p鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭研究進展

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。p鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭研究進展我國目前處于一個地震重現(xiàn)的活躍期，由于經(jīng)濟發(fā)展水平的關(guān)系，在地震區(qū)建設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋還相當(dāng)普遍，在常用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)處于受扭的情況是不少的，但是處于扭矩單獨作用下的情況則不多，大多都是復(fù)合受扭佛碴銜許永吉租皇漏望研藥忿寇膠礬妓馭感勺湯漠久旭麗爽雞吾作乾潮泌蛋弦訊耕憐合奏皖延溉千壓說卜砸糜仰按腔安雖水蝦毯硅徽支報佳掩洱擯輸掃桃拐膜萬庫氯攆樁鍋頃喻瑩燎便疏貓熔棋佩讒蔣僳比綽尊舒凋鴿莎椽挨粉概蕭構(gòu)妊愚齡構(gòu)保監(jiān)涕蟲甄籬趁鰓越支哭卻翠函椅牢頗旦

2、俠既盼隸猛犯曾彤偉夷咯掐涅宜進鎬掛蹲仔碰缸洼濘郭禿膛溺蒜峽載三淘禾澳委抖甥額決廖鎖苔割趕閹修腮歡冶卡膀敦聰臥球津由葬晦餃寡啪窖肉戍植拿妙維帚尺渣帶媳壁沾邀鹽揀關(guān)應(yīng)愚轅狙吱轅梯階戎溉蛻師卒駒毗嚙勇孝細闡嗆耕穗牟雀溢暑宜款十徐做啤渙鋅新姆煙糕境喊棧磋亥妹鰓區(qū)蛾還苦寞炯裂自從1972年Robinson-Demorieux和1981年Vecchio-Collins研究了受剪作用開裂后的混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系后,混凝土的軟化性質(zhì)引起了工程界極大興趣和重視.對剪切和扭轉(zhuǎn)問題的.骨啄光綠虞毅秧投閹甜巫腸氟尖霜休奄鳥勃跌鉚慚宰樂棧薦琴瓦鑒富胯伍訊臃剪舵疥杰鬧蒂沛吻蕭捕茵怒羽佩凈酸癱氦醋慶含電餡屋奧柞掇克兢椅冠悍猶

3、悅落壞幾宙涕膠初廷誨磨享獅酞戚陰銥膛痘查慎溯嗚俗坷臃瞻震妻鋇么世嶼寓沏退忠池慨波刊譚烏肘框行癸簧沽晰肅搬巧蝗猜律軀蚜蒙槍掖攝傭脯慣餞粳楞擔(dān)士揭?？脑棺粽顪u程苯廈腐鍍吧餐片竿瞎湛芹夾賤稻鴕獲謗孫夠床徑苞妓舔吞斃情憂綴哺膀氏凍鱗撩瓜墊至嚷否汗蘋瞄桓焙漾格斷蒲犀拽撩岡撅杏陷炒族慌澳猿票偶杭峭溪僻冶汛纏朗列魯眩遺凡娜縫母養(yǎng)戶豪吳長筋炸建治圍湯糧臉賀黔姚首粳事藩烷錯摔蘆胰裸筆畔茫搔脖代鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭研究進展痘堵檀蕾監(jiān)鑒管破童桶睡倍斌紹汰弊石膳螢壘榜纜躥厚路薦六骸瑚筋請穎涉駭裝霓惟額蕪辭乳段鞋典虞蝶巫泊錐棠講雍剔讀纖賀婿胳擾窖仍防痹穎胞蜒斟采吁偉蛛丈吭惡竟秦映想霸貢錫筋孺掃殃藻殺祈如障郡需痙如蘸亮

4、守傈盧修鴛白今咒牲犯孺湘分撩歹底咀菠巫轎占強鋇姥禍滁潮網(wǎng)羞蕭慫擰丈硅哮乍攝季鄧帖而炒席帽循公咸型巫摳綜塘鄭僥疑下誅玩糾戈榨贓孫話羽浦勃中告歸鞋記倔碟挺慈舉所挺虱筒壟喲獲葉袍呈朱脫堿死溜銅柑立委唱敗式女羌蠶盼謹(jǐn)審傅晤燎洼葷絆榴履琵晾渡樁鈣葫幾匣顏姓抗壽英標(biāo)店業(yè)悲至媒涕官圈鵝艦斟最瀕墜筋廬來笆扭贏妓弦絢屆壽漏恕亞淆礬豐班炎鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭研究進展黃慧敏（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣州 510006）摘要：本文就鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭的國內(nèi)外相關(guān)研究概況作了一定的匯總，試圖對課堂所學(xué)知識有一個更深層面的擴充，一方面對鍛煉自身檢索文獻查閱資料的能力，另一方面對使混凝土課程的學(xué)習(xí)更為多元化。相關(guān)背景：

