受扭构件截面抵抗矩计算

第八章 受扭构件截面承载力计算,8.1 重点与难点,8.1.1纯扭构件,（1）试验研究分析,1）无筋矩形截面,在纯扭矩作用下，无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与均质弹性材料类似的性质，截面长边中点剪应力最大，在截面四角点处剪应力为零。当截面长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就会开裂。随着扭矩的增加，裂缝与构件纵轴线成,45,0,角向相邻两个面延伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂，破坏突然，属于脆性破坏，抗扭承载力很低。,当扭矩很小时，混凝土未开裂，钢筋拉应力也很低，构件受力性能类似于无筋混凝土截面。随着扭矩的增大，在某薄弱截面的长边中点首先出现斜裂缝，此时扭矩稍大于开裂扭矩,T,cr,。,斜裂缝出现后，混凝土卸载，裂缝处的主拉应力主要由钢筋承担，因而钢筋应力突然增大。当构件配筋适中时，荷载可继续增加，随之在构件表面形成连续或不连续的与纵轴线成约,35,55,的螺旋形裂缝。扭矩达到一定值时，某一条螺旋形裂缝形成主裂缝，与之相交的纵筋和箍筋达到屈服强度，截面三边受拉，一边受压，最后混凝土被压碎而破坏。破裂面为一空间曲面。,2）钢筋混凝土矩形截面,（2）截面破坏的几种形态,1）少筋破坏,当纵筋和箍筋中只要有一种配置不足时便会出现此种破坏。斜裂缝一旦出现，其中配置不,足的钢筋便会因混凝土卸载很快屈服，使构件突然破坏。破坏属于脆性破坏，类似于粱正截面承载能力时的少筋破坏。设计中通过规定抗扭纵筋和箍筋的最小配筋率来防止少筋破坏；,2）适筋破坏,如前所述，当构件纵筋和箍筋都配置适中时出现此种破坏。从斜裂缝出现到构件破坏要经历较长的阶段，有较明显的破坏预兆，因而破坏具有一定的延性。,3）部分超筋破坏,当纵筋或箍筋其中之一配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎，配置过多的钢筋达不到屈服，破坏过程有一定的延性，但较适筋破坏的延性差。,4）超筋破坏,当纵筋和箍筋都配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎，而纵筋和箍筋都不屈服，破坏突然，因，而延性差，类似于梁正截面设计时的超筋破坏。设计中通过规定最大配筋率或限制截面最小尺寸来避免。,（3,）矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩,矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩,T,cr,按下式计算,式中 0.7考虑到混凝土非完全塑性材料的强度降低 系数；,f,t,混凝土抗拉强度设计值；,W,t,截面抗扭抵抗矩，按下式计算,混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介于两者之间的弹塑性材料。,（4,）纯扭构件抗扭承载力计算,1）矩形截面,根据变角度空间模型或扭曲破坏面极限平衡理论，矩形截面纯扭构件抗扭承载力计算公式如下,式中,f,yv,抗扭箍筋抗拉强度设计值；,A,st,1,抗扭箍筋的单肢截面面积，,s,抗扭箍筋的间距；,A,cor,截面核芯部分面积，即由箍筋内表面所围成的截面面积；,b,cor,，,h,cor,分别为核芯部分短边及长边尺寸；,纵向钢筋与箍筋的配筋强度之比；,f,y,纵向钢筋抗拉强度设计值；,根据试验，当,0.5,2.0,时，破坏时纵筋和箍筋都能达到屈服。但为了稳妥起见，规范规定,0.6,1.7,。,当,=0.2,左右时，效果最佳。因此设计时通常取,=1.2,1.3,。,A,st,1,对称布置的全部纵向钢筋截面面积；,U,cor,截面核芯部分周长。,2）,T,形或工字形截面,对于,T,形或工字形截面构件，规范将其划分为若干个矩形截面，然后按矩形截面分别进行配筋计算。矩形截面划分的原则是首先保证腹板截面的完整性，然后再划分受压和受拉翼缘，如图所示。划分的矩形截面所承担的扭矩，按其受扭抵抗矩与截面总受扭抵抗矩的比值进行分配。,对腹板、受压和受拉翼缘部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩,W,tw,、,W,tf,和,W,tf,分别按下列公式计算,截面总的受扭塑性抵抗矩为,有效翼缘宽度应满足,b,f,b,+6,h,f,及,b,f,b,+6,h,f,的条件，且,h,w,/,b,6,。,8.1.2 矩形截面复合受扭构件,（1） 试验研究分析及主要结论,在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，钢筋混凝土构件的受力状态极为复杂，构件破坏特征及其承载力与所作用的外部荷载条件和内在因素有关。其中,外部荷载条件,，通常以扭弯比,（,=,T,/,M,）,和扭剪比,（,=,T/,（,Vb,）,表示；所谓,内在条件,系指构件的截面形状、尺寸、配筋及材料强度等。根据外部条件和内部条件的不同，构件可能出现以下几种破坏形态。,1）弯型破坏,在配筋适当的条件下，扭弯比较小时，裂缝首先在构件弯曲受拉的底面出现，然后向两侧面发展，破坏时底面和两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的纵筋及箍筋都达到受拉屈服强度，最后使处于弯曲受压的顶面压碎而破坏。,2）扭型破坏,当扭弯比和扭剪比都比较大且构件顶部纵筋少于底部纵筋时，尽管弯矩作用使顶部纵筋受压，但由于顶部纵筋少于底部纵筋，在构件顶部由扭矩产生的拉应力超过弯矩所产生的压应力，使顶部首先开裂，裂缝向两侧延伸，破坏时顶部及两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的钢筋达到其抗拉屈服强度，最后使构件底面受压而破坏。,3）剪扭型破坏,当剪力和扭矩都较大时，由于剪力与扭矩所产生的剪应力的相互迭加，首先在其中一个侧面出现裂缝，然后向顶面和底面扩展，使该侧面、顶面和底面形成扭曲破坏面，与之相交的纵筋与箍筋都达到其抗拉屈服强度，最后使另一侧面被压碎而破坏。,式中,t,剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数,0.5,t,1.0,。,.,一般复合受扭构件,在用以上各式进行计算时，当,t,1.0,时，不考剪力对混凝土受扭承载力的影响，即取,t,=1.0,。,由此可知混凝土抗剪与抗扭相关曲线由三条直线所组成。,受扭承载力公式仍采用式,（2）截面尺寸限制及最小配筋率,1）截面尺寸限制条件,为了避免超筋破坏，构件截面尺寸应满足下式要求,2）构造配筋问题,构造配筋的界限：当满足下式要求时，箍筋和抗扭纵筋可采用构造配筋。,最小配筋率：配箍率必须满足以下最小配箍率要求,抗扭纵筋最小配筋率为,（3）简化计算的条件,1）不进行抗剪计算的条件,：,一般构件,受集中荷载作用,（,或以集中荷载为主,）,的矩形截面独立构件,2）,不进行抗扭计算的条件：,验算截面尺寸；,验算构造配筋条件；, 确定计算方法，即是否可简化计算；, 根据,M,值计算受弯纵筋；, 根据,V,和,T,计算箍筋和抗扭纵筋；,验算最小配筋率并使各种配筋符合规范构造要求。,（4）截面设计的主要步骤,