受扭構件的扭曲截面承載力

第7章受受扭扭構構件件的的扭扭曲曲截截面面承承載載力力教學學要要求求：：1理理解解按按變變角角度度空空間間桁桁架架模模型型計計算算受受扭扭構構件件扭扭曲曲截截面面承承載載力力的的基基本本思思路路；；2會會做做彎彎剪剪扭扭構構件件的的配配筋筋計計算算；；3領會會受扭扭構件件的構構造要要求。。7.1概述圖7-1平衡扭扭轉與與協(xié)調調扭轉轉圖例例(a)吊車梁梁；(b)邊梁7.2純扭構構件的的試驗驗研究究7.2.1裂縫出出現(xiàn)前前的性性能裂縫出出現(xiàn)前前，鋼鋼筋混混凝土土純扭扭構件件的受受力性性能，，大體體上符符合圣圣維南南彈性性扭轉轉理論論。圖7-2開裂前前的性性能7.2.2裂縫出出現(xiàn)后后的性性能圖7-3扭矩—扭轉角角曲線線圖7-4鋼筋混混凝土土受扭扭試件件的螺螺旋形形裂縫縫展開開圖注：圖圖中所所注數(shù)數(shù)字是是該裂裂縫出出現(xiàn)時時的扭扭矩值值(kN·m)，未注注數(shù)字字的裂裂縫是是破壞壞時出出現(xiàn)的的裂縫縫。圖7-5純扭構構件縱縱筋和和箍筋筋的扭扭矩-鋼筋拉拉應變變曲線線7.2.3破壞形形態(tài)受扭構構件的的破壞壞形態(tài)態(tài)與受受扭縱縱筋和和受扭扭箍筋筋配筋筋率的的大小小有關關，可可分為為適筋破破壞、、部分分超筋筋破壞壞、超超筋破破壞和和少筋筋破壞壞四類。。對于正正常配配筋條條件下下的鋼鋼筋混混凝土土構件件，在在扭矩矩作用用下，，縱筋筋和箍箍筋先先到達達屈服服強度度，然然后混混凝土土被壓壓碎而而破壞壞。這這種破破壞與與受彎彎構件件適筋筋梁類類似，，屬延延性破破壞類類型。。此類類受扭扭構件件稱為為適筋受受扭構構件。若縱筋筋和箍箍筋不不匹配配，兩兩者配配筋比比率相相差較較大，，例如如縱筋筋的配配筋率率比箍箍筋的的配筋筋率小小得多多，則則破壞壞時僅僅縱筋筋屈服服，而而箍筋筋不屈屈服；；反之之，則則箍筋筋屈服服，縱縱筋不不屈服服，此此類構構件稱稱為部分超超筋受受扭構構件。部分超超筋受受扭構構件破破壞時時，亦亦具有有一定定的延延性，，但較較適筋筋受扭扭構件件破壞壞時的的截面面延性性小。。當縱筋筋和箍箍筋配配筋率率都過過高，，致使使縱筋筋和箍箍筋都都沒有有達到到屈服服強度度，而而混凝凝土先先行壓壓壞，，這種種破壞壞和受受彎構構件超超筋梁梁類似似，屬屬脆性性破壞壞類型型。這這種受受扭構構件稱稱為超筋受受扭構構件。若縱筋筋和箍箍筋配配置均均過少少，一一旦裂裂縫出出現(xiàn)，，構件件會立立即發(fā)發(fā)生破破壞。。此時時，縱縱筋和和箍筋筋不僅僅達到到屈服服強度度而且且可能能進入入強化化階段段，其其破壞壞特性性類似似于受受彎構構件中中的少少筋梁梁，稱稱為少筋受受扭構構件，屬脆脆性破破壞類類型。。在設設計中中應避避免少少筋和和超筋筋受扭扭構件件。7.3純扭構件的的扭曲截面面承載力7.3.1開裂扭矩圖7-6矩形截面受受扭構件圖7-7扭剪應力分分布根據(jù)塑性力力學理論，，可把截面面上的扭剪剪應力劃分分成四個部部分，如圖圖7-7(c)。