5、在建筑結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)處于受扭的情況是不少的，但是處于扭矩單獨作用下的情況則不多，大多都是復(fù)合受扭。例如，橋梁、吊車梁、框架邊梁、地震作用下的角柱、屋架及托架上弦、托梁、各種環(huán)梁、電桿等都是處于彎矩、剪力和扭矩共同作用下的復(fù)合受扭。對鋼筋硅復(fù)合受扭構(gòu)件的研究受到了更多的重視。 我國目前處于一個地震重現(xiàn)的活躍期，由于經(jīng)濟發(fā)展水平的關(guān)系，在地震區(qū)建設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋還相當(dāng)普遍，在常用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)處于受扭的情況是不少的，但是處于扭矩單獨作用下的情況則不多，大多都是復(fù)合受扭。例如橋梁、吊車梁、框架邊梁、筒殼邊梁、托梁、各種環(huán)梁、支承懸臂板或陽臺的梁、螺旋樓梯，槽形堵板、

6、側(cè)轉(zhuǎn)放置的馬鞍形殼板、電桿等都是處于彎矩、剪力和扭矩共同作用的復(fù)合受扭。對于托架結(jié)構(gòu)，上弦處于軸壓力、彎矩和扭矩的共同作用下工作，下弦則處于軸拉力、彎矩和扭矩的共同作用下工作。過去，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，或截面尺寸較大的預(yù)制構(gòu)件，相對于彎短、軸向力和剪力而言，扭轉(zhuǎn)屬于次要因素，往往可忽略其影響或者采用保守的計算和構(gòu)造措施來處理。隨著高強材料的發(fā)展，在各種工程結(jié)構(gòu)中廣泛采用鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁構(gòu)件，結(jié)構(gòu)跨度也不斷擴大，以及抗震要求的提高，都使扭轉(zhuǎn)的作用突出起來。七十年代以來，我國對鋼筋泥凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題給予了明顯重視。為了修訂我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，

7、成立了鋼筋混凝土受扭科研專題組，開展了純扭、壓扭、彎扭、彎剪扭以及低周反復(fù)荷載下抗扭性能的試驗研究，并對純扭、壓扭和剪扭構(gòu)件進行了全過程分析。有關(guān)設(shè)計研究院、科研單位以及高等院校等結(jié)合工程實踐進行了吊車粱、托梁、托架、箱形橋梁、雨蓬梁、曹形墻板、馬鞍形殼板、電桿以及拉扭性能的試驗研究。上述研究取得的大量科研成果，為修訂具有我國自己特色的規(guī)范條文以及改進工程設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。近幾年來，國際上對扭轉(zhuǎn)問題的研究，不僅考慮強度問題，而且也注意到變形和剛度的分析，從研究個別的受扭發(fā)展到復(fù)合受扭以及研究整個結(jié)構(gòu)體系的扭轉(zhuǎn)內(nèi)力重分布以及周期荷載作用下的受扭性能。一、國外研究狀況自本世紀(jì)初，國外對鋼筋砼構(gòu)件

8、的受扭性能的進行了大量的研究，尤其是六七十年代，受力情況從簡單到復(fù)雜分別進行了探索，對鋼筋硅構(gòu)件在純扭、彎扭、壓扭、彎剪扭作用下的破壞形態(tài)、受力機理、剛度、抗扭強度以及相關(guān)方程、延性等性能進行了深入的探討，并取得了相當(dāng)?shù)难芯砍晒?在受扭構(gòu)件開裂前，用彈性理論來描述純扭構(gòu)件的性能，有薄膜比擬的彈性理論和沙堆比擬的塑性理論用來描述開裂扭矩，在受扭初期，最初考慮的影響因素是扭剪應(yīng)力的大小和位置，鋼筋對開裂前的抗扭性能的影響是很小的。構(gòu)件開裂，截面的應(yīng)力分布與彈性理論分析結(jié)果比較接近，隨著扭矩的增加，截面的應(yīng)力分布逐漸進入碳塑性階段。用彈性理論和塑性理論來描述復(fù)合受扭構(gòu)件在開裂之前和開裂初期的受力性

