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1、模块5 钢筋混凝土受扭构件承载力计算,学习目标 知识目标： 1.了解受扭构件的种类 2. 理解受扭构件的受力特点及构造要求的应用 3. 熟练掌握矩形截面纯扭构件配筋计算 技能目标： 1. 具有进行一般混凝土结构受扭构件截面设计的能力，为建筑 结构设计工作打下基础。 2. 具有能综合应用所学知识分析和解决实际施工过程中出现的一般性结构问题的能力。 3. 能够看懂雨蓬的结构施工图，并且可以指导工人钢筋下料。,5.1 受扭构件概述,扭转是结构构件基本受力形态之一。在钢筋混凝土结构中，构件受纯扭的情况较少，通常都是在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的受力状态。例如钢筋混凝土雨篷梁、框架边梁、曲梁、吊车梁、螺
2、旋形楼梯等，均属于受弯剪扭构件（图5.1）。,(a)雨蓬梁 (b)折线梁 (c)框架边梁 (d)吊车梁图 5.1钢筋混凝土受扭构件,5.1.1 扭转分类,构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出，与构件刚度无关，如图所示支承悬臂板的梁、偏心荷载作用下的梁（箱形梁、吊车梁），称为平衡扭转。对于平衡扭转，受扭构件必须提供足够的抗扭承载力，否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏。如图5. 1d吊车梁 在超静定结构，若扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的，扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关，称为约束扭转。对于约束扭转，由于受扭构件在受力过程中的非线性性质，扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定值，需要考
3、虑内力重分布进行扭矩计算。如图5.1c边梁，与抗扭刚度有关且会产生内力重分布。 技术提示： 扭转是结构构件受力的一种基本形式。构件截面受有扭矩，或者截面所受的剪力合力不通过构件截面的弯曲中心，截面就要受扭。,5.2 纯扭构件承载力计算,5.2.2 纯扭构件的受力分析 1.破坏特征 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
4、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。,当箍筋和纵筋配置都过大时，则会在钢筋屈服前混凝土就压坏，为受压脆性破坏。受扭构件的这种超筋破坏称为完全超筋，受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。 由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成，当两者配筋量相差过大时，会出现一个未达到屈服、另一个达到屈服的部分超筋破坏情况。 2配筋强度比 z 由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成，其受扭性能及其极限承载力不仅与配筋量有关，还与两部分钢筋的配筋强度比z 有关。试验表明，当0.5z 2.0范围时，受扭破坏时纵筋和箍筋基本上都能达到屈服强度。但由于配筋量的差别，屈服的
5、次序是有先后的。规范建议取0.6z 1.7，设计中通常取z =1.01.3。,5.2.3素混凝土纯扭构件的承载力计算,受扭构件的扭曲截面承载力计算中，首先需要计算构件的开裂扭矩。如果外扭矩大于构件的开裂扭矩，则还要按计算配置抗扭纵筋和箍筋，以满足对构件的承载力要求。否则，可按构造配置钢筋。 在纯扭构件中，构件裂缝与轴线成45角。素混凝土既非完全弹性，又非理想塑性，是介于两者之间的弹塑性材料。因而受扭时的极限应力分布将介于上述两种情况之间。故为了实用，可乘以一个0.7的折减系数，可得素混凝土构件的受扭承载力即开裂扭矩为： （ 5. 1 ）,5.2.4钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算,构件的抗扭承载
