第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算

建筑結(jié)構(gòu)第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算

4.1鋼筋混凝土受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求

4.2鋼筋混凝土純扭構(gòu)件承載力計(jì)算

4.3鋼筋混凝土在彎、剪、扭共同作用下的承載力計(jì)算第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算工程中，鋼筋混凝土受扭構(gòu)件可分兩類：一類稱“平衡扭矩”如圖4.2(a),其扭矩的大小荷載作用決定，基本上不受構(gòu)件本身抗扭剛度變化的影響；另一類承擔(dān)“變形協(xié)調(diào)扭矩”的構(gòu)件，其所受扭矩作用的大小隨構(gòu)件本身抗扭剛度的變化而變化，稱為“約束扭轉(zhuǎn)”如圖4.2(b)。(a)平衡扭矩(b)約束扭轉(zhuǎn)圖4.2鋼筋混凝土受扭構(gòu)件第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算

4.1鋼筋混凝土受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求4.1.1截面尺寸為了避免受扭構(gòu)件配筋過多、保證構(gòu)件不致因截面過小出現(xiàn)破壞時(shí)混凝土首先被壓碎，防止產(chǎn)生超筋性質(zhì)的脆性破壞。受扭構(gòu)件的截面應(yīng)符合下列條件：當(dāng)時(shí)，（4-1）當(dāng)時(shí)，（4-2）當(dāng)時(shí)，按線性內(nèi)插法確定。4.1.2構(gòu)造配筋界限第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件所能承受的荷載效應(yīng)相當(dāng)于混凝土構(gòu)件即將開裂時(shí)所達(dá)到的剪力及扭矩值的界限狀態(tài)，稱為構(gòu)造配筋界限。當(dāng)構(gòu)件處于這一狀態(tài)時(shí)，混凝土承受外荷載而不會(huì)開裂，可以不需要設(shè)置受剪及受扭鋼筋；為保證安全、防止因偶然因素導(dǎo)致構(gòu)件開裂而產(chǎn)生突然的脆性破壞，故規(guī)定在構(gòu)造上尚應(yīng)設(shè)置最小配筋率的要求。當(dāng)滿足下列條件時(shí)，可不進(jìn)行構(gòu)件受剪扭承載力計(jì)算，按規(guī)定配置構(gòu)造縱向鋼筋和箍筋：或4.1.3最小配筋率第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算

最小配筋率主要是為了防止構(gòu)件發(fā)生“少筋”性質(zhì)的脆性破壞，鋼筋混凝土受扭構(gòu)件鋼筋的最小配筋為相當(dāng)于素混凝土受扭構(gòu)件所能承受的極限承載力相應(yīng)的配筋率，包括縱筋最小配筋率及箍筋最小配筋率。1）縱筋的最小配筋率當(dāng)T/(Vb)>2.0時(shí)，取T/(Vb)=2.0。第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算在彎剪扭構(gòu)件中，配置在截面彎曲受拉邊的縱向受力鋼筋，其截面面積不應(yīng)小于受彎構(gòu)件受拉鋼筋最小配筋率計(jì)算出的鋼筋截面面積與受扭縱向鋼筋配筋率計(jì)算并分配到彎曲受拉邊的鋼筋截面面積之和。2）箍筋的最小配筋率在彎剪扭構(gòu)件中，箍筋的配筋率不應(yīng)小于。4.1.4

鋼筋的構(gòu)造要求按構(gòu)造要求置受扭縱向鋼筋和箍筋：1）受扭縱向鋼筋的構(gòu)造要求沿截面周邊布置的受扭縱向鋼筋的間距不應(yīng)大于200mm和梁截面短邊長(zhǎng)度；除應(yīng)在梁截面四角設(shè)置受扭縱向鋼筋外，其余受扭縱向鋼筋宜沿截面周邊均勻?qū)ΨQ布置。受扭縱向鋼筋應(yīng)按受拉鋼筋錨固在支座內(nèi)。第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算2）箍筋的構(gòu)造要求箍筋的間距應(yīng)符合表4.1的規(guī)定，其中受扭所需的箍筋應(yīng)做成封閉式，且應(yīng)沿截面周邊布置；當(dāng)采用復(fù)合箍筋時(shí)，位于截面內(nèi)部的箍筋不應(yīng)計(jì)入受扭所需的箍筋面積；受扭所需箍筋的末端應(yīng)做成135°彎鉤，彎鉤端頭平直段長(zhǎng)度不應(yīng)小于10d（d為箍筋直徑），合理的抗扭箍筋應(yīng)該是沿45°方向布置的螺旋箍筋，但是這種方式非但施工不方便，并且只能適應(yīng)一個(gè)方向的扭矩。