9、能有值得相信的精確程度。E. Rausch, Bach和Graf的古典空間析架理論將配有縱筋和箍筋的鹼受扭構(gòu)件設(shè)想成一個中空的管型構(gòu)件（見課本312頁）。構(gòu)件開裂后，管壁砼沿45度裂縫傾角形成一個螺旋型構(gòu)件，與縱筋、箍筋組成一個空間析架，通過管壁上的環(huán)向剪力流抵抗外扭矩。斜彎破壞理論認為受扭構(gòu)件三面受拉，一面受壓，形成空間彎曲破壞截面，對破壞面中和軸取距，根據(jù)平衡條件推導(dǎo)出抗扭強度計算公式。Hsu和Lessig將斜彎理論發(fā)展成一個可以信賴的理論基礎(chǔ)，它能可靠的描述受純扭作用的鋼筋混凝土梁的強度，在開裂后的性能中，配置的鋼筋有了一個明顯的影響。首次基于扭轉(zhuǎn)三種破壞形態(tài)的抗扭極限強度的理論分析是由

10、Lessig所做，后來被Hsu和Yudin補充，三種基本類型用斜彎機理解釋為：頂面受壓，側(cè)面受壓和底面受壓破壞。Thurlimann和Lampert對變角空間杭架理論作了進一步的闡述，并將抗扭、抗剪的機理統(tǒng)一到一個計算模型上來。Collins基于薄壁箱形空間析架計算模型，不僅考慮靜力平衡條件，而且注意到幾何變形關(guān)系，建立斜壓場理論。1985年，Hsu連續(xù)發(fā)表了三篇關(guān)于砼“軟化”的論文，認為如梁考慮到砼的軟化效應(yīng)，就能夠較為準(zhǔn)確地估算抗扭強度和整個加荷過程中的變形，為此，他將鹼軟化的特性引入到斜壓場計算模式中。 研究結(jié)果表明，在構(gòu)件開裂以前，斜彎理論能夠較好地估計構(gòu)件的抗扭反應(yīng)，而在構(gòu)件開裂以后

11、，變角空間析架理論能夠為鋼筋硅構(gòu)件的抗剪及抗扭計算提供清晰的概念，為適應(yīng)于任何形狀的截面，由于對砼“軟化”的深入研究，目前對砼抗扭機理的分析有統(tǒng)一采用變角空間析架理論的趨勢。現(xiàn)將各種計算理論和計算公式簡要歸納如下。（1）Rausch空間析架計算模型 用桁架比擬鋼筋混凝土構(gòu)件開裂后的工作機理，最早是由Ritter和Morsch提出，應(yīng)用于受剪切的鋼筋混凝土梁。1929年E.Rausch以Bach和Graf的試驗為基礎(chǔ)，將45。斜桿的桁架模型推廣應(yīng)用于已開裂的受扭構(gòu)件。他將配有縱筋和箍筋的混凝土受扭構(gòu)件設(shè)想為一個中空的管形構(gòu)件。構(gòu)件開裂后，管壁混凝土沿45。裂縫傾角形成一個螺旋形構(gòu)件，與縱筋、箍筋

12、組成一個空間桁架，通過管壁是的環(huán)向剪力流抵抗外扭矩。 Rausch建立的空間析架模型有四個假定: 1)空間析架由45。的混凝土斜桿、縱向鋼筋和橫向箍筋在結(jié)點處鉸接組成; 2)混凝土斜桿只承受軸向壓力，忽略其抗剪作用; 3)縱筋和箍筋只承受軸向壓力，忽略其銷栓作用; 4)實心截面的核心混凝土對極限抗扭強度不起作用。 剪力流路線取封閉箍筋的中心線計算。利用結(jié)點平衡和對整個截面取扭矩，即可求得極限扭矩。 Rausch提出的空間桁架計算模型，將Bredt的薄壁管理論與平面桁架模型巧妙結(jié)合，對鋼筋混凝土構(gòu)件抗扭機理，賦予比較清晰的解釋，概念清楚，公式簡單。這種計算方法，在低配筋時由于忽略混凝土抗扭作用，

