受扭构件扭曲截面的承载力.docx

第八章受扭构件扭曲截面的承载力
授课学时：6学时
学习目的和要求
1.了解平衡扭转和协调扭转的概念。
2.纯扭构件裂缝出现前后的受力性能、破坏形态、截面限制条件及构造配筋界限的意义。
3．深入理解剪扭相关性及剪扭构件的承载力计算方法；掌握弯剪扭（矩形、Ｔ形和工字形）构件按《规范》的配筋计算方法和构造要求。
本章重点及难点
本章的重点是：①钢筋混凝土纯扭构件的特点；②矩形、T形、I形截面纯扭构件的受扭承载力计算；③矩形、Ｔ形和工字形截面弯剪扭构件按《规范》的配筋计算。难点是剪扭的相关性。
8.1概述

8.1.1受扭构件在工程中的应用

扭转是构件的基本受力形式之一，在钢筋混凝土结构中经常遇到。工程结构中，处于纯扭矩作用的情况是很少的，绝大多数都是处于弯矩、剪力和扭矩或压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下的复合受扭情况。例如雨蓬梁、吊车梁、现浇框架的边梁、螺旋楼梯、框架结构角柱及有吊车厂房柱等，都属弯、剪、扭或压、弯、剪、扭的复合受扭构件。

8.1.2结构的扭转类型

试验研究表明，根据扭矩形成的原因，结构的扭转可以分为以下两种类型。
第一种平衡扭转（EquilibriumTorsion）
第二种协调扭转（CompatibilityTorsion）
本章主要内容是针对平衡扭转问题的，有关协调扭转的计算方法可查《混凝土结构设计规范》。
为便于分析，首先介绍纯扭构件的承载力计算，然后再介绍弯、剪、扭共同作用下构件的承载力计算。
图8.1平衡扭转与协调扭转实例
(a)雨蓬(b)边梁(c)吊车梁
P
边梁
楼面梁
柱

T
M
(b)

雨蓬
雨蓬梁
(a)
T
P
H
P
H
(c)

8.2纯扭构件的试验研究
8．2．1裂缝出现前的性能

配有纵筋和箍筋的钢筋混凝土构件受扭矩作用时，在斜裂缝出现前，纵筋和箍筋的应力都很小。随着扭矩的增大，构件的扭转角变形呈线性增加，受力性能与素混凝土构件几乎没有什么差别，大体上符合圣维南弹性扭转理论，扭转刚度与按弹性理论的计算值十分接近。当扭矩增至接近开裂扭矩Tcr时,扭矩－扭转角曲线偏离了原直线(如图8.5所示)。
8.2.2裂缝出现后的性能
裂缝出现后，由于钢筋的存在，这时构件并不立即破坏，而是随着外扭矩的增加，构件表面逐渐形成大体连续、近于45o方向呈螺旋式向前发展的斜裂缝，如图8．2(a)所示，而且裂缝之间的距离从总体来看是比较均匀的。此时，带有裂缝的混凝土和钢筋共同组成新的受力体系，混凝土受压，与斜裂缝相交的箍筋和抗扭纵筋均受拉。此后，在扭矩作用下，混凝土和钢筋的应力不断增长，直至构件破坏，如图8．2（b）所示。
扭矩在构件中引起的主拉应力迹线与构件的轴线成45o角,从这一点看，合理的抗扭配筋似乎应该是沿与构件的轴线成45o角方向布置的螺旋状箍筋。但由于螺旋箍筋在受力上只能适应一个方向的扭转，而在实际工程中扭矩沿构件全长不改变方向的情况是少有的，且当扭矩改变方向后，螺旋箍筋也必须相应的改变方向，这种配筋方式不便施工而且构造困难。所以，在实际工程中，一般是采用由靠近构件表面设置的横向箍筋和沿构件周边均匀对称布置的纵向钢筋共同组成的空间骨架来抵抗扭矩，如图8.2（c）所示。它恰好与构件中抗弯钢筋和抗剪钢筋的配置方式相协调。
(a)
(c)
(b)
图8.2纯扭构件的适筋破坏

钢筋混凝土纯扭构件的试验表明，配筋对提高构件开裂扭矩的作用不大，但配筋的数量及形式对构件的极限扭矩有很大的影响。根据国内外大量的钢筋混凝土纯扭构件的试验结果，可将这类构件的破坏类型大致分为少筋破坏、适筋破坏、部分超筋破坏、超筋破坏四种类型：
1.少筋破坏
当构件中的抗扭纵筋和箍筋配置均过少，破坏形态如图8.3(a)所示。在荷载作用下，裂缝首先出现在截面长边中点处，并迅速沿45o方向向邻近两个短边的面上发展，在第四个面上出现裂缝后(压区很小)构件突然破坏，破坏面为一空间扭曲面。破坏时，纵筋和箍筋不仅达到屈服强度而且可能进入强化阶段，甚至被拉断，构件截面的扭转角较小(见图8.4曲线1)。破坏前没有任何预兆，属于脆性破坏。其破坏特性类似于受弯构件中的少筋梁，称为少筋受扭构件。构件受扭极限承载力取决于混凝土抗拉强度及构件的截面尺寸，在工程中应予避免。
2.适筋破坏
当构件中的抗扭纵筋和箍筋配置适当时，破坏形态如图8.3(b)所示。破坏是在由多条螺旋裂缝中的一条主裂缝(临界裂缝)造成的空间扭曲面上发生的。裂缝最初的发生如同图8.3a，但由于抗扭钢筋用量适当，在出现第一条裂缝后抗扭钢筋就发挥作用，使构件在破坏前形成多条裂缝，当通过主裂缝处的抗扭纵筋和抗扭箍筋达到屈服强度后，构件即在该主裂缝的第四个面上的受压区混凝土被压碎时破坏。破坏时，扭转角较大，故属于延性破坏。其破坏与受弯构件适筋梁类似，称为适