第7章受扭构件的扭曲截面承载力.docx

第七章受扭构件的截面性能
本章导论
教学内容:以试验研究为基础,基于变角度空间析架计算模型,建立纯扭构件承载力
计算公式和适用条件。构件受扭、受弯与受剪承载力之间的相互影响过于复杂,为简化计
算,弯剪扭构件对混凝土提供的杭力考虑其相关性,钢筋提供的杭力采用叠加的方法。
教学要求:要求学生掌握矩形截面受扭构件的破坏形态、变角度空间析架计算模型、受扭承载力的计算方法、限制条件及配筋构造。掌握弯剪扭构件的配筋计算方法及构造要求。
重点和难点:受扭构件破坏形态和承载力计算
关键词:纯扭、弯剪扭
知识点2:受扭构件的破坏形态和纯扭构件的承载力计算
问题引入
近几十年来,随着材料强度的提高和建筑艺术的发展,构件尺寸愈来愈小,结构跨度不断扩大,异型构件不断出现,都使扭转作用突出起来。那么受扭构件的受力机理是什么样的?
破坏形态与受弯受压构件有何异同?如何计算承载力?
研****问题
受扭构件的破坏形态
纯扭构件很少,大部分为弯、剪、扭共同工作。
受扭构件根据扭矩产生的情况分为:(a) 平衡扭转; (b) 协调扭转。
平衡扭转:
由平衡条件引起的扭转,其扭矩可通过平衡条件计算,与构件的刚度无关,扭矩在梁内不会产生内力重分布。如厂房中受吊车横向刹车力作用的吊车梁、雨蓬梁、曲梁和螺旋楼梯都属于这一类扭矩作用的构件。
协调扭转:
在超静定结构中,由于相邻构件的弯曲转动受到支承梁的约束,在支承梁内引起的扭转,其扭矩要通过平衡条件和变形协调条件才能计算,与构件的刚度有关,扭矩会由于支承梁的开裂产生内力重分布而减小。如现浇框架结构中的边主梁,当次梁在荷载作用下受弯变形时,边主梁对次梁梁端的转动产生约束作用,根据变形协调条件,可以确定次梁梁端由于主梁的弹性约束作用而引起的负弯矩,该负弯矩即为主梁所承受的扭矩作用。
(1)裂缝出现前的性能
开裂前钢筋中的应力很小,受力性能与素混凝土构件基本相同。
当外扭矩较小时,受力情况类似于弹性体,大体上符合圣维南弹性扭转理论。随扭距增大,首先在长边中点达到;由于混凝土的塑性性能,构件并未开裂。
纯扭构件的承载力计算
随扭矩增大,塑性应力重分布,逐渐充分。最后,在构件长边首先出现与构件纵轴呈45°斜裂缝,并很快向两窄面发展,最后形成三面开裂一面受压的空间扭曲破坏面,素混凝土构件表现出明显的脆性。
(2)裂缝出现后的性能
裂缝出现后,部分混凝土退出工作,钢筋应力明显增大,与裂缝相交的纵筋和箍筋均受拉。根据钢筋用量的不同,可能出现四种破坏形态:
■当箍筋与纵筋适当时,发生适筋受扭破坏;纵筋,箍筋先屈服,后混凝土被压碎;
■当箍筋与纵筋配置过少,或箍筋间距过大,其破坏与素混凝土构件破坏相似,呈脆性破坏,称为少筋受扭破坏(限制最小配筋率和最大箍筋间距)。
■当两种钢筋均过量时,混凝土首先被压碎,钢筋不屈服,为脆性破坏,称为超筋受扭破坏(限制最大配筋率或最小截面尺寸)。
■当纵筋和箍筋中一种配置合适,另一种配置过多而不能屈服,称为部分超筋受扭破坏,有一定塑性,但较适筋受扭破坏小。
二、纯扭构件的扭曲截面承载力

混凝土开裂前,钢筋应力很小,可忽略其作用。因此可近似按素混凝土构件计算。
(1)按弹性理论计算
视混凝土为弹性材料,最大扭剪应力发生在截面长边中点边缘处,当最大扭剪应力t产生的主拉应力达到混凝土的抗拉强度 ft 时混凝土开裂,此时
开裂扭矩为: ,式中为与有关的系数。
(2)按塑性理论计算
视混凝土为理想塑性材料,破坏时全截面上的扭剪应力均达到最大值,当其产生的主拉应力达到混凝土的抗拉强度 ft时混凝土开裂,开裂扭矩为:
式中,为受扭构件截面受扭塑性抵抗矩,
实际上,混凝土即非弹性材料又非理想塑性材料,故梁的实际抗扭承载力介于两者之间。《规范》,即:

钢筋混凝土受扭构件扭曲截面受扭承载力的计算,主要有以变角度空间桁架模型和以斜弯理论为基础的两种计算方法。《规范》采用的是前者。
变角度空间桁架模型的基本假定:
(1)混凝土只承受压力,具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆,其倾角为;
(2)纵筋和箍筋只承受拉力,分别为桁架的弦杆和腹杆;
(3)忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的销栓作用。
《规范》的配筋计算方法
考虑混凝土和钢筋的共同贡献,经回归分析得出 hw/b≤6 的矩形,hw/tw≤6 的箱形截面和T形、I形截面的受扭构件扭曲截面承载力的实用计算公式:
(1) h w/b≤6 的矩形截面纯扭构件
规范规定:ζ值取值范围为 ≤ζ≤。当ζ>,。一般ζ取1.