第五章 鋼筋混凝土受拉構(gòu)件及受扭構(gòu)件

1、5.1 鋼筋混凝土受拉構(gòu)件鋼筋混凝土受拉構(gòu)件 鋼筋混凝土受拉構(gòu)件可分為鋼筋混凝土受拉構(gòu)件可分為軸心受拉軸心受拉構(gòu)件和構(gòu)件和偏心受拉偏心受拉構(gòu)件。構(gòu)件。 當(dāng)軸向拉力作用線與構(gòu)件截面形心線重合時(shí)，為軸心受拉構(gòu)件，如當(dāng)軸向拉力作用線與構(gòu)件截面形心線重合時(shí)，為軸心受拉構(gòu)件，如鋼筋混凝土屋架的鋼筋混凝土屋架的下弦桿、圓形水池下弦桿、圓形水池等；當(dāng)軸向拉力作用線偏離構(gòu)件截等；當(dāng)軸向拉力作用線偏離構(gòu)件截面形心線或同時(shí)由軸心拉力和彎矩作用時(shí)為偏心受拉構(gòu)件，如鋼筋混凝面形心線或同時(shí)由軸心拉力和彎矩作用時(shí)為偏心受拉構(gòu)件，如鋼筋混凝土土矩形水池、雙肢柱的肢桿矩形水池、雙肢柱的肢桿等。等。壓壓壓壓壓壓拉拉拉拉5.1.

2、1 軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件1、 構(gòu)造要求構(gòu)造要求 截面形狀：受拉構(gòu)件的截面形狀一般為方形、矩形和圓形等對(duì)稱截截面形狀：受拉構(gòu)件的截面形狀一般為方形、矩形和圓形等對(duì)稱截面，為方便施工，通常采用矩形截面。面，為方便施工，通常采用矩形截面。布置原則：對(duì)稱均勻布置，宜細(xì)不宜粗，宜多不宜少。布置原則：對(duì)稱均勻布置，宜細(xì)不宜粗，宜多不宜少?？v筋：縱筋：s max0.2%, 0.45ft/fy 箍筋：箍筋：d 6mm，s 200mm ，屋架腹桿不宜大于，屋架腹桿不宜大于150 mm。 連接：受拉鋼筋必須采用連接：受拉鋼筋必須采用焊接接頭焊接接頭，僅圓形池壁或管中允許采用搭，僅圓形池壁或管中允許采用搭接接頭

3、；但接頭應(yīng)錯(cuò)開，搭接長度不應(yīng)小于接接頭；但接頭應(yīng)錯(cuò)開，搭接長度不應(yīng)小于1.2la和和300 mm。N Nu= As fy N 軸向拉力的設(shè)計(jì)值軸向拉力的設(shè)計(jì)值A(chǔ)s 縱縱向受拉鋼筋截面面積向受拉鋼筋截面面積fy 鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值值2、正截面承載力計(jì)算、正截面承載力計(jì)算計(jì)算公式：計(jì)算公式：00.001 0.002 0.003 0.00420010050150N (kN)平均應(yīng)變平均應(yīng)變 混凝土：混凝土：fc=30.8MPa; ft=1.97MPa; Ec=25.1 103MPa.鋼筋：鋼筋： fy=376MPa; fsu=681MPa; Es=205 103MPa; As=284

4、mm2.152NtNt915152鋼筋屈服鋼筋屈服混凝土開裂混凝土開裂 偏心受拉構(gòu)件按軸向拉力的偏心受拉構(gòu)件按軸向拉力的作用位置作用位置不同，可分為不同，可分為大偏心大偏心受拉受拉構(gòu)件和構(gòu)件和小偏心小偏心受拉構(gòu)件。受拉構(gòu)件。5.1.2 偏心受拉構(gòu)件偏心受拉構(gòu)件1、 分類分類小偏心受拉小偏心受拉h(huán)0fyAsfyAseeNtu e0as和偏壓不同和偏壓不同開裂前：開裂前：N位于位于As和和As之間時(shí)，混凝土全截面受拉或之間時(shí)，混凝土全截面受拉或 （部分混凝土受拉，部分混凝土受壓）；（部分混凝土受拉，部分混凝土受壓）；開裂后：開裂后：隨著隨著N的增大，混凝土全截面受拉的增大，混凝土全截面受拉開裂后，

