钢筋混凝土受扭构件设计

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整个破坏过程有一定的延性和较明显的预兆，工程设计中应设计成具有这种破坏特征的构件。
• ３．部分超筋破坏 • 当构件中的箍筋或纵筋配置过多时，构件破坏前，数量相对较少的那
部分钢筋受拉屈服，而另一部分钢筋直到构件破坏仍未能屈服。由于构件破坏时有部分钢筋达到屈服，破坏特征并非完全脆性，所以这类构件在设计中允许采用，但不经济。 • ４．完全超筋破坏 • 当构件中的箍筋和纵筋配置过多时，在两者都未达到屈服前，构件中混凝土被压碎而导致突然破坏。
任务5.2 纯扭构件的承载力计算
• 根据试验结果，受扭构件的破坏可分为四类： • １．少筋破坏 • 当构件中的箍筋和纵筋或者其中之一配置过少，配筋构件的抗扭承载
力与素混凝土构件抗扭承载力几乎相等。这种破坏层脆性，没有任何预兆，在工程设计中应予以避免。因此，应控制受扭构件箍筋和纵筋的最小配筋率。 • ２．适筋破坏 • 当构件中的箍筋和纵筋配置适当时，构件上先后出现多条呈４５°走向的螺旋裂缝，随着与其中一条裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服，该条裂缝不断加宽，形成三面开裂、一边受压的空间破坏面，最后受压边混凝土被压碎，构件破坏。
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任务5.2 纯扭构件的承载力计算
剪应力τ，其分布规律如图５-５所示。最大剪应力τmax发生在截面长边的中点，与该点剪应力作用相对应的主拉应力σtp和主压应力σcp分别与构件轴线成４５°方向，其大小均为τmax 。
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任务5.2 纯扭构件的承载力计算
• 当主拉应力σtp超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将沿主压应力方向开裂，并发展成螺旋形裂缝。
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任务5.2 纯扭构件的承载力计算
• 5.2.1矩形截面纯扭构件的破坏形态
• 试验表明，素混凝土构件在扭矩作用下，首先在构件一个长边侧面的中点m附近出现斜裂缝。该条裂缝沿着与构件轴线约４５°的方向迅速延伸，到达该侧面的上、下边缘a、b两点后，在顶面和底面上大致沿４５°方向继续延伸到c、d两点，形成构件三面开裂一面受压的受力状态。最后，受压面c、d两点连线上的混凝土被压碎，构件裂断破坏。破坏面为一个空间扭曲面（图５-２）。构件破坏具有突然性，属脆性破坏。
• 配有适量纵筋和箍筋的矩形截面构件在扭矩作用下，裂缝出现前，钢筋应力很小，抗裂扭矩Tcr与同截面的素混凝土构件极限扭矩Tu几乎相等，配置的钢筋对抗裂扭矩Tcr的贡献很少。
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任务5.2 纯扭构件的承载力计算
• 裂缝出现后，由于钢筋的存在，构件并不立即破坏，而是随着外扭矩的增加，构件表面逐渐形成大体连续、近于４５°方向呈螺旋式向前发展的斜裂缝（图５-３），而且裂缝之间的距离从总体来看是比较均匀的。此时，原由混凝土承担的主拉力大部分由与斜裂缝相交的箍筋和抗扭纵筋承担，构件可以继续承受更大的扭矩。
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任务5.1 受扭构件的分类
• 实际工程中承受扭矩作用的构件，大多数情况下还同时承受弯矩、剪力的共同作用，如雨篷梁、吊车横向制动力作用下的吊车梁等。因此，受扭构件承载力计算，实质上是一个弯剪扭的复合受力计算问题。为便于分析，本项目首先介绍纯扭构件的承载力计算，然后再介绍弯剪扭共同作用下的承载力计算问题。
• 按照弹性理论，当σtp＝ τmax ＝ft 时的扭矩即为开裂扭矩Tcr，按下列公式计算：
• 对于理想的塑性材料，在弹性阶段，最大剪应力发生在截面长边的中点，当该剪应力达到屈服点时，并不说明构件破坏，仅说明构件开始进入塑性阶段，仍能继续增加荷载，直到截面上的应力全部达到屈服点后，构件才开始丧失承载力而破坏。这时，截面上的剪应力分布如图５-６（ａ）所示。
• 纯扭构件中，最合理的抗扭配筋方式是在构件靠近表面处设置呈４５ °方向的螺旋形箍筋，其方向与混凝土的主拉应力方向相平行，也就是与裂缝相垂直，但是螺旋箍筋施工比较复杂，实际上很少采用。实际工程中，一般采用靠近构件表面设置的横向箍筋和沿构件周边均匀对称布置的纵向钢筋共同组成抗扭钢筋骨架。
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任务5.2 纯扭构件的承载力计算
• 为稳妥计，《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０—２０１０）规定，ζ 应满足０．６≤ζ≤１．７，当ζ＞１．７时，取ζ＝１．７。当ζ接近１．２时，为钢筋达到屈服的最佳值。
• 5.2.2矩形截面纯扭构件的开裂扭矩及承载力计算
• 5. 2.2. 1矩形截面纯扭构件开裂扭矩计算 • 对于匀质弹性材料，矩形截面在扭矩T的作用下，截面中各点均产生
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任务5.2 纯扭构件的承载力计算
• 这类构件破坏具有明显的脆性，工程设计中也应予以避免。 • 试验研究表明，为了使抗扭箍筋和抗扭纵筋均能得以充分利用，共同
发挥抗扭作用，应将两种钢筋的用量比例控制在合理的范围内，采用纵向钢筋与箍筋的配筋强度比值ζ进行控制：
• 试验表明，只有当ζ值在０．５～２．０范围内，才能保证构件破坏时纵筋和箍筋的强度得到充分利用。
项目5 钢筋混凝土受扭构件设计
• 任务5.1 受扭构件的分类 • 任务5.2 纯扭构件的承载力计算 • 任务5.3 弯剪扭构件的承载力计算
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任务5.1 受扭构件的分类
• 扭转是结构构件受力的一种基本形式。构件截面受有扭矩，截面就要受扭。受扭构件是指处于扭矩作用下的受力构件。
• 钢筋混凝土结构中，构件受到的扭矩作用通常可分为两类：第一类是由荷载作用直接引起，并且由结构的平衡条件所确定的扭矩，它是维持结构平衡不可缺少的主要内力之一，通常称这类扭矩为“平衡扭矩 ”。常见的这一类扭矩作用的构件有雨篷梁［图５-１（ａ）］和吊车横向制动力作用下的吊车梁［图５-１（ｂ）］等。第二类是由于相邻构件的弯曲转动受到支承梁的约束，在支承梁内引起的扭转，其扭矩由于梁的开裂会产生内力重分布而减小，这类扭矩一般称为“变形协调扭矩”，其值不能仅由平衡条件得出，需结合变形协调条件才能求得。