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1、第八章 思考题 1.试述素混凝土矩形截面纯扭构件的破坏特征。 答： 素混凝土纯扭构件在纯扭状态下， 杆件截面中产生剪应力。 对于素混凝 土的纯扭构件， 当主拉应力产生的拉应变超过混凝土极限拉应变时， 构件即开裂。 第一条裂缝出现在构件的长边（侧面）中点，与构件轴线成 45方向，斜裂缝出 现后逐渐变宽以螺旋型发展到构件顶面和底面，形成三面受拉开裂，一面受压的 空间斜曲面，直到受压侧面混凝土压坏，破坏面是一空间扭曲裂面，构件破坏突 然，为脆性破坏。 2.试推导矩形截面受扭塑性抵抗矩的计算公式。 答：将矩形截面根据剪力分为四个部分，塑性地抗拒即为四部分对中性轴的 面积矩之和。 梯形： 梯= （ ）
2、2 4 + 2 2 2 3 2 = ( )2 8 + 3 12 三角形： 三= 1 2 2 ( 2 6) = 2(3 ) 24 = 2(梯+ 三) = 2( ) 2 8 + 3 12 + 2(3 ) 24 = (3 )2 6 3.钢筋混凝土纯扭构件有哪几种破坏形式？各有什么特点？ 答：钢筋混凝土纯扭构件有四种破坏形式。受力特点如下： （1）适筋破坏 当纵向钢筋和箍筋的数量配置适当时，在外扭矩作用下，混凝土开裂并退出 工作，钢筋应力增加但没有达到屈服点。随着扭矩荷载不断增加，与主斜裂缝相 交的纵筋和箍筋相继达到屈服强度，同时混凝土裂缝不断开展，最后形成构件三 面受拉开裂，一面受压的空间扭曲破坏面
3、，进而受压区混凝土被压碎而破坏，这 种破坏与受弯构件适筋梁类似，属延性破坏，以适筋构件受力状态作为设计的依 据。 （2）部分超筋破坏 当纵筋和箍筋不匹配，两者的配筋率相差过大，例如，纵筋的配筋率比箍筋 的配筋率小很多，破坏时仅纵筋屈服，而箍筋不屈服，反之，则箍筋屈服，纵筋 不屈服，此类构件称为部分超筋受扭构件。部分超筋受扭构件破坏时，亦具有一 定延性，但较适筋受扭构件破坏时的截面延性小。 （3）完全超筋破坏 当纵向钢筋和箍筋都配置过多或混凝土强度等级太低， 会发生纵筋和箍筋都 没有达到屈服强度， 而混凝土先被压碎的现象， 这种破坏与受弯构件超筋梁类似， 没有明显的破坏预兆，钢筋未充分发挥作用，
4、属脆性破坏，设计中应避免。为了 避免此种破坏， 混凝土结构设计规范对构件的截面尺寸作了限制，间接限定 抗扭钢筋最大用量。 （4）少筋破坏 当纵向钢筋和箍筋配置过少（或其中之一过少）时，混凝土开裂后，混凝土 承担的拉力转移给钢筋，钢筋快速达到屈服强度并进入强化阶段，其破坏特征类 似于受弯构件的少筋梁， 破坏扭矩与开裂扭矩接近， 破坏无预兆， 属于脆性破坏。 这种构件在设计中应避免。为了防止这种少筋破坏， 混凝土结构设计规范规 定， 受扭箍筋和纵向受扭钢筋的配筋率不得小于各自的最小配筋率，并应符合受 扭钢筋的构造要求。 4.钢筋混凝土弯剪扭构件的钢筋配置有哪些构造要求？ 答：纵筋的构造要求： 对于
5、弯剪扭构件，受扭纵向受力钢筋的间距不应大于 200mm 和梁的截面宽 度， 而且在截面四角必须设置受扭纵向受力钢筋，其余纵向钢筋沿截面周边均匀 对称布置。当支座边作用有较大扭矩时，受扭纵向钢筋应按受拉钢筋锚固在支座 内。 当受扭纵筋按计算确定时，纵筋的接头及锚固均应按受拉钢筋的构造要求进 行处理。 在弯剪扭构件中，弯曲受拉边纵向受拉钢筋的最小配筋量，不应小于按弯曲 受拉钢筋最小配筋率计算出的钢筋截面面积， 与按受扭纵向受力钢筋最小配筋率 计算并分配到弯曲受拉边的钢筋截面面积之和。 箍筋的构造要求 箍筋的间距及直径应符合受剪相关要求。箍筋应做成封闭式，且应沿截面周 边布置； 当采用复合箍筋时，
