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1、重庆水电职院建筑系 熊川楠第第4章章 钢筋混凝土受拉构件及钢筋混凝土受拉构件及受扭构件受扭构件n n一、钢筋混凝土受拉构件一、钢筋混凝土受拉构件n n二、钢筋混凝土受扭构件二、钢筋混凝土受扭构件重庆水电职院建筑系 熊川楠4.1 4.1 钢筋混凝土受拉构件钢筋混凝土受拉构件 钢筋混凝土受拉构件可分为钢筋混凝土受拉构件可分为轴心受拉构件轴心受拉构件和和偏心受偏心受拉构件拉构件。 当轴向拉力作用线与构件截面形心线重合时，为轴当轴向拉力作用线与构件截面形心线重合时，为轴心受拉构件，如钢筋混凝土屋架的下弦杆、圆形水池心受拉构件，如钢筋混凝土屋架的下弦杆、圆形水池等；当轴向拉力作用线偏离构件截面形心线或同
2、时由等；当轴向拉力作用线偏离构件截面形心线或同时由轴心拉力和弯矩作用时轴心拉力和弯矩作用时,为偏心受拉构件为偏心受拉构件,如钢筋混凝土如钢筋混凝土矩形水池、双肢柱的肢杆等。矩形水池、双肢柱的肢杆等。 受拉构件除了需要进行正截面承载力或斜截面承载受拉构件除了需要进行正截面承载力或斜截面承载力计算外力计算外,根据不同的要求根据不同的要求,还需进行抗裂或裂缝宽度验还需进行抗裂或裂缝宽度验算算。本节只介绍承载力计算方法。本节只介绍承载力计算方法。重庆水电职院建筑系 熊川楠 受拉构件的截面形状一般为受拉构件的截面形状一般为方形、矩形和圆形等对称截方形、矩形和圆形等对称截面面，为方便施工，通常采用矩形截面
3、。，为方便施工，通常采用矩形截面。 轴心受拉构件纵向受拉钢筋在截面中对称布置或沿截轴心受拉构件纵向受拉钢筋在截面中对称布置或沿截面周边均匀布置，宜选配直径小的受拉钢筋。轴心受拉构面周边均匀布置，宜选配直径小的受拉钢筋。轴心受拉构件一侧的受拉钢筋的配筋率应不小于件一侧的受拉钢筋的配筋率应不小于0.2%和和0.45ft/fy中的较中的较大值。箍筋直径不宜小于大值。箍筋直径不宜小于6 mm，间距不宜大于，间距不宜大于200 mm ，屋架腹杆不宜大于屋架腹杆不宜大于150 mm。 受拉钢筋必须采用焊接接头，仅圆形池壁或管中允许受拉钢筋必须采用焊接接头，仅圆形池壁或管中允许采用搭接接头；但接头应错开，搭
4、接长度不应小于采用搭接接头；但接头应错开，搭接长度不应小于1.2la和和300 mm。1、构造要求、构造要求一、钢筋混凝土轴心受拉构件一、钢筋混凝土轴心受拉构件 重庆水电职院建筑系 熊川楠2、轴心受拉构件正截面承载力计算、轴心受拉构件正截面承载力计算 轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向拉钢筋达到其受轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向拉钢筋达到其受拉屈服强度，正截面承载力公式如下：拉屈服强度，正截面承载力公式如下： 纵向钢筋抗拉强度设计值；纵向钢筋抗拉强度设计值；N 轴心受拉承载力设计值。轴心受拉承载力设计值。 轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过
5、程分为三个阶段：从加载到混凝土受拉开裂前，混凝土开裂后到钢筋即将屈从加载到混凝土受拉开裂前，混凝土开裂后到钢筋即将屈服，受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服。服，受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服。重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠 偏心受拉构件按轴向拉力的作用位置不同，可分为偏心受拉构件按轴向拉力的作用位置不同，可分为大偏心受拉大偏心受拉构件和构件和小偏心受拉小偏心受拉构件。构件。 当轴向拉力当轴向拉力N作用在作用在As和之间时，称为小偏心受拉构和之间时，称为小偏心受拉构件；当轴向拉力作用在件；当轴向拉力作用在As和之外时，称为大偏心受拉构和之外时，称为大偏心受拉构件