圖4.4鋼筋構(gòu)造要求表4.1梁中箍筋的最大間距（mm）4.2鋼筋混凝土純扭構(gòu)件承載力計(jì)算4.2.1矩形截面純扭構(gòu)件的破壞形態(tài)第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算抗扭鋼筋包括抗扭縱向鋼筋和抗扭橫向箍筋。鋼筋混凝土構(gòu)件的受扭破壞形態(tài)主要與配筋量多少有關(guān)。一般可分為少筋破壞、超筋破壞和適筋破壞三中類型。

(a)少筋破壞(b)適筋破壞(c)超筋破壞圖4.6純扭破壞形態(tài)第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算1）少筋破壞當(dāng)抗扭鋼筋配置過少時(shí)，裂縫首先出現(xiàn)在截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)處，并迅速沿45°方向向鄰邊兩個(gè)短邊的面上發(fā)展，在第四個(gè)面上出現(xiàn)裂縫后（壓區(qū)很?。?gòu)件就突然破壞，破壞面為空間一扭曲裂面。破壞鋼筋不僅屈服還可經(jīng)過流幅進(jìn)入強(qiáng)化階段甚至被拉斷，構(gòu)件截面的扭轉(zhuǎn)角較?。ㄒ妶D4.7曲線1）。破壞無任何預(yù)兆，屬于脆性破壞，這類破壞稱為少筋破壞（見圖4.6）。構(gòu)件受扭極限承載力控制于控制于混凝土抗拉強(qiáng)度及截面尺寸，在設(shè)計(jì)中應(yīng)予避免。此類破壞模型是求混凝土開裂扭矩的試驗(yàn)依圖4.7扭矩—扭轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線2）超筋破壞當(dāng)抗扭鋼筋配置過多時(shí)，破壞是由某相鄰兩條45°螺旋裂縫間的混凝土被壓碎引起的。構(gòu)件破壞時(shí)螺旋裂縫很多，都很細(xì)，抗扭鋼筋均未達(dá)到屈服強(qiáng)度。破壞時(shí)扭轉(zhuǎn)角也較小（見圖4.7曲線3），屬于脆性破壞，這類破壞稱為超筋破壞（見圖4.6）。構(gòu)件受扭極限承載力控制于混凝土抗壓強(qiáng)度及截面尺寸，在設(shè)計(jì)中應(yīng)予避免。此類破壞模型是求得抗扭鋼筋最大值的試驗(yàn)依據(jù)。3）適筋破壞當(dāng)配置適量的抗扭鋼筋時(shí)，破壞是在由多條螺旋裂縫中的一條主裂縫造成的空間扭曲面上發(fā)生的。裂縫最初的發(fā)生如同少筋破壞，但由于抗扭鋼筋用量適當(dāng)，在出現(xiàn)第一條裂縫后抗扭鋼筋就發(fā)揮作用，使構(gòu)件在破壞前形成多條裂縫，當(dāng)通過主裂縫的抗扭鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度后，構(gòu)件在主裂縫的第四個(gè)面上的受壓區(qū)混凝土被壓碎時(shí)破壞。破壞時(shí)，扭轉(zhuǎn)角較大（見圖4.7曲線2），屬于延性破壞，這類破壞稱為適筋破壞（見圖4.6）。此類破壞模型是設(shè)計(jì)的試驗(yàn)依據(jù)。為了使受扭構(gòu)件的破壞形態(tài)呈現(xiàn)適筋破壞，充分發(fā)揮抗扭鋼筋的作用，抗扭縱筋和抗扭箍筋應(yīng)有合理的最佳搭配?！兑?guī)范》引入系數(shù)，