5、拉力由鋼筋承擔(dān)開裂后，拉力由鋼筋承擔(dān)最終鋼筋屈服，截面達(dá)最大承載力最終鋼筋屈服，截面達(dá)最大承載力大偏心受拉大偏心受拉N位于位于As和和As之外時(shí)，部分混凝土受拉，之外時(shí)，部分混凝土受拉，部分混凝土受壓部分混凝土受壓開裂后，截面的受力情況開裂后，截面的受力情況和大偏壓類似和大偏壓類似最終受拉鋼筋屈服，壓區(qū)混凝土壓碎，最終受拉鋼筋屈服，壓區(qū)混凝土壓碎，截面達(dá)最大承載力截面達(dá)最大承載力eeNtu e0h0fyAsfyAsas 1fcx混凝土不參加工作混凝土不參加工作)()(00ssytussytusysytuahAfeNahAfeNAfAfN小偏心受拉構(gòu)件的承載力小偏心受拉構(gòu)件的承載力2、大小偏心受

6、拉構(gòu)件的承載力、大小偏心受拉構(gòu)件的承載力s0ae2hes0ae2he當(dāng)對(duì)稱配筋時(shí)：當(dāng)對(duì)稱配筋時(shí)： )ah(fNAAs0yess習(xí)題習(xí)題一鋼筋混凝土偏心受拉構(gòu)件，截面為矩形一鋼筋混凝土偏心受拉構(gòu)件，截面為矩形，mmmmhb400200，mmaass35需承受軸向拉力設(shè)計(jì)值需承受軸向拉力設(shè)計(jì)值N=450kN,彎矩設(shè)計(jì)值彎矩設(shè)計(jì)值m 60kNM混凝土強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，鋼筋用，鋼筋用HRB335級(jí)。級(jí)。試求：縱向受力鋼筋截面面積試求：縱向受力鋼筋截面面積ssAA、)(22)()2(00011ssytussssyctusycsytuahAfeNaxaxahAfxhbxfeNAfbxfAfN時(shí)

7、，取設(shè)計(jì)或復(fù)核承載力計(jì)算方法方法和設(shè)計(jì)或復(fù)核承載力計(jì)算方法方法和大偏壓類似，只是大偏壓類似，只是N N 的方向不同的方向不同大偏心受拉構(gòu)件的承載力大偏心受拉構(gòu)件的承載力公式適用條件：公式適用條件：)ah(fNeAAs0yss習(xí)題習(xí)題，mmaass40,池壁跨中水平向每米寬度上最大彎矩設(shè)計(jì)值池壁跨中水平向每米寬度上最大彎矩設(shè)計(jì)值m 320kNM試求：縱向受力鋼筋截面面積試求：縱向受力鋼筋截面面積ssAA、某矩形水池，壁厚某矩形水池，壁厚400mm，相應(yīng)承受軸向拉力設(shè)計(jì)值，相應(yīng)承受軸向拉力設(shè)計(jì)值N=400kN,混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度，鋼筋強(qiáng)度，鋼筋強(qiáng)度2/300mmNffyy2/3 .14mmNfc

8、2/50. 1mmNftsAB16250sAhb=1m 不等式右側(cè)的一、二兩項(xiàng)采用與受集中荷載的受彎構(gòu)件相同的不等式右側(cè)的一、二兩項(xiàng)采用與受集中荷載的受彎構(gòu)件相同的形式，第三項(xiàng)則考慮了軸形式，第三項(xiàng)則考慮了軸向拉力對(duì)向拉力對(duì)抗剪強(qiáng)度的降低?？紤]上面所說抗剪強(qiáng)度的降低?？紤]上面所說的構(gòu)件內(nèi)箍筋抗剪能力基本未變的特點(diǎn)，規(guī)范還要求上式右側(cè)計(jì)算的構(gòu)件內(nèi)箍筋抗剪能力基本未變的特點(diǎn)，規(guī)范還要求上式右側(cè)計(jì)算出的數(shù)值不得小于出的數(shù)值不得小于2N. 0hSnA0f. 1bhf0 . 175. 1V0svlyv0t計(jì)算公式：計(jì)算公式：0svlyvhsnAf5.1.3 偏心受拉構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算偏心受拉構(gòu)件斜截面