6、。件。 大、小偏心受拉构件的承载力计算公式截然不同。大、小偏心受拉构件的承载力计算公式截然不同。1、正截面承载力计算、正截面承载力计算二、钢筋混凝土偏心受拉构件二、钢筋混凝土偏心受拉构件 重庆水电职院建筑系 熊川楠（1）小偏心受拉公式：）小偏心受拉公式：当对称配筋时：当对称配筋时： 重庆水电职院建筑系 熊川楠（2）大偏心受拉公式：）大偏心受拉公式：公式适用条件：公式适用条件：重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠2、斜截面承载
7、力计算、斜截面承载力计算 不等式右侧的一、二两项采用与受集中荷载的受弯构件相同不等式右侧的一、二两项采用与受集中荷载的受弯构件相同的形式，第三项则考虑了轴向垃圾对抗剪强度的降低。考虑上的形式，第三项则考虑了轴向垃圾对抗剪强度的降低。考虑上面所说的构件内箍筋抗剪能力基本未变的特点，规范还要求上面所说的构件内箍筋抗剪能力基本未变的特点，规范还要求上式右侧计算出的数值不得小于式右侧计算出的数值不得小于计算公式：计算公式：重庆水电职院建筑系 熊川楠6.2 6.2 钢筋混凝土受扭构件钢筋混凝土受扭构件 1、凡是由扭矩作用的构件统称为受扭构件。、凡是由扭矩作用的构件统称为受扭构件。 在在钢钢筋筋混混凝凝土
8、土结结构构中中，纯纯扭扭构构件件是是很很少少见见的的，在在扭扭矩矩作作用用的的同同时时往往往往还还有有弯弯矩矩、剪剪力力作作用用。例例如如，钢钢筋筋混混凝凝土土雨雨篷篷梁梁、钢钢筋筋混混凝凝土土现现浇浇框框架架边边梁梁及及单单层层工工业业生生产产厂厂房房中中的的吊吊车车梁梁等等，都都属属于于扭扭转且弯曲的构件，如图转且弯曲的构件，如图6-3所示。所示。重庆水电职院建筑系 熊川楠重庆水电职院建筑系 熊川楠2、扭转的类型：、扭转的类型：（1）平衡扭转：）平衡扭转： 构件的扭矩是由荷载的直接作用所引起的，构件的内扭矩构件的扭矩是由荷载的直接作用所引起的，构件的内扭矩是用以平衡外扭矩即满足静力平衡条件
9、所必需的，如雨篷是用以平衡外扭矩即满足静力平衡条件所必需的，如雨篷梁、吊车梁等。梁、吊车梁等。 （2）协调扭转或附加扭转：）协调扭转或附加扭转： 扭转由变形引起，并由变形连扭转由变形引起，并由变形连续条件所决定。如与次梁相连续条件所决定。如与次梁相连的边框架的主梁扭转。的边框架的主梁扭转。 图图6-2 协调扭转协调扭转 本章主要讨论平衡扭转计算，本章主要讨论平衡扭转计算，协调扭转可用构造钢筋或内力协调扭转可用构造钢筋或内力重分布方法处理。重分布方法处理。重庆水电职院建筑系 熊川楠（3）抗扭钢筋的形式：）抗扭钢筋的形式： 图图6-3 抗扭钢筋形式抗扭钢筋形式抗弯抗弯 纵向钢筋；纵向钢筋；抗剪抗剪
10、 箍筋或箍筋箍筋或箍筋+弯筋；弯筋；抗扭抗扭 箍筋箍筋+沿截面周边均匀布沿截面周边均匀布 置的纵筋，且箍筋与纵置的纵筋，且箍筋与纵 筋的比例要适当。筋的比例要适当。（4）受扭构件分类：）受扭构件分类：根据截面上存在的内力情况分为纯扭、弯扭、剪扭、弯剪扭。根据截面上存在的内力情况分为纯扭、弯扭、剪扭、弯剪扭。土木工程中的受扭构件一般都是弯、剪、扭构件，纯土木工程中的受扭构件一般都是弯、剪、扭构件，纯 扭极为少见。扭极为少见。 重庆水电职院建筑系 熊川楠 理理论论分分析析及及试试验验表表明明：矩矩形形截截面面素素混混凝凝土土纯纯扭扭构构件件在在剪剪应应力力作作用用时时，在在构构件件截截面面长长边边
11、的的中中点点将将产产生生主主拉拉应应力力tp，其其数数值值等等于于并并与与构构件件轴轴线线成成45。主主拉拉应应力力tp使使截截面面长长边边中中点点处处混混凝凝土土首首先先开开裂裂，出出现现一一条条与与构构件件轴轴线线成成约约45的的斜斜裂裂缝缝ab，该该裂裂缝缝迅迅速速地地向向构构件件的的底底部部和和顶顶部部及及向向内内延延伸伸至至c和和d，最最后后构构件件将将形形成成三三面面受受拉拉、一一边边受受压压的的斜斜向向空空间间曲曲面面,如如图图6-4所所示示，构构件件随随即即破破坏坏，该该破破坏坏具具有有突突然然性，属于典型的脆性破坏。性，属于典型的脆性破坏。1、素混凝土纯扭构件的受力性能、素混
