文档介绍：第八章受扭构件截面承
载力计算
重点与难点

(1)试验研究分析
1)无筋矩形截面
在纯扭矩作用下,无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与均质弹性材料类似的性质,截面长边中点剪应力最大,在截面四角点处剪应力为零。当截面长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时,构件就会开裂。随着扭矩的增加,裂缝与构件纵轴线成450角向相邻两个面延伸,最后构件三面开裂,一面受压,形成一空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂,破坏突然,属于脆性破坏,抗扭承载力很低。
当扭矩很小时,混凝土未开裂,钢筋拉应力也很低,构件受力性能类似于无筋混凝土截面。随着扭矩的增大,在某薄弱截面的长边中点首先出现斜裂缝,此时扭矩稍大于开裂扭矩Tcr。斜裂缝出现后,混凝土卸载,裂缝处的主拉应力主要由钢筋承担,因而钢筋应力突然增大。当构件配筋适中时,荷载可继续增加,随之在构件表面形成连续或不连续的与纵轴线成约35º~55º的螺旋形裂缝。扭矩达到一定值时,某一条螺旋形裂缝形成主裂缝,与之相交的纵筋和箍筋达到屈服强度,截面三边受拉,一边受压,最后混凝土被压碎而破坏。破裂面为一空间曲面。
2)钢筋混凝土矩形截面
(2)截面破坏的几种形态
1)少筋破坏
当纵筋和箍筋中只要有一种配置不足时便会出现此种破坏。斜裂缝一旦出现,其中配置不足的钢筋便会因混凝土卸载很快屈服,使构件突然破坏。破坏属于脆性破坏,类似于粱正截面承载能力时的少筋破坏。设计中通过规定抗扭纵筋和箍筋的最小配筋率来防止少筋破坏;
2)适筋破坏
如前所述,当构件纵筋和箍筋都配置适中时出现此种破坏。从斜裂缝出现到构件破坏要经历较长的阶段,有较明显的破坏预兆,因而破坏具有一定的延性。
3)部分超筋破坏
当纵筋或箍筋其中之一配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎,配置过多的钢筋达不到屈服,破坏过程有一定的延性,但较适筋破坏的延性差。
4)超筋破坏
当纵筋和箍筋都配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎,而纵筋和箍筋都不屈服,破坏突然,因,而延性差,类似于梁正截面设计时的超筋破坏。设计中通过规定最大配筋率或限制截面最小尺寸来避免。
(3)矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩
矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩Tcr按下式计算
式中 ——考虑到混凝土非完全塑性材料的强度降低系数;
f t——混凝土抗拉强度设计值;
Wt——截面抗扭抵抗矩,按下式计算
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。
(4)纯扭构件抗扭承载力计算
1)矩形截面
根据变角度空间模型或扭曲破坏面极限平衡理论,矩形截面纯扭构件抗扭承载力计算公式如下
式中 fyv——抗扭箍筋抗拉强度设计值;
Ast1——抗扭箍筋的单肢截面面积,
s ——抗扭箍筋的间距;
Acor——截面核芯部分面积,即由箍筋内表面所围成的截面面积;
bcor, hcor——分别为核芯部分短边及长边尺寸;
ζ——纵向钢筋与箍筋的配筋强度之比;
fy——纵向钢筋抗拉强度设计值;
根据试验,≤ζ≤,破坏时纵筋和箍筋都能达到屈服。但为了稳妥起见,《规范》≤ζ≤。当ζ=,效果最佳。因此设计时通常取ζ=~。
Ast1——对称布置的全部纵向钢筋截面面积;
U cor——截面核芯部分周长。
2)T形或工字形截面
对于T形或工字形截面构件,《规范》将其划分为若干个矩形截面,然后按矩形截面分别进行配筋计算。矩形截面划分的原则是首先保证腹板截面的完整性,然后再划分受压和受拉翼缘,如图所示。划分的矩形截面所承担的扭矩,按其受扭抵抗矩与截面总受扭抵抗矩的比值进行分配。
对腹板、受压和受拉翼缘部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩Wtw、Wtf′和Wtf分别按下列公式计算
截面总的受扭塑性抵抗矩为
有效翼缘宽度应满足bf' ≤b+6hf' 及bf ≤b+6hf的条件,且hw/b≤6。