9、承載力計(jì)算 凡是由凡是由扭矩作用扭矩作用的構(gòu)件統(tǒng)稱為受扭構(gòu)件。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，的構(gòu)件統(tǒng)稱為受扭構(gòu)件。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，純扭構(gòu)件是很少見的，在扭矩作用的同時(shí)往往還有純扭構(gòu)件是很少見的，在扭矩作用的同時(shí)往往還有彎矩、剪力彎矩、剪力作用。作用。例如，鋼筋混凝土雨篷梁、鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架邊梁及單層工業(yè)生產(chǎn)例如，鋼筋混凝土雨篷梁、鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架邊梁及單層工業(yè)生產(chǎn)廠房中的吊車梁等，都屬于扭轉(zhuǎn)且彎曲的構(gòu)件。廠房中的吊車梁等，都屬于扭轉(zhuǎn)且彎曲的構(gòu)件。5.2 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件鋼筋混凝土受扭構(gòu)件 理論分析及試驗(yàn)表明：矩形截面素混凝土純扭構(gòu)件在剪應(yīng)力理論分析及試驗(yàn)表明：矩形截面素混凝土純扭構(gòu)件在剪應(yīng)力作

10、用作用時(shí)，在構(gòu)件截面長邊的中點(diǎn)將產(chǎn)生主拉應(yīng)力時(shí)，在構(gòu)件截面長邊的中點(diǎn)將產(chǎn)生主拉應(yīng)力tp，其數(shù)值，其數(shù)值等于等于并與構(gòu)件并與構(gòu)件軸線成軸線成45。主拉應(yīng)力。主拉應(yīng)力tp使截面長邊中點(diǎn)處混凝土首先開裂，出現(xiàn)一條使截面長邊中點(diǎn)處混凝土首先開裂，出現(xiàn)一條與構(gòu)件軸線成約與構(gòu)件軸線成約45的斜裂縫的斜裂縫ab，該裂縫迅速地向構(gòu)件的底部和頂部及，該裂縫迅速地向構(gòu)件的底部和頂部及向內(nèi)延伸至向內(nèi)延伸至c和和d，最后構(gòu)件將形成，最后構(gòu)件將形成三面受拉、一邊受壓三面受拉、一邊受壓的斜向空間曲面的斜向空間曲面,如圖所示，構(gòu)件隨即破壞，該破壞具有突然性，屬于典型的如圖所示，構(gòu)件隨即破壞，該破壞具有突然性，屬于典型的脆性

11、破壞脆性破壞。 5.2.1 受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn) （1）適筋破壞）適筋破壞 當(dāng)構(gòu)件的抗扭箍筋和抗扭縱筋的數(shù)量配置適當(dāng)時(shí)，隨著扭矩的增加，當(dāng)構(gòu)件的抗扭箍筋和抗扭縱筋的數(shù)量配置適當(dāng)時(shí)，隨著扭矩的增加，首先是混凝土三面開裂，然后與開裂截面相交的受扭箍筋和抗扭縱筋達(dá)到首先是混凝土三面開裂，然后與開裂截面相交的受扭箍筋和抗扭縱筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，最終受壓面混凝土被壓碎而導(dǎo)致構(gòu)件破壞。構(gòu)件破壞前有較大屈服強(qiáng)度，最終受壓面混凝土被壓碎而導(dǎo)致構(gòu)件破壞。構(gòu)件破壞前有較大的變形和明顯的外部特征，屬于塑性破壞。的變形和明顯的外部特征，屬于塑性破壞。 1、純扭構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)、純扭構(gòu)件的受力性能和

