衡扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)構(gòu)件中的扭矩可以直接由荷載靜力平衡求出，與構(gòu)件剛度無(wú)關(guān)，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），稱為平衡扭轉(zhuǎn)EquilibriumTorsi

2、on。對(duì)于平衡扭轉(zhuǎn)，受扭構(gòu)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。在超靜定結(jié)構(gòu)，若扭矩是由相鄰構(gòu)件的變形受到約束而產(chǎn)生的，扭矩大小與受扭構(gòu)件的抗扭剛度有關(guān)，稱為約束扭轉(zhuǎn)CompatibilityTorsion。對(duì)于約束扭轉(zhuǎn)，由于受扭構(gòu)件在受力過(guò)程中的非線性性質(zhì)，扭矩大小與構(gòu)件受力階段的剛度比有關(guān)，不是定值，需要考慮內(nèi)力重分布進(jìn)行扭矩計(jì)算。一、素混凝土的純扭構(gòu)件8.2純扭構(gòu)件的試驗(yàn)研究在扭矩作用下，截面上任何一點(diǎn)只有剪應(yīng)力，矩形截面受扭構(gòu)件最大剪應(yīng)力tmax發(fā)生在截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)，由于剪應(yīng)力產(chǎn)生的主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力分別與縱軸成45。和135。，其大小就等于剪應(yīng)力，當(dāng)主拉應(yīng)力

3、達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，在構(gòu)件中某個(gè)薄弱部位形成裂縫，裂縫沿主壓應(yīng)力跡線迅速延伸。對(duì)于素混凝土構(gòu)件，開裂會(huì)迅速導(dǎo)致構(gòu)件破壞，破壞面呈一空間扭曲曲面。二、鋼筋混凝土純扭構(gòu)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(yīng)沿構(gòu)件截面的周邊均勻布置。當(dāng)主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，在構(gòu)件中某個(gè)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(yīng)力跡線迅速延伸，并且形成許多新的裂縫，構(gòu)件表面形成連續(xù)的螺旋狀裂縫。當(dāng)接近極限扭矩時(shí)，在構(gòu)件長(zhǎng)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(dá)到屈服，最后在另一個(gè)長(zhǎng)邊上的混凝土受壓破壞，達(dá)到極限扭矩。構(gòu)件的抗扭

4、承載力與抗扭鋼筋的用量有關(guān)，抗扭鋼筋有抗扭箍筋和抗扭縱筋兩部分組成，這兩種鋼筋的數(shù)量即強(qiáng)度相對(duì)大小對(duì)構(gòu)件的承載力有一定影響，試驗(yàn)表明：當(dāng)抗扭箍筋相對(duì)較少時(shí)，抗扭強(qiáng)度由抗扭箍筋控制，即多配的縱筋起不到提高抗扭強(qiáng)度的作用，當(dāng)縱筋配置較少時(shí)，抗扭強(qiáng)度由抗扭縱筋控制。配筋強(qiáng)度比z試驗(yàn)表明，當(dāng)0.5≤z≤2.0范圍時(shí)，受扭破壞時(shí)縱筋和箍筋基本上都能達(dá)到屈服強(qiáng)度。但由于配筋量的差別，屈服的次序是有先后的?！兑?guī)范》建議取0.6≤z≤1.7，設(shè)計(jì)中通常取z=1.0~1.3。三、破壞形式按照配筋率的不同，受扭構(gòu)件的破壞形態(tài)也可分為適筋破壞、少筋破壞、部分超筋破壞和超筋破壞?！暨m筋破壞:箍筋和縱筋配置都適當(dāng)，與

5、臨界（斜）裂縫相交的鋼筋都能先達(dá)到屈服，然后混凝土壓壞，具有一定的延性。破壞時(shí)的極限扭矩與配筋量有關(guān)?！羯俳钇茐模寒?dāng)箍筋和縱筋配筋數(shù)量過(guò)少時(shí)，配筋不足以承擔(dān)混凝土開裂后釋放的拉應(yīng)力，一旦開裂，將導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)角迅速增大，構(gòu)件呈明顯的脆性破壞特征，受扭承載力取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度?！舫钇茐模寒?dāng)箍筋和縱筋配置都過(guò)大時(shí)，則會(huì)在鋼筋屈服前混凝土就壓壞，為受壓脆性破壞。受扭構(gòu)件的這種超筋破壞稱為完全超筋，受扭承載力取決于混凝土的抗壓強(qiáng)度?！舨糠殖钇茐模寒?dāng)箍筋和縱筋配筋量相差過(guò)大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)未達(dá)到屈服、另一個(gè)達(dá)到屈服的部分超筋破壞情況。8.3純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算8.3.1開裂扭矩的計(jì)算開裂扭矩等于構(gòu)件即

6、將開裂時(shí)截面單位面積上的內(nèi)力對(duì)中心的力矩和，因此，開裂扭矩與開裂時(shí)截面上的應(yīng)力有關(guān)，混凝土既不是彈性的，也不是完全塑性的，按彈性理論分析和塑性理論分析都不合適，《規(guī)范》給出的開裂扭矩計(jì)算公式，是近似采用塑性材料的應(yīng)力分布計(jì)算，但要乘以降低系數(shù)。截面受扭塑性抵抗矩一、矩形截面按塑性理論此時(shí)截面上的剪應(yīng)力分布如圖所示分為四個(gè)區(qū)，取極限剪應(yīng)力為ft，分別計(jì)算各區(qū)合力及其對(duì)截面形心的力偶之和，可求得塑性總極限扭矩為，截面受扭塑性抵抗矩二、箱形截面封閉的箱形截面，其抵抗扭矩的作用與同樣尺寸的實(shí)心截面基本相同。實(shí)際工程中，當(dāng)截面尺寸較大時(shí)，往往采用箱形截面，以減輕結(jié)構(gòu)自重，如橋梁中常采用的箱形截面梁。為

7、避免箱形截面的壁厚過(guò)薄對(duì)受力產(chǎn)生不利影響，規(guī)定壁厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6。三、帶翼緣截面帶翼緣截面有效翼緣寬度應(yīng)滿足bf'≤b+6hf'及bf≤b+6hf的條件，且hw/b≤6。8.3.2純扭構(gòu)件承載力計(jì)算公式《規(guī)范》給定的純扭構(gòu)件承載力計(jì)算公式為：公式中的系數(shù)是根據(jù)試驗(yàn)得到的，，是取的試驗(yàn)點(diǎn)的下包限?；竟较拗茥l件：（1)0.6≤?≤1.7，當(dāng)?>1．7時(shí)，按?＝1.7計(jì)算。(2)為防止少筋脆性