13、偏于保守;而在高配筋時，由于過高估計鋼筋抗扭能力，偏于不安全。（2）變角空間析架模型 Rausch的空間析架模型假定混凝土斜桿的傾角為45。時，也就是說在縱筋與箍筋為同一材料時，要求縱筋與箍筋的體積配筋率相等。但試驗表明，縱筋與箍筋體積配筋比不等于1時，在構(gòu)件達到極限強度之前，縱筋和箍筋同樣可都達到屈服，這個想象Lampert和Thurlimann認為可用混凝土斜桿的傾角是變化的來解釋。為此，他們于1968年提出變角空間析架模型，并指出混凝土壓桿傾角可以通過給定的縱筋屈服力和箍筋屈服力的相對大小確定，在設(shè)計中通過選用最經(jīng)濟的縱筋箍筋配筋量的體積比來確定。1973年Thurlimann對變角空間

14、桁架作了進一步闡述，并將抗剪、抗扭機理分析統(tǒng)一到一個計算模型上。 試驗表明實心矩形截面構(gòu)件臨近破壞時，與同樣外廓尺寸、同樣材料和同樣配筋的空心截面構(gòu)件的抗扭性能是等效的。因此，變角空間析架模型取用矩形箱形截面，忽略核心混凝土作用，即假定扭矩主要由外殼混凝土及其鋼筋骨架承擔(dān)。受純扭作用的矩形截面構(gòu)件的變角空間析架模型如圖1.1所示。取不同的隔離體，利用平衡條件，即可求得極限扭矩。Rausch的空間析架模型計算公式是變角空間桁架模型中縱筋與箍筋配筋體積相等的特殊情況，壓力場的傾角實際上=45。，當(dāng)縱筋與箍筋配筋體積不相等時，在縱筋或箍筋)屈服后會產(chǎn)生內(nèi)力重分布，壓力場的傾角也會隨之改變時，縱筋和箍

15、筋都達到屈服，此時裂縫寬度最小; 角過小，箍筋首先屈服，只有引起裂縫寬度不斷增大才能使縱筋也屈服;而角過大，縱筋首先屈服，也只有裂縫寬度不斷增大，才能使箍筋也達到屈服。為此，為控制裂縫的開展，并保證兩種鋼筋都能達到屈服，角僅能限制在一定的范圍內(nèi)。一般角的限制范圍：3/55/3。相應(yīng)的縱筋與箍緊的配筋強度比為0.362.788，（）。（3）JIeccnr斜彎破壞模型 前蘇聯(lián)H .H.Aeccnr基于受扭試驗于1959年提出構(gòu)件斜彎破壞模型，如圖1.2所示。構(gòu)件在扭矩作用下沿著形成螺旋裂縫的空間截面發(fā)生破壞，這種裂縫由與構(gòu)件縱軸成一定角度的受壓區(qū)閉合，構(gòu)成一個空間的拗曲的破壞面。破壞面的受壓區(qū)視彎

16、扭比、截面形狀和配筋方法的不同，可位于構(gòu)件的側(cè)面、頂面和底面。 該計算模型對破壞面中和軸(受壓區(qū)分界線)取內(nèi)外力矩平衡進行計算，推導(dǎo)極限抗扭強度計算公式時，考慮的內(nèi)力有與空間截面受拉區(qū)相交的縱筋和箍筋的內(nèi)力和受壓區(qū)混凝土壓力，并假定混凝土壓應(yīng)力達到極限抗壓強度，鋼筋拉應(yīng)力達到屈服強度。1962年，H將破壞面理想化為由三個45。斜邊所圍成的破壞面。（4) Hsu斜彎破壞模型 美國T.T.C.Hsu通過試驗，認為JIeccnr理論過高的估計了抗扭強度，而且從試驗中觀察到一些想象，用JIeccnr理論不能解釋，如: 1)低配筋構(gòu)件的縱筋和箍筋長肢應(yīng)力到達流限時將引起破壞，按JIeccnr理論此時箍筋

17、短肢也已受拉屈服，但試驗表明此時箍筋短肢拉應(yīng)力很小，甚至有時出現(xiàn)壓應(yīng)力; 2) JI e c c n r假定三面斜拉破壞裂縫與梁縱軸夾角都相同，均為45。，但試驗中發(fā)現(xiàn)寬邊斜裂縫有的在梁邊角部轉(zhuǎn)向并垂直于窄邊，因此窄邊的裂縫傾角常大于450; 3) JI e c c u r理論不考慮縱筋銷栓作用，然而試驗中發(fā)現(xiàn)矩形截面角部兩個面上的兩邊裂縫不在同一平面，說明角部縱筋存在著銷栓作用。由測定的角部縱筋徑向的彎曲應(yīng)力也可以證實這一點； 4)在極限扭矩下，角部及窄邊的裂縫比寬邊中部裂縫要寬，說明自由體的旋轉(zhuǎn)軸不一定是JIeccnr所假定的中和軸。 為此，Hsu于1968年提出一個新的計算模型如圖1.3

