ch07受扭構(gòu)件截面承載力計(jì)算

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1、第七章受扭構(gòu)件承載力計(jì)算7.1概述1、工程中的鋼筋混凝土受扭類(lèi)型2、實(shí)際中的受扭構(gòu)件1、工程中的鋼筋混凝土受扭類(lèi)型由荷載的直接作用所產(chǎn)生的扭矩，這種構(gòu)件所承受的扭矩可由靜力平衡條件求得，與構(gòu)件的抗扭剛度無(wú)關(guān)，一般稱為平衡扭矩。超靜定結(jié)構(gòu)中由于變形協(xié)調(diào)條件使截面產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)（扭轉(zhuǎn)系由結(jié)構(gòu)或相鄰構(gòu)件間的轉(zhuǎn)動(dòng)受到約束所引起），構(gòu)件所承受的扭矩與其抗扭剛度有關(guān)，稱為協(xié)調(diào)扭矩。本章只討論平衡扭轉(zhuǎn)情況。兩類(lèi)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(chē)梁），稱為平

2、衡扭轉(zhuǎn)EquilibriumTorsion。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。2、實(shí)際中的受扭構(gòu)件純扭構(gòu)件（實(shí)際工程中是很少出現(xiàn)的）復(fù)合受扭構(gòu)件：彎矩、剪力、扭矩共同作用（絕大多數(shù)情況）7.2開(kāi)裂扭矩7.2.1純扭構(gòu)件（1）

3、試驗(yàn)研究分析1）無(wú)筋矩形截面在純扭矩作用下，無(wú)筋矩形截面混凝土構(gòu)件開(kāi)裂前具有與均質(zhì)彈性材料類(lèi)似的性質(zhì)，截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)剪應(yīng)力最大，在截面四角點(diǎn)處剪應(yīng)力為零。當(dāng)截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)附近最大主拉應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件就會(huì)開(kāi)裂。隨著扭矩的增加，裂縫與構(gòu)件縱軸線成450角向相鄰兩個(gè)面延伸，最后構(gòu)件三面開(kāi)裂，一面受壓，形成一空間扭曲斜裂面而破壞。自開(kāi)裂至構(gòu)件破壞的過(guò)程短暫，破壞突然，屬于脆性破壞，抗扭承載力很低。當(dāng)扭矩很小時(shí)，混凝土未開(kāi)裂，鋼筋拉應(yīng)力也很低，構(gòu)件受力性能類(lèi)似于無(wú)筋混凝土截面。隨著扭矩的增大，在某薄弱截面的長(zhǎng)邊中點(diǎn)首先出現(xiàn)斜裂縫，此時(shí)扭矩

4、稍大于開(kāi)裂扭矩Tcr。斜裂縫出現(xiàn)后，混凝土卸載，裂縫處的主拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān)，因而鋼筋應(yīng)力突然增大。當(dāng)構(gòu)件配筋適中時(shí)，荷載可繼續(xù)增加，隨之在構(gòu)件表面形成連續(xù)或不連續(xù)的與縱軸線成約35o～55o的螺旋形裂縫。扭矩達(dá)到一定值時(shí)，某一條螺旋形裂縫形成主裂縫，與之相交的縱筋和箍筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，截面三邊受拉，一邊受壓，最后混凝土被壓碎而破壞。破裂面為一空間曲面。2）鋼筋混凝土矩形截面（2）截面破壞的幾種形態(tài)1）少筋破壞當(dāng)縱筋和箍筋中只要有一種配置不足時(shí)便會(huì)出現(xiàn)此種破壞。斜裂縫一旦出現(xiàn)，其中配置不足的鋼筋便會(huì)因混凝土卸載很快屈服，使構(gòu)件突然破壞。破壞屬

5、于脆性破壞，類(lèi)似于梁正截面承載能力時(shí)的少筋破壞。設(shè)計(jì)中通過(guò)規(guī)定抗扭縱筋和箍筋的最小配筋率來(lái)防止少筋破壞；2）適筋破壞如前所述，當(dāng)構(gòu)件縱筋和箍筋都配置適中時(shí)出現(xiàn)此種破壞。從斜裂縫出現(xiàn)到構(gòu)件破壞要經(jīng)歷較長(zhǎng)的階段，有較明顯的破壞預(yù)兆，因而破壞具有一定的延性。3）部分超筋破壞當(dāng)縱筋或箍筋其中之一配置過(guò)多時(shí)出現(xiàn)此種破壞。破壞時(shí)混凝土被壓碎，配置過(guò)多的鋼筋達(dá)不到屈服，破壞過(guò)程有一定的延性，但較適筋破壞的延性差。4）超筋破壞當(dāng)縱筋和箍筋都配置過(guò)多時(shí)出現(xiàn)此種破壞。破壞時(shí)混凝土被壓碎，而縱筋和箍筋都不屈服，破壞突然，因而延性差，類(lèi)似于梁正截面設(shè)計(jì)時(shí)的超筋破壞。

6、設(shè)計(jì)中通過(guò)規(guī)定最大配筋率或限制截面最小尺寸來(lái)避免。（3）矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩Tcr按下式計(jì)算式中0.7——考慮到混凝土非完全塑性材料的強(qiáng)度降低系數(shù)；ft——混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Wt——截面抗扭抵抗矩，按下式計(jì)算混凝土材料既非完全彈性，也不是理想彈塑性，而是介于兩者之間的彈塑性材料。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對(duì)于T形或工字形截面構(gòu)件，《規(guī)范》將其劃分為若干個(gè)矩形截面，然后按矩形截面分

7、別進(jìn)行配筋計(jì)算。矩形截面劃分的原則是首先保證腹板截面的完整性，然后再劃分受壓和受拉翼緣。劃分的矩形截面所承擔(dān)的扭矩，按其受扭抵抗矩與截面總受扭抵抗矩的比值進(jìn)行分配。對(duì)腹板、受壓和受拉翼緣部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩Wtw、Wtf′和Wtf分別按下列公式計(jì)算（4）T形或工字形截面截面總的受扭塑性抵抗矩為有效翼緣寬度應(yīng)滿足bf'≤b+6hf'及bf≤b+6hf的條件，且hw/b≤6。箱形截面的抗扭能力與同樣尺寸的實(shí)心矩形截面基本相同。在實(shí)際工程中，對(duì)承受較大扭矩的構(gòu)件，多采用箱形截面以減輕自重，如橋梁中常用的箱形截面梁?！兑?guī)范》中還規(guī)定了箱形截面

8、的最小壁厚tw大于bh/7，且不小于hw/6，此處bh為箱形截面的寬度；hw為腹板的凈高。對(duì)腹板、受壓和受拉翼緣部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩Wtw、Wtf′和Wtf