12、凝土纯扭构件的受力性能6.2.26.2.2、素混凝土纯扭构件的受力性能及承载力计算、素混凝土纯扭构件的受力性能及承载力计算 重庆水电职院建筑系 熊川楠图图6-4 素混凝土纯扭构件素混凝土纯扭构件重庆水电职院建筑系 熊川楠根据试验资料，素混凝土纯扭构件承载力计算公式为：根据试验资料，素混凝土纯扭构件承载力计算公式为：2、素混凝土纯扭构件的承载力计算、素混凝土纯扭构件的承载力计算Tu=0.7ftWt b、h分别为构件截面的短边尺寸和长边尺寸。分别为构件截面的短边尺寸和长边尺寸。式中式中Wt受扭构件的截面抗扭塑性抵抗矩受扭构件的截面抗扭塑性抵抗矩 Wt = (3h-b)重庆水电职院建筑系 熊川楠 一
13、般采用一般采用横向箍筋横向箍筋和和纵向受力钢筋纵向受力钢筋来承受扭矩的作用。来承受扭矩的作用。 受受扭扭箍箍筋筋的的形形状状必必须须做做成成封封闭闭式式的的，箍箍筋筋的的端端部部应应做做135弯弯钩钩，弯弯钩钩直直线线长长度度不不小小于于箍箍筋筋直直径径的的10倍倍。对对受受扭扭箍箍筋的直径和间距的要求与受弯构件箍筋的有关规定相同。筋的直径和间距的要求与受弯构件箍筋的有关规定相同。 受受扭扭纵纵筋筋沿沿构构件件截截面面周周边边均均匀匀、对对称称布布置置，且且截截面面四四角角必必须须放放置置；其其间间距距不不应应大大于于200 mm和和梁梁截截面面短短边边尺尺寸寸；受受扭扭纵筋的接头和锚固均应满
14、足受拉钢筋的有关规定。纵筋的接头和锚固均应满足受拉钢筋的有关规定。6.2.3 6.2.3 矩形截面钢筋混凝土纯扭构件承载力计算矩形截面钢筋混凝土纯扭构件承载力计算 重庆水电职院建筑系 熊川楠 （1）适筋破坏）适筋破坏 当构件的抗扭箍筋和抗扭纵筋的数量配置适当时，随着扭矩的当构件的抗扭箍筋和抗扭纵筋的数量配置适当时，随着扭矩的增加，首先是混凝土三面开裂，然后与开裂截面相交的受扭箍筋和增加，首先是混凝土三面开裂，然后与开裂截面相交的受扭箍筋和抗扭纵筋达到屈服强度，最终受压面混凝土被压碎而导致构件破坏。抗扭纵筋达到屈服强度，最终受压面混凝土被压碎而导致构件破坏。构件破坏前有较大的变形和明显的外部特征
15、，属于塑性破坏。构件破坏前有较大的变形和明显的外部特征，属于塑性破坏。 1、纯扭构件的受力性能和破坏形态、纯扭构件的受力性能和破坏形态重庆水电职院建筑系 熊川楠 （2）少筋破坏）少筋破坏 当构件受扭箍筋和受扭纵筋的配置数量太少时，构件在扭矩的当构件受扭箍筋和受扭纵筋的配置数量太少时，构件在扭矩的作用下，斜裂缝突然出现并迅速展开，与斜裂缝相交的受扭钢筋超作用下，斜裂缝突然出现并迅速展开，与斜裂缝相交的受扭钢筋超过屈服强度被拉断，另一面的混凝土被压碎。这种破坏带有突然性，过屈服强度被拉断，另一面的混凝土被压碎。这种破坏带有突然性，属于脆性破坏。属于脆性破坏。 （3）完全超筋或部分超筋破坏）完全超筋
16、或部分超筋破坏 当受扭箍筋或纵筋配置过多时，在扭矩作用下，抗扭钢筋都没当受扭箍筋或纵筋配置过多时，在扭矩作用下，抗扭钢筋都没有达到屈服强度，而形成完全超筋；或箍筋和纵筋中相对较多的一有达到屈服强度，而形成完全超筋；或箍筋和纵筋中相对较多的一种没有达到屈服强度形成部分超筋。不论完全超筋还是部分超筋，种没有达到屈服强度形成部分超筋。不论完全超筋还是部分超筋，构件的破坏都是由于受压区混凝土被压碎所致，这种破坏也属于脆构件的破坏都是由于受压区混凝土被压碎所致，这种破坏也属于脆性破坏。性破坏。重庆水电职院建筑系 熊川楠抗扭钢筋配筋率对受扭构件受力性能的影响抗扭钢筋配筋率对受扭构件受力性能的影响规范规范采