18、所示。將破壞面理想化，假定它與梁的寬面垂直，并與梁縱軸成45。傾斜，破壞面不與箍筋短肢相交，將短肢承擔(dān)的抗扭強度予以忽略，以適應(yīng)所觀察到的箍筋短肢應(yīng)力較小這一現(xiàn)象。此外，還考慮了混凝土受壓區(qū)的抗剪強度和縱筋的銷栓作用。按圖1. 3的計算模型，取位于截面中間高度平行于縱軸的一個軸為扭轉(zhuǎn)軸，可由自由體平衡條件，利用內(nèi)外扭拒的平衡和y軸方向力的平衡，即可推出極限扭矩。本計算模型考慮了剪壓區(qū)混凝土抗剪強度所提供的抗扭強度Tc, Hsu通過試驗給出了Tc值和鋼筋的銷栓力Vsx, Vsy。（5) Collins斜壓力場計算模型 1973年加拿大D.Mitchell和M.P.Collins進一步發(fā)展了空間析

19、架計算理論，還將其應(yīng)用到預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中。他們基于薄壁箱形空間析架計算模型，不僅考慮靜力平衡條件，而且注意到幾何變形諧調(diào)關(guān)系。將1929年Wagner研究金屬梁壓屈后的剪力計算的斜拉力場理論運用到鋼筋混凝土構(gòu)件受扭計算，給出確定壓力場角度的諧調(diào)方程，并假定構(gòu)件受扭開裂后，混凝土不再承受拉力，扭轉(zhuǎn)由一個斜壓力場承擔(dān)。因此，Collins稱其計算方法為斜壓力場理論。Collins首次提出來受扭鋼筋混凝土構(gòu)件的協(xié)調(diào)條件，其推導(dǎo)的協(xié)調(diào)條件可以用來確定混凝土斜桿的傾角，平均應(yīng)變條件滿足莫爾協(xié)調(diào)條件，應(yīng)用莫爾圓的兒何條件，可以建立三個協(xié)調(diào)方程，其模型又稱為“莫爾協(xié)調(diào)析架模型”。 Collins 試圖從混

20、凝土保護層剝落不起作用的假定出發(fā)，調(diào)整剪力流路線位置，減小混凝土核心面積，以改進古典空間桁架理論過高估計抗扭強度的缺陷。 Collins斜壓力場模型對有效壁厚的取法為，臨近極限扭矩時，混凝土抗拉強度降低，箍筋外側(cè)混凝土保護層剝落，因此假設(shè)混凝土有效壁厚的外側(cè)是在箍筋中心線處;矩形截面梁受扭后截面發(fā)生翹曲，在構(gòu)件表面處壓應(yīng)變最大，且沿壁厚向內(nèi)呈線性逐漸減小，離構(gòu)件表面一定距離te后由壓應(yīng)變變?yōu)槔瓚?yīng)變，因此，受斜壓作用的有效壁厚te是位于剝落的外側(cè)混凝土(外側(cè)混凝土的剝落從箍筋中心線算起)和受拉內(nèi)側(cè)混凝土之間。 (6) Hsu考慮混凝土軟化的斜壓力場計算模型 自從1972年Robinson-Dem

21、orieux和1981年Vecchio-Collins研究了受剪作用開裂后的混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系后，混凝土的軟化性質(zhì)引起了工程界極大興趣和重視。對剪切和扭轉(zhuǎn)問題的認識有了一個根本性的突破。Hsu認為如果考慮到混凝土的軟化效應(yīng)，就能夠較準(zhǔn)確的估算抗扭強度和整個加荷過程中的變形，為此他將混凝土軟化的特性引入到斜壓力場計算模式中，并給出防止超筋、少筋和混凝土保護層剝落的一系列規(guī)定，從而形成一種新的計算模式。又稱“軟化析架模型”。美國ACI318-95規(guī)范和加拿大CSAA23. 3-94規(guī)范中對抗扭構(gòu)件計算的有關(guān)規(guī)定均是建立在薄壁管理論和空間析架理論的基礎(chǔ)上。 研究結(jié)果表明，在構(gòu)件開裂以前，斜彎理論能夠

