水工鋼筋混凝土結構受扭承載力

1、1.11.1純扭構件純扭構件（1）試驗研究分析）試驗研究分析 1）無筋矩形截面）無筋矩形截面 在純扭矩作用下，無筋矩形截面混凝土構件開裂前具有與均質彈性材料類似的性質，截面長邊中點剪應力最大，在截面四角點處剪應力為零。當截面長邊中點附近最大主拉應變達到混凝土的極限拉應變時，構件就會開裂。隨著扭矩的增加，裂縫與構件縱軸線成450角向相鄰兩個面延伸，最后構件三面開裂，一面受壓，形成一空間扭曲斜裂面而破壞。自開裂至構件破壞的過程短暫，破壞突然，屬于脆性破壞，抗扭承載力很低。 當扭矩很小時，混凝土未開裂，鋼筋拉應力也很低，構件受力性能類似于無筋混凝土截面。隨著扭矩的增大，在某薄弱截面的長邊中點首先出現

2、斜裂縫，此時扭矩稍大于開裂扭矩Tcr。斜裂縫出現后，混凝土卸載，裂縫處的主拉應力主要由鋼筋承擔，因而鋼筋應力突然增大。當構件配筋適中時，荷載可繼續(xù)增加，隨之在構件表面形成連續(xù)或不連續(xù)的與縱軸線成約3555的螺旋形裂縫。扭矩達到一定值時，某一條螺旋形裂縫形成主裂縫，與之相交的縱筋和箍筋達到屈服強度，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）鋼筋混凝土矩形截面 （2）截面破壞的幾種形態(tài)）截面破壞的幾種形態(tài)1）少筋破壞）少筋破壞 當縱筋和箍筋中只要有一種配置不足時便會出現此種破壞。斜裂縫一旦出現，其中配置不足的鋼筋便會因混凝土卸載很快屈服，使構件突

3、然破壞。破壞屬于脆性破壞，類似于粱正截面承載能力時的少筋破壞。設計中通過規(guī)定抗扭縱筋和箍筋的最小配筋率來防止少筋破壞； 2）適筋破壞）適筋破壞 如前所述，當構件縱筋和箍筋都配置適中時出現此種破壞。從斜裂縫出現到構件破壞要經歷較長的階段，有較明顯的破壞預兆，因而破壞具有一定的延性。 3）部分超筋破壞）部分超筋破壞 當縱筋或箍筋其中之一配置過多時出現此種破壞。破壞時混凝土被壓碎，配置過多的鋼筋達不到屈服，破壞過程有一定的延性，但較適筋破壞的延性差。 4）超筋破壞）超筋破壞 當縱筋和箍筋都配置過多時出現此種破壞。破壞時混凝土被壓碎，而縱筋和箍筋都不屈服，破壞突然，因，而延性差，類似于梁正截面設計時的

4、超筋破壞。設計中通過規(guī)定最大配筋率或限制截面最小尺寸來避免。 （3）矩形截面純扭構件的抗裂扭矩）矩形截面純扭構件的抗裂扭矩 矩形截面純扭構件的抗裂扭矩Tcr按下式計算 式中 0.7考慮到混凝土非完全塑性材料的強度降低 系數； f t混凝土抗拉強度設計值； Wt截面抗扭抵抗矩，按下式計算 ttcrWfT7 . 0)3(62bhbWt 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。（4）純扭構件抗扭承載力計算）純扭構件抗扭承載力計算 1）矩形截面）矩形截面 根據變角度空間模型或扭曲破壞面極限平衡理論，矩形截面純扭構件抗扭承載力計算公式如下 式中 fyv抗扭箍筋抗拉強度設計

5、值； Ast1抗扭箍筋的單肢截面面積， s 抗扭箍筋的間距； Acor截面核芯部分面積，即由箍筋內表面所圍成的截面面積； corstyvttuAsAfWfTT12 . 135. 0corcorcorAbhbcor， hcor分別為核芯部分短邊及長邊尺寸； 縱向鋼筋與箍筋的配筋強度之比； yvycorststlffuAsA1 fy縱向鋼筋抗拉強度設計值； 根據試驗，當0.52.0時，破壞時縱筋和箍筋都能達到屈服。但為了穩(wěn)妥起見，規(guī)范規(guī)定0.61.7。當=0.2左右時，效果最佳。因此設計時通常取=1.21.3。 Ast1對稱布置的全部縱向鋼筋截面面積；U cor截面核芯部分周長。 2）T形或工字形

