建筑結構第4章鋼筋混凝土受扭構件承載力計算

4.1鋼筋混凝土受扭構件的構造要求

4.2鋼筋混凝土純扭構件承載力計算

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

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

最小配筋率主要是為了防止構件發生“少筋”性質的脆性破壞，鋼筋混凝土受扭構件鋼筋的最小配筋為相當于素混凝土受扭構件所能承受的極限承載力相應的配筋率，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T/(Vb)>2.0時，取T/(Vb)=2.0。第4章鋼筋混凝土受扭構件承載力計算在彎剪扭構件中，配置在截面彎曲受拉邊的縱向受力鋼筋，其截面面積不應小于受彎構件受拉鋼筋最小配筋率計算出的鋼筋截面面積與受扭縱向鋼筋配筋率計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件中，箍筋的配筋率不應小于。4.1.4

鋼筋的構造要求按構造要求置受扭縱向鋼筋和箍筋：1）受扭縱向鋼筋的構造要求沿截面周邊布置的受扭縱向鋼筋的間距不應大于200mm和梁截面短邊長度；除應在梁截面四角設置受扭縱向鋼筋外，其余受扭縱向鋼筋宜沿截面周邊均勻對稱布置。受扭縱向鋼筋應按受拉鋼筋錨固在支座內。第4章鋼筋混凝土受扭構件承載力計算2）箍筋的構造要求箍筋的間距應符合表4.1的規定，其中受扭所需的箍筋應做成封閉式，且應沿截面周邊布置；當采用復合箍筋時，位于截面內部的箍筋不應計入受扭所需的箍筋面積；受扭所需箍筋的末端應做成135°彎鉤，彎鉤端頭平直段長度不應小于10d（d為箍筋直徑），合理的抗扭箍筋應該是沿45°方向布置的螺旋箍筋，但是這種方式非但施工不方便，并且只能適應一個方向的扭矩。

圖4.4鋼筋構造要求表4.1梁中箍筋的最大間距（mm）4.2鋼筋混凝土純扭構件承載力計算4.2.1矩形截面純扭構件的破壞形態第4章鋼筋混凝土受扭構件承載力計算抗扭鋼筋包括抗扭縱向鋼筋和抗扭橫向箍筋。鋼筋混凝土構件的受扭破壞形態主要與配筋量多少有關。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純扭破壞形態第4章鋼筋混凝土受扭構件承載力計算1）少筋破壞當抗扭鋼筋配置過少時，裂縫首先出現在截面長邊中點處，并迅速沿45°方向向鄰邊兩個短邊的面上發展，在第四個面上出現裂縫后（壓區很小）構件就突然破壞，破壞面為空間一扭曲裂面。破壞鋼筋不僅屈服還可經過流幅進入強化階段甚至被拉斷，構件截面的扭轉角較小（見圖4.7曲線1）。破壞無任何預兆，屬于脆性破壞，這類破壞稱為少筋破壞（見圖4.6）。構件受扭極限承載力控制于控制于混凝土抗拉強度及截面尺寸，在設計中應予避免。此類破壞模型是求混凝土開裂扭矩的試驗依圖4.7扭矩—扭轉角關系曲線2）超筋破壞當抗扭鋼筋配置過多時，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。構件破壞時螺旋裂縫很多，都很細，抗扭鋼筋均未達到屈服強度。破壞時扭轉角也較小（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）。構件受扭極限承載力控制于混凝土抗壓強度及截面尺寸，在設計中應予避免。此類破壞模型是求得抗扭鋼筋最大值的試驗依據。3）適筋破壞當配置適量的抗扭鋼筋時，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生的。裂縫最初的發生如同少筋破壞，但由于抗扭鋼筋用量適當，在出現第一條裂縫后抗扭鋼筋就發揮作用，使構件在破壞前形成多條裂縫，當通過主裂縫的抗扭鋼筋達到屈服強度后，構件在主裂縫的第四個面上的受壓區混凝土被壓碎時破壞。破壞時，扭轉角較大（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）。此類破壞模型是設計的試驗依據。為了使受扭構件的破壞形態呈現適筋破壞，充分發揮抗扭鋼筋的作用，抗扭縱筋和抗扭箍筋應有合理的最佳搭配。《規范》引入系數，

為受扭構件縱向鋼筋與箍筋的配筋強度比。第4章鋼筋混凝土受扭構件承載力計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，致使混凝土壓碎時兩者之一（箍筋或縱筋）尚不屈服，這種破壞稱為部分超筋破壞，破壞時構件有一定的延性，設計可采用，但不經濟；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件承載力計算4.2.2純扭構件的承載力計算1）矩形截面純扭構件的承載力計算鋼筋混凝土純扭構件的承載力計算，已有較接近實際的理論計算方法，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。但由于受扭構件的受力復雜，影響因素又很多，因此實際計算時要對試驗結果進行修正。《規范》中矩形截面純扭構件承載力的計算公式是在變角空間桁架模型理論的基礎上根據試驗分析得到的：2）帶翼緣截面純扭構件的承載力計算由試驗可知，帶翼緣的T形、L形、和工字形截面構件受扭時第一條斜裂縫仍出現在構件腹板側面中部，裂縫的發展和破壞形態與矩形截面相似。矩形截面構件在彎、剪、扭共同作用下，由于內力比值（扭彎比扭剪比）、配筋率、截面尺寸、材料強度不同，有三種典型的破壞形態：彎型破壞、扭型破壞、剪扭型破壞。第4章鋼筋混凝土受扭構件承載力計算《規范》對帶翼緣的受扭構件承載力計算，采用的仍是將其劃分為若干個矩形截面分別計算的簡化方法。4.3鋼筋混凝土構件在彎、剪、扭共同作用下的承載力4.3.1矩形截面構件在彎、剪、扭共同作用下的破壞形態

（a）彎型破壞（b）扭型破壞（c）剪扭破壞

圖4.11矩形截面構件在彎、剪、扭共同作用下的破壞形態

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

帶翼緣截面構件在彎、扭共同作用下的承載力計算，可分別按彎、扭單獨作用時相應方法進行（受彎按T形截面，受扭按腹板和上、下翼緣截面）。4.3.4矩形截面構件在彎、剪、扭作用下的承載力計算

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