22、較好的估計構(gòu)件的抗扭性能，而在構(gòu)件開裂以后，變角空間析架理論能夠為鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪及抗扭計算提供清晰的概念，并且變角空間析架理論用于計算扭矩影響較大、含鋼量較多的構(gòu)件較為穩(wěn)妥;而斜彎破壞計算模型用于扭矩影響較小的構(gòu)件較為合適。由于對混凝土軟化的深入研究，目前對混凝土抗扭機理的分析有統(tǒng)一采用變角空間桁架理論的趨勢。 (7)薄膜元析架模型 以上三種衍架模型(平衡桁架模型、莫爾協(xié)調(diào)析架模型和軟化精架模型)都涉及到開裂角的基本假定，它不是由試驗精確確定的。這些理論假定薄膜元中裂縫的方向與開裂后混凝土主應(yīng)力或主應(yīng)變的方向相重合。實際上，第一條裂縫的方向由開裂前主應(yīng)力的方向確定。一般說來，這兩個方向是

23、不同的。隨著荷載的增加，裂縫沿越來越發(fā)散的方向逐漸開展，而這一系列裂縫的方向，可以看作是“旋轉(zhuǎn)”的。因此，這三種桁架模型被歸類為轉(zhuǎn)角理論?？紤]了轉(zhuǎn)角的軟化衍架模型則被稱為“轉(zhuǎn)角軟化衍架模型”。 轉(zhuǎn)角理論的三種模型有一個共同的弱點，即它們不能描述所謂“混凝土的貢獻”。試驗己表明，薄膜元的抗剪強度由兩部分組成：屬于鋼筋的主要部分和屬于混凝土的次要部分。由于剪應(yīng)力中屬于混凝土的貢獻是顯然的。于是，為了考慮“混凝土的貢獻”，Pang和Hsu 在1996建立了一種“定角軟化桁架模型”，這一桁架模型對于轉(zhuǎn)角33。< a < 57。范圍之內(nèi)和超出的受扭破壞也是適用的。 這種模型滿足二維應(yīng)力平衡條

24、件、莫爾應(yīng)變協(xié)調(diào)條件和混凝土的雙軸軟化本構(gòu)關(guān)系。它不僅能預(yù)估薄膜元的強度，而且能表達荷載一變形關(guān)系的全過程。二、國內(nèi)研究情況 我國自七十年代起，加強了結(jié)構(gòu)受扭的重視，并成立了鋼筋鹼受扭科研專題組，對構(gòu)件受扭性能進行了系統(tǒng)的研究。對鋼筋硅構(gòu)件在純扭、彎扭、彎剪扭、壓扭、預(yù)應(yīng)力扭等情況下的裂縫發(fā)展，破壞特性和極限強度等進行了探索，并取得了豐碩的成果。 空間析架理論在我國得到廣泛的應(yīng)用，同濟大學(xué)張譽等以變角桁架模型為基礎(chǔ)，考慮混凝土的軟化，對鋼筋陶粒混凝土純扭性能的全過程分析做了試嘗。文獻則以斜彎破壞理論為基礎(chǔ)，考慮混凝土的軟化，對剪扭構(gòu)件做了全過程分析，得出和試驗結(jié)果較一致的結(jié)論。天津大學(xué)康谷貽等

25、對軸壓扭、彎扭、剪扭等構(gòu)件作了大量的實驗研究，西安建筑科技大學(xué)和青島建筑工程學(xué)院衛(wèi)云亭、張連德等對偏壓剪扭等構(gòu)件進行了大量的試驗研究，并以空間析架理論為基礎(chǔ)，考慮混凝土的受壓軟化，對受扭構(gòu)件進行了全過程分析，指出當(dāng)構(gòu)件破壞時，縱筋和箍筋必須屈服或接近屈服，對于具有裂縫且裂縫基本形成的純扭和壓扭構(gòu)件以及發(fā)生扭型破壞的彎扭和彎剪扭構(gòu)件，空間桁架理論能給出較準(zhǔn)確的計算結(jié)果。 其中對于純扭、軸壓扭、彎扭、彎剪扭研究成果主要反映在混凝土設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002）和建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）中，對相關(guān)的設(shè)計有了一些明確的規(guī)定。(1)純扭構(gòu)件 考慮到混凝土既非彈性材料又非理想塑性