6、位于截面内部的箍筋不应计入受扭所需的箍筋面积； 受扭所需箍筋的末端应做成 135的弯钩，弯钩端头平直段的长度不应小于 10d （d 为箍筋直径） 。 5.在抗扭计算中，配筋强度比的物理意义是什么？有什么限制？ 答: 参数反映了受扭构件中抗扭纵筋和箍筋在数量上和强度上的相对关 系，称为纵筋和箍筋的配筋强度比，即纵筋和箍筋的体积比和强度比的乘积， 为箍筋的单肢截面面积，S 为箍筋的间距，对应于一个箍筋体积 的纵筋体积为，其中为截面内对称布置的全部纵筋截面 面积， 则； 试验表明， 只有当值在一定范围内时， 才可保证构件破坏时纵筋和箍筋的强度都得到充分利用， 规范要求值符合 0.617 的条件，当1
7、.7 时，取1.7。 6.在进行受扭构件设计时。怎样避免出现少筋构件和完全超配筋构件？ 答： 为防止少筋破坏， 规范对受扭构件的箍筋和纵筋分别规定了最小配筋率； 为防止超筋破坏， 混凝土结构设计规范对构件的截面尺寸作了限制，间接限 定抗扭钢筋最大用量。 7.剪扭共同作用时，剪扭承载力之间存在怎样的相关性？混凝土结构设计 规范如何考虑这些相关性？ 答： 同时受到剪力和扭矩作用的构件其承载能力低于剪力和扭矩单独作用时 的承载能力。对截面中的箍筋可按受扭承载力和受剪承载力分别计算其用量，然 后进行叠加；对混凝土部分，在剪扭承载力计算中有一部分被重复利用，所以对 其抗扭和抗剪能力应予以降低。 混凝土结
8、构设计规范采用折减系数来考虑 剪扭共同作用的影响。 8.在弯剪扭构件的承载力计算中，为什么要规定截面尺寸限制条件和构造配 筋要求？弯剪扭构件的最小配箍率和最小配筋率是如何规定的？ 答：限制截面尺寸是为了避免混凝土压碎的超筋破化；构造配筋是避免发生 少筋破坏。 受扭纵筋最小配筋率 = ,= 0.6 箍筋的最小配筋率 ，= 0.28 习题 1.已知一钢筋混凝土矩形截面纯扭构件，截面尺寸为b h = 200mm 450mm,所受的扭矩设计值 T=9.5kN m， 混凝土强度等级为 C25， 纵筋采用 HRB400 级钢筋，箍筋采用 HPB300 级，试配置抗扭箍筋和纵筋。 解： （1）C25 混凝土
9、 = 11.9/2 = 1.27/2 纵筋 HRB400 = 360/2 箍筋 HPB300 = 270/2 = 0= = 450 40 = 410 （2） = 410 200 = 2.05 4 = 2(3 ) 6 = 7.67 1063 0.8 = 9.5 103 103 0.8 7.67 106 = 1.548/2 0.7= 0.889/2 故需按计算配置受扭钢筋 （3）抗扭箍筋 = 2 (140 + 390) = 1060mm = 140 390 = 546002 取=1.2 1 = 0.35 1.2 = 9.5 106 0.35 1.43 7.67 106 1.21.2 270 546
10、00 = 0.2922/ 取箍筋直径为10（A=78.52）则得箍筋间距为 S 78.5 0.292 = 268.8 取 s=250mm = 总 = 2 78.5 200 250 = 0.314% ，= 0.28 = 0.28 1.27 270 = 0.132% 抗扭纵筋 = 1 = 1.2 270 0.292 1060 360 = 278.5682 梁上下端分别配受扭纵筋 = 278.568 140 1060 = 36.7922 选用 2 根直径为 5mm 的 HRB400 级钢筋= 392 梁两侧面分别配受扭纵筋 = 278.568 390 1060 = 102.4922 选用 2 根直径为 8.2mm 的 HRB400 级钢筋= 1062 最小配筋率 ,= 0.6 = 0.62 1.27 360 = 0.3% 上下面纵筋最小配筋量 , = 0.3% 200 450 140 1060 = 35.582 1.7 取 = 1.7 T = 0.35+ 1.2 1 = 0.35 1.27 1.302 107+ 1.21.7 270 78.5 83600 150 = 2.427 107N mm 0.8 = 2.33/2 0.25= 2.95 截面尺寸满足要求
