受扭構件扭曲截面承載力1

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1、第5章受扭構件§5.1概述§5.2扭曲破壞的機理與形式§5.3純扭構件的承載力§5.4彎、剪、扭構件的承載力§5.5受扭構件的構造要求扭轉是五種基本受力狀態(tài)之一，以雨蓬為例：§5.1概述雨蓬梁要承受彎矩、剪力和扭矩。工程中只承受純扭作用的結構很少，大多數(shù)情況下結構都處于彎矩、剪力、扭矩等內(nèi)力共同作用下的復雜受力狀態(tài)。雨蓬板根部的剪力就是作用在雨蓬梁上的均布荷載，雨蓬板根部的彎矩就是作用在雨蓬梁上的均布扭矩，雨蓬梁承受雨蓬板傳來的均布荷載及均布扭矩。請思考并繪出雨蓬梁的扭矩圖吊車的橫向水平制動力及吊車豎向輪壓偏心都可使吊車梁受扭，屋面板偏心也可導致屋架受扭。制動力輪壓在靜定結

2、構中，扭矩是由荷載產(chǎn)生的，可根據(jù)平衡條件求得，稱為平衡扭轉（EquilibriumTorsion）。偏心輪壓制動力偏心輪壓和吊車橫向水平制動力都會產(chǎn)生扭矩T螺旋樓梯中扭矩也較大在超靜定結構中，扭矩是由于相鄰構件的變形互相受到約束而產(chǎn)生的，稱為約束扭轉（CompatibilityTorsion）。例如：單向板肋梁樓蓋中次梁的一端支承在邊梁上，次梁在荷載下在支承處要發(fā)生轉角，節(jié)點處的變形協(xié)調(diào)，將迫使邊梁扭轉。邊梁中的扭矩值與節(jié)點處邊梁的抗扭剛度及次梁的抗彎剛度的比值有關。邊梁的抗扭剛度越大，其扭矩也越大；當邊梁的抗扭剛度為無窮大時，次梁相當于嵌固在邊梁中，此時的扭矩達到最大值。

3、次梁的抗彎剛度越大，則在節(jié)點處的轉角越小，邊梁的扭矩也越小。邊梁邊梁框架結構樓蓋§5.2扭曲破壞的機理與形式理想勻質(zhì)構件的受扭裂縫從主拉應力最大處開始對勻質(zhì)材料，理想的受扭裂縫應當呈螺旋形。螺旋形裂縫σptσptT破壞面呈一空間扭曲曲面受扭鋼筋縱向鋼筋箍筋雖然螺旋配筋抗扭最好，但工程中通常采用由箍筋與抗扭縱筋組成的鋼筋骨架來抵抗扭矩，不但施工方便，且沿構件全長可承受正負兩個方向的扭矩。受壓區(qū)螺旋形裂縫受壓邊工程中由于受力不完全對稱，構件會突然破壞，形成由歪斜裂縫形成的空間扭曲破壞面，三面開裂一面受壓,如圖。主拉應力主拉應力σptσpt由于配置鋼筋數(shù)量的不同，受扭構件的破壞形

4、態(tài)可分為：適筋破壞、少筋破壞和超筋破壞（1）適筋破壞當箍筋和縱筋數(shù)量配置適當時，在受壓區(qū)混凝土被壓壞前，與臨界斜裂面相交的鋼筋都能達到屈服，這種破壞具有一定的延性，與適筋梁的情況類似。設計中應當使受扭構件設計成適筋構件。受壓區(qū)（2）少筋破壞當配筋數(shù)量過少時，一旦開裂，鋼筋就會被拉斷，導致構件立即破壞，為脆性破壞特征，與受彎構件少筋破壞類似。設計中應適當配置構造鋼筋，防止出現(xiàn)少筋破壞。（3）超筋破壞當箍筋和縱筋配置都過多時，在鋼筋屈服前混凝土就先被壓碎了，為受壓脆性破壞，與受彎構件超筋破壞類似。超筋破壞又可細分為部分超筋和完全超筋。部分超筋是指縱筋或箍筋中的一種配置過多而沒有

5、屈服;而完全超筋是指縱筋和箍筋都沒有屈服。超筋破壞時鋼筋沒有被充分利用，是一種浪費，破壞時的延性也比較差，設計中應避免?！?.3純扭構件的承載力Tu根據(jù)國內(nèi)試驗數(shù)據(jù)確定系數(shù)后，《規(guī)范》受扭承載力計算公式為式中：Tc—混凝土的抗扭承載力；Ts—鋼筋的抗扭承載力；將Tc和Ts的表達式代入上式可得Tu的一般表達式純扭構件承載力試驗結果與計算公式比較——扭矩設計值；——混凝土的抗拉強度設計值；——箍筋的抗拉強度設計值；——單肢箍筋的截面面積；——箍筋的間距；——截面核芯部分的面積，和分別為按箍筋內(nèi)側計算的截面核芯部分的短邊和長邊尺寸。設計時應滿足：—截面抗扭塑性抵抗矩，見右圖為避免

6、部分超配筋，引入抗扭縱筋與箍筋的配筋強度比ζ，——抗扭縱筋的總面積，應均勻布置在截面周邊；——抗紐縱筋的抗拉強度設計值；——截面核芯部分的周長，由于受扭鋼筋由箍筋和受扭縱筋兩部分組成，其受扭性能及其極限承載力不僅與總配筋量有關，還與兩部分鋼筋的配筋比有關，如果一種鋼筋過多，另一種鋼筋太少，前一種鋼筋就可能不屈服，而出現(xiàn)部分超配筋的情況。故設計中用配筋強度比ζ來控制，防止出現(xiàn)部分超配筋的情況，抗扭縱筋強度抗扭箍筋強度實驗研究表明，當0.6≤z≤1.7時不會發(fā)生“部分超配筋破壞”。設計中通?？扇=1.2。z越大，表明縱筋相對較多，箍筋相對較少。由于引入了配筋強度比ζ，式中只出

7、現(xiàn)抗扭縱筋面積Astl；求出抗扭縱筋面積Astl后，可由配筋強度比ζ公式求解抗扭箍筋的單肢截面面積Ast1。例題（Example）已知:矩形截面受扭構件，承受扭矩設計值T=35kN·m，截面尺寸b＝300mm，h＝600mm，保護層厚度C=30mm?；炷翉姸鹊燃夁x用C25，鋼筋為HPB235級。（fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2，fy=210N/mm2）求解：抵抗該扭矩所需的箍筋和縱筋面積，并繪制截面配筋圖。在彎扭共同作用下，扭矩使沿截面周邊所有縱筋都受拉，而彎矩只使彎曲受拉區(qū)的鋼筋受拉，故在彎