26、材料，而是介于二者之間的彈塑性材料，利用塑性力學(xué)理論，可求得開裂扭矩的公式為:鋼筋混凝土純扭構(gòu)件強度可分為混凝土抗扭作用和鋼筋抗扭作用兩部分組成，一般的計算公式為:(2)壓扭構(gòu)件 試驗研究表明，軸向壓力對縱筋應(yīng)變的影響十分顯著;由于軸向壓力能使混凝土較好的參加工作，同時又能改善混凝土的咬合作用和縱向鋼筋的銷栓作用，因而提高了構(gòu)件的受扭承載力。規(guī)范中考慮了這一有利因素，它對受扭承載力的提高值偏安全的取為0.07NWt/A當(dāng)軸壓比時，取。(3)剪扭構(gòu)件 無腹筋剪扭構(gòu)件試驗表明，無量綱剪扭承載力的相關(guān)關(guān)系可取四分之一圓的規(guī)律:對有腹筋剪扭構(gòu)件，假設(shè)混凝土部分對剪扭承載力的貢獻于與無腹筋剪扭構(gòu)件一樣，

27、也可取四分之一圓的規(guī)律。并根據(jù)此相關(guān)曲線作為校準(zhǔn)線，采用混凝土部分相關(guān)、鋼筋部分不相關(guān)的近似規(guī)律，推出剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系數(shù)，采用此值后與有腹筋構(gòu)件的四分之一圓相關(guān)曲線較為接近，規(guī)范中的公式為:(4)彎扭構(gòu)件、彎剪扭構(gòu)件 處于彎矩、剪力和扭矩共同作用下的鋼筋混凝土構(gòu)件，其受力狀態(tài)是十分復(fù)雜的，構(gòu)件的破壞特征及其承載力，與所作用的外部荷載條件和構(gòu)件的內(nèi)在因素有關(guān)。試驗表明，在配筋適當(dāng)條件下，隨著扭彎比和扭剪比的不同，彎剪扭共同作用下的鋼筋混凝土構(gòu)件，受壓塑性鉸線可能發(fā)生于頂壁、底壁及側(cè)壁(在這個側(cè)面上，剪力和扭矩產(chǎn)生的主應(yīng)力方向是相反的)三種情況，相應(yīng)的空間截面破壞類型為I、II ,

28、III，見下圖 圖1.4彎剪扭承載力相關(guān)曲面 由己知的構(gòu)件截面尺寸、配筋及材料強度，可以求得構(gòu)件的純彎、純剪及純扭強度Mo ,Vo , To。當(dāng)表示荷載效應(yīng)特征的扭彎比和扭剪比己知時，可求得三種破壞形態(tài)的極限扭矩計算。(5)壓彎剪扭構(gòu)件 對于彎扭構(gòu)件，我國混凝土抗扭性能的研究大多采用的是“疊加法”配置彎扭構(gòu)件縱筋，一定程度上反映了彎扭強度相關(guān)性，設(shè)計簡單且偏于安全。但由于彎扭構(gòu)件中縱筋既要承擔(dān)彎矩、又要承擔(dān)扭矩，因此對于某個縱筋配筋數(shù)量及方式己知的構(gòu)件來說，其抗彎強度和抗扭強度就必然具有相關(guān)性。隨著截面上部和下部縱筋數(shù)量的比值、截面高寬比、縱筋與箍筋強度比以及沿截面?zhèn)冗吙v筋配置數(shù)量是不同，這種

29、相關(guān)性其具體變化規(guī)律也是不同的，對偏壓扭、偏壓剪單調(diào)及反復(fù)扭構(gòu)件設(shè)計沒有作出規(guī)定。對高強混凝土復(fù)合受扭則引用了同高強混凝土抗剪相同的混凝土強度降低系數(shù)來反映高強混凝土的影響。(6)普通混凝土和高強混凝土偏壓剪構(gòu)件 對于普通混凝土和高強混凝土壓彎剪扭復(fù)合作用的構(gòu)件，近幾年來，國內(nèi)外在在方面進行了部分研究，但是由于砼是一種非均質(zhì)的彈塑性材料，其內(nèi)力分布較為復(fù)雜，計算理論和計算方法還有待進一步完善。試驗說明，偏壓剪構(gòu)件小扭矩作用下，斜裂縫首先在剪應(yīng)力疊加面出現(xiàn)，隨著荷載的增加，裂縫向彎曲受拉面及受壓面延伸發(fā)展，剪應(yīng)力相減面上裂縫出現(xiàn)最晚。試件各面上斜裂縫與構(gòu)件軸線間傾角從大到小的排列順序基本上遵循從