12、破壞形態(tài) 一般采用橫向箍筋和縱向受力鋼筋來承受扭矩的作用。一般采用橫向箍筋和縱向受力鋼筋來承受扭矩的作用。 受扭箍筋受扭箍筋的形狀必須做成封閉式的，箍筋的端部應(yīng)做的形狀必須做成封閉式的，箍筋的端部應(yīng)做135彎鉤，彎彎鉤，彎鉤直線長度不小于箍筋直徑的鉤直線長度不小于箍筋直徑的10倍。對(duì)受扭箍筋的直徑和間距的要求與受倍。對(duì)受扭箍筋的直徑和間距的要求與受彎構(gòu)件箍筋的有關(guān)規(guī)定相同。彎構(gòu)件箍筋的有關(guān)規(guī)定相同。 受扭縱筋：受扭縱筋：均勻、對(duì)稱布置，且四角必須放置；其間距不應(yīng)大于均勻、對(duì)稱布置，且四角必須放置；其間距不應(yīng)大于200mm和梁截面短邊尺寸；受扭縱筋的接頭和錨固均應(yīng)滿足受拉鋼筋的有和梁截面短邊尺寸

13、；受扭縱筋的接頭和錨固均應(yīng)滿足受拉鋼筋的有關(guān)規(guī)定。關(guān)規(guī)定。 （2）少筋破壞）少筋破壞 當(dāng)構(gòu)件受扭箍筋和受扭縱筋的配置數(shù)量太少時(shí)，構(gòu)件在扭矩的作用當(dāng)構(gòu)件受扭箍筋和受扭縱筋的配置數(shù)量太少時(shí)，構(gòu)件在扭矩的作用下，斜裂縫突然出現(xiàn)并迅速展開，與斜裂縫相交的受扭鋼筋超過屈服強(qiáng)下，斜裂縫突然出現(xiàn)并迅速展開，與斜裂縫相交的受扭鋼筋超過屈服強(qiáng)度被拉斷，另一面的混凝土被壓碎。這種破壞帶有突然性，屬于脆性破度被拉斷，另一面的混凝土被壓碎。這種破壞帶有突然性，屬于脆性破壞。壞。 （3）完全超筋或部分超筋破壞）完全超筋或部分超筋破壞 當(dāng)受扭箍筋或縱筋配置過多時(shí)，在扭矩作用下，抗扭鋼筋都沒有達(dá)當(dāng)受扭箍筋或縱筋配置過多時(shí)，

14、在扭矩作用下，抗扭鋼筋都沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度，而形成完全超筋；或箍筋和縱筋中相對(duì)較多的一種沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度，而形成完全超筋；或箍筋和縱筋中相對(duì)較多的一種沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度形成部分超筋。不論完全超筋還是部分超筋，構(gòu)件的破壞都到屈服強(qiáng)度形成部分超筋。不論完全超筋還是部分超筋，構(gòu)件的破壞都是由于受壓區(qū)混凝土被壓碎所致，這種破壞也屬于脆性破壞。是由于受壓區(qū)混凝土被壓碎所致，這種破壞也屬于脆性破壞。 為使抗扭縱筋和抗扭箍筋都能有效地發(fā)揮作用，在構(gòu)件破壞時(shí)同時(shí)為使抗扭縱筋和抗扭箍筋都能有效地發(fā)揮作用，在構(gòu)件破壞時(shí)同時(shí)或先后達(dá)到屈服強(qiáng)度，應(yīng)對(duì)縱筋和箍筋的配筋強(qiáng)度比進(jìn)行控制，其計(jì)算或先后達(dá)到屈服強(qiáng)度，應(yīng)對(duì)縱筋和箍筋

15、的配筋強(qiáng)度比進(jìn)行控制，其計(jì)算公式為公式為 ：coryvst1ystyvst1corystAAAAufsfsfufll實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)當(dāng)0.5 2.0 一般兩者可以發(fā)揮作用一般兩者可以發(fā)揮作用規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定： 0.6 1.7當(dāng)當(dāng) = 1.2， 縱筋和箍筋的用量比最佳?？v筋和箍筋的用量比最佳。規(guī)范規(guī)范給出鋼筋混凝土純扭構(gòu)件抗扭承載力計(jì)算公式為：給出鋼筋混凝土純扭構(gòu)件抗扭承載力計(jì)算公式為： 純扭構(gòu)件承載力計(jì)算純扭構(gòu)件承載力計(jì)算coryvst1tt2 . 1.350=AsfAWfscu+ TTT式中：式中：ft混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值; Wt截面抗扭塑性抵抗矩；截面

