《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課件-4.鋼筋混凝土受扭構(gòu)件

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解鋼筋混凝土受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)。（2）掌握受扭構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求。（3）熟悉矩形截面純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算原理。（4）了解扭矩對(duì)受彎、受剪構(gòu)件承載力的影響及彎剪扭復(fù)合受力構(gòu)件承載力的計(jì)算要點(diǎn)。模塊4鋼筋混凝土受扭構(gòu)件4.1受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)及配筋構(gòu)造4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)模塊4鋼筋混凝土受扭構(gòu)件4.1.1受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)4.1受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)及配筋構(gòu)造1.素混凝土矩形截面純扭構(gòu)件的試驗(yàn)分析由材料力學(xué)可知，勻質(zhì)彈性材料的矩形截面構(gòu)件在扭矩T的作用下，截面上各點(diǎn)只產(chǎn)生剪應(yīng)力τ，而沒有正應(yīng)力σ，最大剪應(yīng)力τmax產(chǎn)生在截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)，截面剪應(yīng)力分布如圖4-2所示。圖4-2純扭構(gòu)件的彈性應(yīng)力分布由試驗(yàn)可知，素混凝土矩形截面構(gòu)件在純扭矩作用下，當(dāng)主拉應(yīng)力σtp值超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土將在矩形截面的長(zhǎng)邊中點(diǎn)處，沿垂直于主拉應(yīng)力的方向出現(xiàn)斜裂縫。在純扭構(gòu)件中，構(gòu)件的裂縫方向總是與軸線成45°角。斜裂縫出現(xiàn)后，迅速向相鄰兩邊延伸，最后形成三面開裂、一面受壓的空間扭曲面（見圖4-3），使構(gòu)件立即破壞，其特征是沒有明顯預(yù)兆的脆性破壞。圖4-3素混凝土純扭構(gòu)件破壞的截面形式4.1受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)及配筋構(gòu)造2.鋼筋混凝土矩形截面純扭構(gòu)件的破壞形態(tài)（4）完全超筋破壞。（3）部分超筋破壞。（2）適筋破壞。（1）少筋破壞4.1受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)及配筋構(gòu)造4.1.2受扭構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求1.受扭縱筋受扭縱筋的根數(shù)和直徑按受扭承載力計(jì)算確定，受扭縱筋應(yīng)沿構(gòu)件截面周邊均勻?qū)ΨQ布置，且在截面四角必須設(shè)置受扭縱筋。受扭縱筋的間距不應(yīng)大于200mm且不大于截面短邊尺寸，如圖4-5所示。受扭縱筋的接頭與錨固均應(yīng)按受拉鋼筋的構(gòu)造要求處理。梁內(nèi)的梁側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋和架立鋼筋也可作為受扭縱筋來(lái)利用。圖4-5受扭鋼筋的構(gòu)造要求4.1受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)及配筋構(gòu)造2.受扭箍筋在受扭構(gòu)件中，抗扭箍筋應(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)入受扭計(jì)算所需的箍筋面積。當(dāng)采用綁扎骨架時(shí)，箍筋末端應(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），如圖4-5所示?？古す拷畹闹睆胶妥畲蠊拷铋g距均應(yīng)滿足3.3節(jié)中受彎構(gòu)件中對(duì)箍筋的有關(guān)構(gòu)造規(guī)定。4.1受扭構(gòu)件的受力特點(diǎn)及配筋構(gòu)造4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)4.2.1矩形截面純扭構(gòu)件承載力計(jì)算公式1.計(jì)算公式《規(guī)范》根據(jù)國(guó)內(nèi)試驗(yàn)研究的統(tǒng)計(jì)分析，并考慮結(jié)構(gòu)的可靠度要求，給出了鋼筋混凝土矩形截面純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算公式。該公式是根據(jù)適筋破壞形式而建立的，由混凝土的受扭承載力和受扭鋼筋的受扭承載力兩部分組成，即為了保證受扭縱筋和受扭箍筋都能有效地發(fā)揮作用，應(yīng)將兩種鋼筋在數(shù)量上和強(qiáng)度上的配比控制在一定的范圍內(nèi)。《規(guī)范》采用受扭縱向鋼筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比值ζ來(lái)控制，如圖4-6所示，ζ值按式（4-2）計(jì)算。圖4-6受扭縱筋與箍筋配筋強(qiáng)度比的計(jì)算示意圖4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)截面受扭塑性抵抗矩Wt的取值是假定截面進(jìn)入全塑性狀態(tài)，此時(shí)矩形截面上剪應(yīng)力的分布如圖4-7所示。圖4-7矩形截面塑性狀態(tài)下的剪應(yīng)力分布4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)2.計(jì)算公式的適用條件1）上限條件2）下限條件4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)4.2.2矩形截面彎剪扭構(gòu)件配筋計(jì)算要點(diǎn)1.彎剪扭承載力之間的相關(guān)性在實(shí)際工程中，受扭構(gòu)件一般在有扭矩作用的同時(shí)還伴有彎矩和剪力的作用。當(dāng)構(gòu)件處于彎矩、剪力、扭矩共同作用的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，其受力情況比較復(fù)雜。試驗(yàn)表明，扭矩與彎矩或剪力同時(shí)作用于構(gòu)件時(shí)，會(huì)使原來(lái)受單獨(dú)內(nèi)力作用時(shí)的構(gòu)件承載力降低。4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)2.彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)1）剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系數(shù)βt由于彎剪扭三者之間的相關(guān)性過(guò)于復(fù)雜，完全按照其相關(guān)關(guān)系對(duì)承載力進(jìn)行計(jì)算是很困難的。實(shí)用計(jì)算方法是，將受彎承載力所需縱筋與受扭承載力所需縱筋分別計(jì)算，然后進(jìn)行疊加；箍筋按受扭承載力和受剪承載力分別計(jì)算其用量，然后進(jìn)行疊加。這是一種簡(jiǎn)單而且偏于安全的設(shè)計(jì)方法。4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)2）彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算公式（1）受扭承載力。（2）受剪承載力。4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)3）計(jì)算公式的適用條件（1）為避免超筋破壞，構(gòu)件截面尺寸應(yīng)滿足式（4-16）或式（4-17）的要求，否則應(yīng)增大截面尺寸或提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)。4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)（2）為避免少筋破壞，構(gòu)件截面尺寸同樣需滿足式（4-7）和式（4-8）的要求。當(dāng)滿足式（4-18）要求時(shí)，可不進(jìn)行構(gòu)件剪扭承載力計(jì)算，僅按構(gòu)造要求配置箍筋和抗扭縱筋。式中，各符號(hào)意義同前。當(dāng)符合式（4-19）或式（4-20）條件時(shí)，可不考慮抗剪承載力，僅按受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力和純扭構(gòu)件的受扭承載力分別進(jìn)行計(jì)算。4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)