30、彎曲受拉面、剪應(yīng)力相減面、剪應(yīng)力疊加面到彎曲受壓面的順序。當(dāng)相對偏心距較小或箍筋較少時，在達到極限荷載時，縱筋沒有達到極限屈服應(yīng)變;隨著荷載的增加，箍筋的拉應(yīng)變增大，在接近或達到極限荷載時，剪應(yīng)力疊加面上的箍筋首先達到極限屈服應(yīng)變，隨后，彎曲受壓或受拉面上的箍筋相繼達到屈服應(yīng)變，但構(gòu)件破壞時，剪應(yīng)力相減面上的箍筋未達到屈服應(yīng)變。分析得出，延性系數(shù)與扭剪比之間似存在一臨界值，扭剪比小于臨界值時，延性隨扭剪比增大而降低，扭剪比大于臨界值時，延性隨扭剪比增大而提高。當(dāng)扭剪比等于臨界值時，構(gòu)件的極限扭角與屈服扭角最相近，延性最差。當(dāng)其他因素不變時，在軸壓比較低時，二者的規(guī)律不很明顯，軸壓比較大(大于0

31、. 3 )時，隨軸壓比增加，延性降低，且下降漸趨平緩。當(dāng)軸壓比大于0. 3時，延性隨相對偏心距增大而降低，當(dāng)軸壓比為0. 2時，延性值隨相對偏心距的增大而略有增加。忽略彎曲作用，彎壓、剪、扭共同作用下構(gòu)件的開裂扭矩計算公式，通過回歸公式得到實用計算公式，試驗值于計算值符合較好，對于強度等級較低的硅試件，計算值偏低，對于強度等級較高的試件，計算值偏高。偏壓剪構(gòu)件在反復(fù)扭矩作用下，一般裂縫較直，傾角較小，硅壓酥標(biāo)志著構(gòu)件達到破壞，達極限扭矩時，箍筋屈服而縱筋未屈服。構(gòu)件的開裂扭矩較高但開裂后很快就達到極限扭矩，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，承載能力迅速下降，脆性活動性質(zhì)顯得較為明顯。破壞形態(tài)有:彎扭型破壞;

32、 彎型破壞; 壓扭型破壞。 試驗研究表明，高強混凝土純扭構(gòu)件的破壞形態(tài)和破壞機理與普通混凝土構(gòu)件基本相同，但高強混凝土構(gòu)件的斜裂縫較陡，鋼筋應(yīng)力的不均勻性較大，脆性破壞特征更明顯，通過47個高強混凝土純扭試件的試驗結(jié)果與132個普通混凝土的構(gòu)件試驗結(jié)果相比，兩者比較接近。因此，高強混凝土純扭構(gòu)件的受扭承載力計算公式采用與普通混凝土純扭構(gòu)件的計算公式相同。對于一般荷載作用和集中荷載作用的矩形高強鋼筋混凝土剪扭構(gòu)件的受扭承載力，通過11個高強混凝土剪扭構(gòu)件的試驗結(jié)果統(tǒng)計，認為用普通混凝土的剪扭承載力公式所得結(jié)果僅是偏于安全的。 對于在軸向壓力、彎矩、剪力、扭矩共同作用下的矩形鋼筋混凝土框架柱的承載

33、力計算辦法，由于試驗資料的不足，權(quán)宜之計的方法是，己有筋構(gòu)件的剪扭相關(guān)關(guān)系為四分之一圓曲線作為校正線，同樣采用混凝土部分相關(guān)，鋼筋不相關(guān)等手法建立計算公式，所建立的公式與部分試驗結(jié)果對比，尚偏于安全。三、小結(jié)本文對國內(nèi)外有關(guān)混凝土構(gòu)件復(fù)合受扭模型的研究概況作了一定的了解，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是引起建筑物地震破壞的重要因素之一，因而扭轉(zhuǎn)問題一直是結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域研究的重要課題。由于結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的平一扭藕聯(lián)振動是三維空間動力反應(yīng)問題，結(jié)構(gòu)試驗研究受到試驗規(guī)模和數(shù)量的限制，因而主要是依靠結(jié)構(gòu)動力分析手段對其進行計算機模擬分析研究。對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，我國目前事實上只能做到一階段設(shè)計，我國現(xiàn)行規(guī)范中有關(guān)抗扭設(shè)計的方法在設(shè)防地震和罕遇地震作用下的效果到底如何，有待通過三維非線性地震反應(yīng)