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第八章 钢筋混凝土受扭构件 目 录 8.1 概述 8.2 构件的开裂扭矩 8.3 纯扭构件的受扭承载力计算 8.4 弯剪扭构件承载力计算 课 程 要 求 1．掌握矩形截面纯扭构件的受力性能、破坏 特点和配筋计算特点。 2．掌握弯剪扭构件的计算特点，了解按《规范》的配筋计算方法和构造要求。 第8.1节 概 述 扭转是结构构件受力的基本形式之一，凡是在构件截面中有扭矩作用的构件，都称为受扭构件。钢筋混凝土结构中经常出现承受扭矩作用的构件，如雨棚梁、现浇框架边梁、吊车梁等均属于受扭构件，如图8－1。 图8—1 工程中的钢筋混凝土受扭构件 两类受扭构件 钢筋混凝土结构在扭矩作用下，根据扭矩形成的原因，可以分为两种类型：平衡扭转和约束扭转。 第8.2节 构件的开裂扭矩 本节目录 1.开裂前的应力状态 2.矩形截面开裂扭矩 3.T形截面开裂扭矩 基本要求 1.了解受扭构件开裂前应力状态及受扭构件开裂、破坏 过程 ； 2. 掌握矩形、T形截面塑性抵抗矩的计算公式； 3.了解矩形、T形截面开裂扭矩的计算方法。 8.2.1 开裂前的应力状态 裂缝出现前，钢筋混凝土纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻合。由于开裂前受扭钢筋的应力很低，可忽略钢筋的影响。 矩形截面受扭构件在扭矩T作用下截面上的剪应力分布情况，最大剪应力τmax发生在截面长边中点 ◆ 由材料力学知，构件侧面的主拉应力σtp和主压应力σcp相等。 ◆ 主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。 ◆ 当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件中某个薄弱部位形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。 ◆ 对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件破坏，破坏面呈一空间扭曲曲面。 8.2.2 矩形截面开裂扭矩 按弹性理论，当主拉应力 = = 时 按塑性理论，对理想弹塑性材料，截面上某一点达到强度时并不立即破坏，而是保持极限应力继续变形，扭矩仍可继续增加，直到截面上各点应力均达到极限强度，才达到极限承载力。 此时截面上的剪应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为 ，分别计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩为 ◆ 混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介于两者之间的弹塑性材料。 ◆ 达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也是介于Tcr,e和Tcr,p之间。 ◆ 为简便实用，可按塑性应力分布计算，并引入修正降低系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。 ◆ 根据实验结果，修正系数在0.87~0.97之间，《规范》为偏于安全起见，取 0.7。于是，开裂扭矩的计算公式为 截面受扭塑性抵抗矩 箱形截面 ◆ 封闭的箱形截面，其抵抗扭矩的作用与同样尺寸的实心截面基本相同。 ◆ 实际工程中，当截面尺寸较大时，往往采用箱形截面，以减轻结构自重，如桥梁中常采用的箱形截面梁。 ◆ 为避免壁厚过薄对受力产生不利影响，规定壁厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6 8.2.3 T矩形截面开裂扭矩 带翼缘截面 有效翼缘宽度应满足bf ≤b+6hf 及bf ≤b+6hf的条件，且hw/b≤6。 第8.3节 纯扭构件的受扭承载力计算 本节目录 1．抗扭配筋的形式 2．受扭构件的试验研究结果 3．矩形截面纯扭构件承载力计算 基本要求 1．了解抗扭配筋的形式； 2．了解纯扭构件受扭破坏的形式； 3．掌握矩形、T形和I形截面纯扭构件承载力计算 方法 。 8.3.1 抗扭配筋的形式 ■ 由前述主拉应力方向可见，受扭构件最有效的配筋应形式是沿主拉应力迹线成螺旋形布置。 ■ 但螺旋形配筋施工复杂，且不能适应变号扭矩的作用。 ■ 实际受扭构件的配筋是采用箍筋与抗扭纵筋形成的空间配筋方式。 8.3.2 受扭构件的试验研究结果 按照配筋率的不同，受扭构件的破坏形态也可分为适筋破坏、少筋破坏和超筋破坏。 ◆ 对于箍筋和纵筋配置都合适的情况，与临界（斜）裂缝相交的钢筋都能先达到屈服，然后混凝土压坏，与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性。破坏时的极限扭矩与配筋量有关。 ◆ 当配筋数量过少时，配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。 ◆ 当