6、截面形或工字形截面 對于T形或工字形截面構件，規(guī)范將其劃分為若干個矩形截面，然后按矩形截面分別進行配筋計算。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，如圖所示。劃分的矩形截面所承擔的扭矩，按其受扭抵抗矩與截面總受扭抵抗矩的比值進行分配。 對腹板、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分別按下列公式計算 )3(62bhbWtw)(22bbhWfftf)(22bbhWfftftftftwtWWWW截面總的受扭塑性抵抗矩為 有效翼緣寬度應滿足有效翼緣寬度應滿足bf b+6hf 及及bf b+6hf的條件，且的條件，且hw/b6。bbfhfhfh

7、whbf1.2 1.2 矩形截面復合受扭構件矩形截面復合受扭構件 （1） 試驗研究分析及主要結論試驗研究分析及主要結論 在彎矩、剪力和扭矩共同作用下，鋼筋混凝土構件的受力狀態(tài)極為復雜，構件破壞特征及其承載力與所作用的外部荷載條件和內在因素有關。其中外部荷載條件，通常以扭彎比 （=T/M）和扭剪比（=T/（Vb）表示；所謂內在條件系指構件的截面形狀、尺寸、配筋及材料強度等。根據外部條件和內部條件的不同，構件可能出現以下幾種破壞形態(tài)。 1）彎型破壞）彎型破壞 在配筋適當的條件下，扭彎比較小時，裂縫首先在構件彎曲受拉的底面出現，然后向兩側面發(fā)展，破壞時底面和兩側面開裂，形成螺旋形扭曲破壞面，與之相交

8、的縱筋及箍筋都達到受拉屈服強度，最后使處于彎曲受壓的頂面壓碎而破壞。 2）扭型破壞）扭型破壞 當扭彎比和扭剪比都比較大且構件頂部縱筋少于底部縱筋時，盡管彎矩作用使頂部縱筋受壓，但由于頂部縱筋少于底部縱筋，在構件頂部由扭矩產生的拉應力超過彎矩所產生的壓應力，使頂部首先開裂，裂縫向兩側延伸，破壞時頂部及兩側面開裂，形成螺旋形扭曲破壞面，與之相交的鋼筋達到其抗拉屈服強度，最后使構件底面受壓而破壞。 3）剪扭型破壞）剪扭型破壞 當剪力和扭矩都較大時，由于剪力與扭矩所產生的剪應力的相互迭加，首先在其中一個側面出現裂縫，然后向頂面和底面擴展，使該側面、頂面和底面形成扭曲破壞面，與之相交的縱筋與箍筋都達到其

9、抗拉屈服強度，最后使另一側面被壓碎而破壞。 式中 t 剪扭構件混凝土受扭承載力降低系數,0.5t1.0。 . 一般復合受扭構件corstyvtttuAsAfWfTT12 . 135. 001.510.2(1)ttWVTbh000.7(1.5)1.25svuttyvAVVf bhfhs 在用以上各式進行計算時，當t 1.0時，不考剪力對混凝土受扭承載力的影響，即取t =1.0。由此可知混凝土抗剪與抗扭相關曲線由三條直線所組成。 受扭承載力公式仍采用式05 .015 .1bhWTVttcorstyvtttuAsAfWfTT12 . 135. 000.25cctVTfbhWttfWTbhV7 . 00 （2）截面尺寸限制及最小配筋率）截面尺寸限制及最小配筋率 1）截面尺寸限制條件）截面尺寸限制條件為了避免超筋破壞，構件截面尺寸應滿足下式要求 2）構造配筋問題）構造配筋問題 構造配筋的界限：當滿足下式要求時，箍筋和抗扭縱筋可采用構造配筋。 最小配筋率：配箍率必須滿足以下最小配箍率要求 抗扭縱筋最小配筋率為yvtsvsvsvffbsA28. 0min,min,min 0.6stltstlyAfTbhVb f（3）簡化計算的條件）簡化計算的條件 1）不進行抗剪計算的條件）不進行抗剪計算的條件：一般構件00.35tVf bh受集中荷載作用（或以集中荷載為主）的矩形截面獨立構件 00.8751t