若混凝土為為理想彈塑塑性材料若混凝土為為彈性材料料，則當最最大扭剪應應力或最大大主拉應力力達到混凝凝土抗拉強強度ft時，構件開開裂，從而而開裂扭矩矩《混凝土結構構設計規(guī)范范》取混凝土抗抗拉強度降降低系數(shù)為為0.7，故開裂扭扭矩設計值值的計算公公式為7.3.2按變角度空空間桁架模模型的扭曲曲截面受扭扭承載力計計算圖7-8變角度空間間桁架模型型變角度空間間桁架模型型的基本思思路是，在在裂縫充分分發(fā)展且鋼鋼筋應力接接近屈服強強度時，截截面核心混混凝土退出出工作，從從而實心截截面的鋼筋筋混凝土受受扭構件可可以用一個個空心的箱箱形截面構構件來代替替，它由螺螺旋形裂縫縫的混凝土土外殼、縱縱筋和箍筋筋三者共同同組成變角角度空間桁桁架以抵抗抗扭矩。變角度空間間桁架模型型的基本假假定有：(1)混凝土只承承受壓力，，具有螺旋旋形裂縫的的混凝土外外殼組成桁桁架的斜壓壓桿，其傾傾角為α；(2)縱筋和箍筋筋只承受拉拉力，分別別為桁架的的弦桿和腹腹桿；(3)忽略核心混混凝土的受受扭作用及及鋼筋的銷銷栓作用。。7.3.3按《混凝土結構構設計規(guī)范范》的純扭構件件受扭承載載力計算方方法圖7-9受扭構件截截面(a)矩形截面(h≥b)；(b)T形、I形截面；(c)箱形截面（（tw≤t’）1—彎矩、剪力力作用平面面(1)矩形截面鋼鋼筋混凝土土純扭構件件受扭承載載力計算公公式矩形截截面純扭構構件的受扭扭承載力按按下式計算算：對于在軸向向壓力和扭扭矩共同作作用下的矩矩形截面鋼鋼筋混凝土土構件，其其受扭承載載力應按下下列公式計計算：圖7-10計算公式與與實驗值的的比較(2)箱形截面鋼鋼筋混凝土土純扭構件件的受扭承承載力計算算公式實驗和理論論研究表明明，當截面面寬度和高高度、混凝凝土強度及及配筋完全全相同時，，一定壁厚厚箱形截面面構件的受受扭承載力力與實心截截面構件是是相同的。。(3)T形和I形截面鋼筋筋混凝土純純扭構件的的受扭承載載力計算公公式圖7-11T形和I形截面的矩矩形劃分方方法1)腹板2)受壓翼緣3)受拉翼緣計算受扭塑塑性抵抗矩矩時取用的的翼緣寬度度尚應符合合7.4彎剪扭構件件的扭曲截截面承載力力7.4.1破壞形態(tài)圖7-12彎剪扭構件件的破壞形形態(tài)（a）彎型破壞壞；(b)扭型破壞；；(c)剪扭型破壞壞7.4.2按《混凝土結構構設計規(guī)范范》的配筋計算算方法1對于剪力和和扭矩共同同作用下的的矩形截面面一般剪扭扭構件（1）剪扭構件件的受剪承承載力（2）剪扭構件件的受扭承承載力對集中荷載載作用下的的獨立剪扭扭構件，其其受剪承載載力計算式式應改為：：2箱形截面鋼鋼筋混凝土土一般剪扭扭構件（1）剪扭構構件的受剪剪承載力（2）剪扭構構件的受扭扭承載力集中荷載作作用下獨立立的箱形截截面剪扭構構件，其受受剪承載力力計算公式式受扭承載力力3T形和I形截面剪扭扭構件的承承載力（1）剪扭構件件的受剪承承載力，按按公式（7-34）與式（7-36）或按式（（7-37）與式（7-38）進行計算算，但計算算時應將T及Wt分別以Tw及Wtw代替，即假假設剪力全全部由腹板板承擔；（2）剪扭構件件的受扭承承載力，可可按純扭構構件的計算算方法，將將截面劃分分為幾個矩矩形截面分分別進行計計算；腹板板為剪扭構構件，可按按公式（7-35）以及式（（7-36）或式（7-38）進行計算算，但計算算時應將T及Wt分別以Tw及Wtw代替；受壓壓翼緣及受受拉翼緣為為純扭構件件可按矩形形截面純扭扭構件的規(guī)規(guī)定進行計計算，但計計算時應將將T及Wt分別以Tf’及Wtf’和Tf及Wtf代替。