式中，各符號(hào)意義同前。當(dāng)符合式(4-21)要求時(shí)，可不考慮抗扭承載力，僅按受彎和受剪承載力分別進(jìn)行計(jì)算。T≤0.175ftWt（4-21）式中，各符號(hào)意義同前。4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)凡是在構(gòu)件截面中有扭矩作用的構(gòu)件，都稱為受扭構(gòu)件。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，常見的受扭構(gòu)件處于彎矩、剪力、扭矩共同作用的復(fù)合受力狀態(tài)。受扭構(gòu)件的抗扭鋼筋有縱筋和箍筋兩種，受扭縱筋沿構(gòu)件截面周邊均勻?qū)ΨQ布置，且在截面四角必須設(shè)置；受扭箍筋要做成封閉式，其直徑和最大箍筋間距應(yīng)滿足模塊3對(duì)箍筋的有關(guān)構(gòu)造要求。鋼筋混凝土矩形截面純扭構(gòu)件根據(jù)受扭鋼筋的數(shù)量不同可分為少筋破壞、適筋破壞、部分超筋破壞和完全超筋破壞。根據(jù)它們的破壞特征可知，適筋破壞屬于延性破壞，少筋破壞和超筋破壞屬于脆性破壞，部分超筋破壞介于兩者之間。模塊小節(jié)4.2受扭構(gòu)件承載力計(jì)算要點(diǎn)

矩形截面純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算公式以適筋破壞為計(jì)算依據(jù)，由混凝土的受扭承載力和受扭鋼筋的受扭承載力兩部分組成。通過(guò)限制截面尺寸防止發(fā)生完全超筋破壞，通過(guò)控制受扭縱筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比ξ防止部分超筋破壞，通過(guò)滿足受扭縱筋和箍筋最小配筋率的要求防止發(fā)生少筋破壞。對(duì)于彎剪扭構(gòu)件，當(dāng)扭矩與彎矩或剪力同時(shí)作用于構(gòu)件時(shí)，其抵抗某種內(nèi)力的