為受扭構(gòu)件縱向鋼筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比。第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算超筋破壞還可分為部分超筋破壞和完全超筋破壞，由于抗扭鋼筋包括縱筋和箍筋兩部分，若兩者比值不當(dāng)，致使混凝土壓碎時(shí)兩者之一（箍筋或縱筋）尚不屈服，這種破壞稱為部分超筋破壞，破壞時(shí)構(gòu)件有一定的延性，設(shè)計(jì)可采用，但不經(jīng)濟(jì)；若兩者都未屈服，稱為完全超筋破壞。第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算4.2.2純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算1）矩形截面純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算，已有較接近實(shí)際的理論計(jì)算方法，例如，變角空間桁架模型；斜彎理論—扭曲破壞面極限平衡理論。但由于受扭構(gòu)件的受力復(fù)雜，影響因素又很多，因此實(shí)際計(jì)算時(shí)要對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。《規(guī)范》中矩形截面純扭構(gòu)件承載力的計(jì)算公式是在變角空間桁架模型理論的基礎(chǔ)上根據(jù)試驗(yàn)分析得到的：2）帶翼緣截面純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算由試驗(yàn)可知，帶翼緣的T形、L形、和工字形截面構(gòu)件受扭時(shí)第一條斜裂縫仍出現(xiàn)在構(gòu)件腹板側(cè)面中部，裂縫的發(fā)展和破壞形態(tài)與矩形截面相似。矩形截面構(gòu)件在彎、剪、扭共同作用下，由于內(nèi)力比值（扭彎比扭剪比）、配筋率、截面尺寸、材料強(qiáng)度不同，有三種典型的破壞形態(tài)：彎型破壞、扭型破壞、剪扭型破壞。第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算《規(guī)范》對(duì)帶翼緣的受扭構(gòu)件承載力計(jì)算，采用的仍是將其劃分為若干個(gè)矩形截面分別計(jì)算的簡(jiǎn)化方法。4.3鋼筋混凝土構(gòu)件在彎、剪、扭共同作用下的承載力4.3.1矩形截面構(gòu)件在彎、剪、扭共同作用下的破壞形態(tài)

（a）彎型破壞（b）扭型破壞（c）剪扭破壞

圖4.11矩形截面構(gòu)件在彎、剪、扭共同作用下的破壞形態(tài)

剪力和扭矩共同作用下的構(gòu)件的承載力比單獨(dú)作用下承載力要低。構(gòu)件的受扭承載力隨著剪力的增加而減?。环粗?，構(gòu)件的受剪承載力也隨著扭矩的增加而減小，這稱為剪扭相關(guān)性。2）簡(jiǎn)化計(jì)算《規(guī)范》為了簡(jiǎn)化計(jì)算，采用混凝土部分相關(guān)，鋼筋部分不相關(guān)的近似方法?；炷翞楸苊怆p重利用而引入相關(guān)折減系數(shù)，分別對(duì)抗扭及抗剪承載力計(jì)算公式進(jìn)行調(diào)整。3）按照疊加原則計(jì)算構(gòu)件抗剪扭總的箍筋用量由上述抗剪和抗扭分別計(jì)算了所需箍筋用量后，按照疊加原則計(jì)算構(gòu)件總的箍筋用量。疊加原則是指單肢箍筋相加，即：第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算4.3.2矩形截面構(gòu)件在剪、扭作用下的承載力計(jì)算1）剪扭相關(guān)性第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算（剪）（扭）（剪扭）圖4.13疊加原則計(jì)算構(gòu)件抗剪扭總的箍筋用量4.3.3矩形截面構(gòu)件在彎、扭作用下的承載力計(jì)算計(jì)算彎、扭共同作用下的受彎和受扭承載力，不考慮彎扭相關(guān)性，可分別按受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力和純扭構(gòu)件的受扭承載力進(jìn)行計(jì)算，求得的鋼筋應(yīng)分別按彎、扭對(duì)縱筋和箍筋的構(gòu)造要求進(jìn)行配置，位于相同部位處的鋼筋可進(jìn)行鋼筋截面面積疊加后配筋。第4章鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算（彎）（扭）（彎扭）圖4.14疊加原則計(jì)算構(gòu)件抗彎扭總的鋼筋用量

帶翼緣截面構(gòu)件在彎、扭共同作用下的承載力計(jì)算，可分別按彎、扭單獨(dú)作用時(shí)相應(yīng)方法進(jìn)行（受彎按T形截面，受扭按腹板和上、下翼緣截面）。4.3.4矩形截面構(gòu)件在彎、剪、扭作用下的承載力計(jì)算

鋼筋混凝土構(gòu)件在彎矩、剪力和扭矩作用下的受力性能比剪扭、彎扭復(fù)雜，影響因素又很多。因此，《規(guī)范》規(guī)定彎、剪、扭共同作用下的承載力計(jì)算還是采用按受彎和受剪扭分別計(jì)算，然后進(jìn)行疊加的近似計(jì)算方法。即縱向鋼筋應(yīng)通過正截面受彎承載力和剪扭構(gòu)件的受扭承載力計(jì)算求得的縱向鋼筋進(jìn)行配置，重疊處的縱筋截面面積可疊加。箍筋應(yīng)按剪扭構(gòu)件受剪承載力