4剪扭構件混混凝土受扭扭承載力降降低系數(shù)βt的依據(jù)圖7-13剪扭承載力力相關關系系(a)無腹筋構件件；(b)有腹筋構件件混凝土承承載力計算算曲線圖7-14剪扭承載力力相關關系系7.5在軸向力、、彎矩、剪剪力和扭矩矩共同作用用下鋼筋混混凝土矩形形截面框架架柱受扭承承載力計算算1軸向力為壓壓力時(1)受剪承載力力(2)受扭承載力力2軸向壓力為為拉力時(1)受剪承載力力(2)受扭承載力力7.6協(xié)調扭轉的的鋼筋混凝凝土構件扭扭曲截面承承載力協(xié)調扭轉的的鋼筋混凝凝土構件開開裂以后，，受扭剛度度降低，由由于內力重重分布將導導致作用于于構件上的的扭矩減小小。一般情情況下，為為簡化計算算，可取扭扭轉剛度為為零，即忽忽略扭矩的的作用，但但應按構造造要求配置置受扭縱向向鋼筋和箍箍筋，以保保證構件有有足夠的延延性和滿足足正常使用用時裂縫寬寬度的要求求，此即一一些國外規(guī)規(guī)范采用的的零剛度設設計法。我我國《混凝土結結構設計計規(guī)范》沒有采用用上述簡簡化計算算法，而而是規(guī)定定宜考慮慮內力重重分布的的影響，，將扭矩矩設計值值T降低，按按彎剪扭扭構件進進行承載載力計算算。7.7受扭構件件的構造造要求1受扭縱向向鋼筋的的構造要要求(1)為了防止止發(fā)生少少筋破壞壞，梁內內受扭縱縱向鋼筋筋的配筋筋率ρtl應不小于于其最小小配筋率率ρstl,min，即(2)受扭縱向向受力鋼鋼筋的間間距不應應大于200mm和梁的截截面寬度度。(3)在截面四四角必須須設置受受扭縱向向受力鋼鋼筋，并并沿截面面周邊均均勻對稱稱布置；；當支座座邊作用用有較大大扭矩時時，受扭扭縱向鋼鋼筋應按按充分受受拉錨固固在支座座內。(4)在彎剪扭扭構件中中，配置置在截面面彎曲受受拉邊的的縱向受受力鋼筋筋，其截截面面積積不應小小于按受受彎構件件受拉鋼鋼筋最小小配筋率率計算的的截面面面積與按按受扭縱縱向鋼筋筋最小配配筋率計計算并分分配到彎彎曲受拉拉邊的鋼鋼筋截面面面積之之和。2受扭箍筋筋的構造造要求(1)為了防止止發(fā)生少少筋破壞壞，彎剪剪扭構件件中，箍箍筋的配配筋率ρsv不應小于于0.28ftfyv，即(2)受扭所需需的箍筋筋應做成成封閉式式，且應應沿截面面周邊布布置。當當采用復復合箍時時，位于于截面內內部的箍箍筋不應應計入受受扭所需需的截面面面積。。(3)受扭所需需箍筋的的末端應應做成135°°彎鉤，彎彎鉤平直直段長度度不應小小于10d，d為箍筋直直徑。為了使彎彎剪扭構構件不發(fā)發(fā)生在鋼鋼筋屈服服前混凝凝土先壓壓碎的超超筋破壞壞，《混凝土結結構設計計規(guī)范》規(guī)定，在在彎矩、、剪力和和扭矩