6、力由混凝土的抗扭承载力和箍筋与纵筋的抗扭承载力两部分构成，即： Tu=Tc+Ts ( 5. 2 ) 式中：Tu钢筋混凝土纯扭构件的抗扭承载力； Tc钢筋混凝土纯扭构件混凝土所承受的扭矩； Ts钢筋混凝土纯扭构件钢筋承受的扭矩。 根据国内大量试验结果，混凝土结构设计规范GB50010-2010建议钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受扭承载力按下列公式计算： T ( 5. 3 ),若在0.52.0范围内变化，构件破坏时，其受扭纵筋和箍筋应力均 可到达屈服强度。为稳妥起见，规范取的限制条件为： 0.61.7，当 17时，按1.7计算。 受扭构件的箍筋在整个长度上均受拉力，因此箍筋应做成封闭型，箍筋末端应弯
7、折135，弯折后的直线长度不应小于5倍箍筋直径。箍筋间距应满足受剪最大箍筋间距要求，且不大于截面短边尺寸。受扭纵筋应沿截面周边均匀布置，在截面四角必须布置受扭纵筋，纵筋间距不大于300mm。 受扭纵筋的搭接和锚固均应按受拉钢筋的构造要求处理。 技术提示： 1由于在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，各项承载力是相互关联的，其相互影响十分复杂。为了简化，可以将受弯所需的纵筋与受扭所需纵筋分别计算后进行叠加，而对剪扭作用为避免混凝土部分的抗力被重复利用，考虑混凝土项的相关作用，箍筋的贡献则采用简单叠加方法。 2.对于在轴向压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下的钢筋混凝土矩形截面框架柱，其配筋计算方法与弯剪扭
8、构件相同。,5.3 受扭构件构造要求,5.3.1截面尺寸限制条件 为了避免受扭构件配筋过多发生完全超配筋性质的脆性破坏，规范规定了构件截面承载力的上限，即 当 （或 ）时 （ 5.4 ） 当 （或 ）时 （ 5.5 ） 当 （或 ）时，按线性内插法确定。 当上式不能满足时，应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级。,5.3.2. 构造配筋条件,由纯扭构件受力性能的试验研究可知，在受扭开裂前，配筋构件主要依靠混凝土承担扭矩引起的主拉应力，配筋的作用很小，其开裂扭矩可近似地按素混凝土计算（式5.1）。因此当截面中的设计扭矩不大于截面的开裂扭矩时，亦即满足 （ 5.6 ） 可不进行抗扭计算，而只需按构造配
9、置抗扭钢筋。 对于剪扭构件，规范规定符合以下条件时，可不进行抗扭和抗剪承载力计算，仅需按构造配置箍筋和抗扭纵筋： （ 5.7 ）,5.3.3.最小配筋率,为了防止构件发生“少筋”性质的脆性破坏，在弯剪扭构件中箍筋和纵向钢筋的配筋率和构造要求应符合下列规定： （1）箍筋的配筋率不应小于其最小配筋率，即： （ 5.8 ） 式中 （ 5.9 ） （2）纵向钢筋的配筋率，不应小于受弯构件纵向受力钢筋的最小配筋率与受扭构件纵向受力钢筋的最小配筋率之和。对受弯构件纵向受力钢筋的最小配筋率，可按附表7的规定取值；对受扭的纵向受力钢筋，要求： （ 5.10 ） 其中当 时，取 。,5.3.4.箍筋的形式与抗扭
10、纵筋的布置,为了保证箍筋在整个周长上都能充分发挥抗拉作用，受扭构件中的箍筋必须将其做成封闭式，当采用绑扎骨架时，应采用（图5.2）所示的箍筋形式，但箍筋的端部应做成1350的弯钩，弯钩末端的直线长度不应小于（为钢筋直径）。此外，箍筋的直径和间距还应符合受弯构件对箍筋的有关规定。 构件中的抗扭纵筋应尽可能均匀的沿截面周边对称布置，间距不应大于200mm，也不应大于截面短边尺寸。在截面的四角必须设有抗扭纵筋。如果抗扭纵筋在计算中充分利用其强度时，则其接头和锚固均应按受拉钢筋的有关要求处理。,图5.2受扭构件箍筋的构造,基础训练,1.钢筋混凝土纯扭构件的破坏有几种类型？各有何特点？ 2.在抗扭计算中
11、如何避免少筋破坏？ 3.为使抗扭纵筋与箍筋相互匹配，有效地发挥抗扭作用，对两者配筋强度比应满足什么条件? 4.受扭构件中抗扭纵筋、箍筋有哪些要求？ 5. 纯扭构件，应如何配置受扭钢筋？ 6.受扭构件对截面有哪些限制条件？ 7.素混凝土纯扭构件截面承力如何计算？ 8.弯扭构件什么情况下按构造配置受扭钢筋？ 9.T形、I字形截面抗扭构件承载力计算时，有效翼缘宽度应符合哪些条件？ 10.已知钢筋混凝土矩形截面纯扭构件，其截面尺寸b=200mm,h=350mm,承受设计扭矩T=8.6106Nmm，混凝土采用C25（ft=1.27N/mm2,fc=11.9N/mm2），钢筋级（fy=210N/mm2），试计算其配筋。 注： ；,