16、抗扭塑性抵抗矩； 抗扭縱筋與抗扭箍筋的配筋強(qiáng)度比；抗扭縱筋與抗扭箍筋的配筋強(qiáng)度比； Acor截面核芯部分的面積，截面核芯部分的面積，Acor = bcorhcor。 當(dāng)構(gòu)件同時(shí)承受剪力、彎矩和扭矩作用時(shí)，構(gòu)件的抗剪、抗彎承當(dāng)構(gòu)件同時(shí)承受剪力、彎矩和扭矩作用時(shí)，構(gòu)件的抗剪、抗彎承載力將隨扭矩的增加而降低；而構(gòu)件的抗扭承載力將隨剪力、彎矩的載力將隨扭矩的增加而降低；而構(gòu)件的抗扭承載力將隨剪力、彎矩的增加而降低。對(duì)于彎剪扭構(gòu)件的計(jì)算，增加而降低。對(duì)于彎剪扭構(gòu)件的計(jì)算，目前僅考慮剪扭之間目前僅考慮剪扭之間的影響。的影響。 規(guī)范規(guī)范引入系數(shù)引入系數(shù)t來反應(yīng)剪扭之間相互影響程度，來反應(yīng)剪扭之間相互影響程度

17、，t稱為剪扭構(gòu)稱為剪扭構(gòu)件的混凝土受扭承載力降低系數(shù)，其計(jì)算件的混凝土受扭承載力降低系數(shù)，其計(jì)算公式公式為：為：彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算05 .015 .1TbhVWtt對(duì)于承受以集中荷載為主的矩形截面梁，其計(jì)算公式為：對(duì)于承受以集中荷載為主的矩形截面梁，其計(jì)算公式為：0) 1(2 . 015 . 1TbhVWtt一般構(gòu)件：一般構(gòu)件：0.35.10.15.0t5.2.2 受扭構(gòu)件承載力計(jì)算方法受扭構(gòu)件承載力計(jì)算方法疊加法疊加法縱筋：分別按受彎和受扭計(jì)算縱筋：分別按受彎和受扭計(jì)算所所需抗彎縱筋和抗扭縱筋，然后疊加；需抗彎縱筋和抗扭縱筋，然后疊加；箍筋：分別按受扭和受剪計(jì)算箍筋：分

18、別按受扭和受剪計(jì)算所所需各自用量，然后疊加；需各自用量，然后疊加；規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：相關(guān)相關(guān)彎、剪、扭彎、剪、扭即：即： 先按受彎構(gòu)件求先按受彎構(gòu)件求 Asm梁底配筋梁底配筋 As = Asm + 平均分配到底邊的平均分配到底邊的Astl按剪、扭構(gòu)件求按剪、扭構(gòu)件求lAsAst1sv/ 及（1）確定截面尺寸并驗(yàn)算是否滿足要求）確定截面尺寸并驗(yàn)算是否滿足要求 4bhwcctfWTbhV25. 08 . 00（2）確定是否需要進(jìn)行受扭和受剪承載力計(jì)算）確定是否需要進(jìn)行受扭和受剪承載力計(jì)算tt07 . 0fWTbhV當(dāng)可不計(jì)算，按構(gòu)造要求配置箍筋和抗扭縱筋可不計(jì)算，按構(gòu)造要求配置箍筋和抗扭縱筋 當(dāng) T 0.175ft Wt不考慮扭矩作用，按彎剪構(gòu)件計(jì)算不考慮扭矩作用，按彎剪構(gòu)件計(jì)算 035. 0bhfVt01875. 0bhft可忽略剪力的作用：可忽略剪力的作用：可僅計(jì)算受彎構(gòu)件正截面承載力可僅計(jì)算受彎構(gòu)件正截面承載力和純扭構(gòu)件的受扭承載力和純扭