17、用纵向钢筋与箍筋的配筋强度比值采用纵向钢筋与箍筋的配筋强度比值 进行控制，进行控制，（0.6 1.7）(6-3) 受扭计算中对称布置的全部纵向钢筋截面面积；受扭计算中对称布置的全部纵向钢筋截面面积； 受扭计算中沿截面周边所配置箍筋的单肢截面面积；受扭计算中沿截面周边所配置箍筋的单肢截面面积； 抗扭纵筋抗拉强度设计值；抗扭纵筋抗拉强度设计值； 抗扭箍筋抗拉强度设计值；抗扭箍筋抗拉强度设计值； 箍筋间距；箍筋间距； 截面核芯部分周长，截面核芯部分周长， 其中，其中， 和和 分别分别为截面核芯短边与长边长度为截面核芯短边与长边长度.重庆水电职院建筑系 熊川楠实验表明实验表明：当当0.5 2.0 一般
18、两者可以发挥作用一般两者可以发挥作用规范规范规定：规定：0.6 1.7当当 = 1.2， 纵筋和箍筋的用量比最佳。纵筋和箍筋的用量比最佳。重庆水电职院建筑系 熊川楠规范规范给出钢筋混凝土纯扭构件抗扭承载力计算公式为：给出钢筋混凝土纯扭构件抗扭承载力计算公式为：2、纯扭构件承载力计算、纯扭构件承载力计算式中式中f ft t混凝土的轴心抗拉强度设计值混凝土的轴心抗拉强度设计值; ; W Wt t 截面抗扭塑性抵抗矩；截面抗扭塑性抵抗矩； 抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比；抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比； A Acorcor截面核芯部分的面积，截面核芯部分的面积，A Acorcor = = b bco
19、rcorh hcorcor。重庆水电职院建筑系 熊川楠 例题有一钢筋混凝土矩形截面受纯扭构件，已知截面尺寸为有一钢筋混凝土矩形截面受纯扭构件，已知截面尺寸为bh=300500mm，配，配有有4根直径为根直径为14mm的的HRB335纵向钢筋。箍筋采用双肢箍，为纵向钢筋。箍筋采用双肢箍，为HRB235，直径，直径为为8mm，间距为，间距为150mm。混凝土为。混凝土为C25，试求该截面所能承受的扭矩值。，试求该截面所能承受的扭矩值。解：解： 取取重庆水电职院建筑系 熊川楠 当当构构件件同同时时承承受受剪剪力力、弯弯矩矩和和扭扭矩矩作作用用时时，构构件件的的抗抗剪剪、抗抗弯弯承承载载力力将将随随扭
20、扭矩矩的的增增加加而而降降低低；而而构构件件的的抗抗扭扭承承载载力力将将随随剪剪力力、弯弯矩矩的的增增加加而而降降低低。对对于于弯弯剪剪扭扭构构件件的的计计算算，目目前前仅仅考考虑虑剪剪扭扭之之间的影响。间的影响。 规规范范引引入入系系数数t来来反反应应剪剪扭扭之之间间相相互互影影响响程程度度，t称称为为剪剪扭扭构件的混凝土受扭承载力降低系数构件的混凝土受扭承载力降低系数，其计算公式为：，其计算公式为：6.2.4 6.2.4 矩形截面钢筋混凝土弯剪扭构件承载力计算矩形截面钢筋混凝土弯剪扭构件承载力计算0.5 t 1.0重庆水电职院建筑系 熊川楠（1）按）按抗剪抗剪承载力计算需要的承载力计算需要
21、的抗剪单肢箍筋抗剪单肢箍筋 1、剪扭构件承载力计算、剪扭构件承载力计算抗剪承载力的计算公式为：抗剪承载力的计算公式为：对于承受以集中荷载为主的矩形截面梁，其计算公式为：对于承受以集中荷载为主的矩形截面梁，其计算公式为：改为：改为： 重庆水电职院建筑系 熊川楠抗扭承载力的计算公式为：抗扭承载力的计算公式为：（2）按）按抗扭抗扭承载力计算需要的承载力计算需要的抗扭单肢箍筋抗扭单肢箍筋最终的单肢箍筋总用量：最终的单肢箍筋总用量：抗扭纵筋的截面面积：抗扭纵筋的截面面积：重庆水电职院建筑系 熊川楠2、矩形截面弯扭构件承载力计算、矩形截面弯扭构件承载力计算图图 弯扭构件的钢筋叠加弯扭构件的钢筋叠加重庆水电
22、职院建筑系 熊川楠 先按受弯构件求先按受弯构件求 Asm 梁底配筋梁底配筋 As = Asm + 平均分配到底边的平均分配到底边的Astl 按剪、扭构件求按剪、扭构件求2、弯剪扭构件承载力计算、弯剪扭构件承载力计算重庆水电职院建筑系 熊川楠规范规范规定，其纵筋截面面积由受弯承载力和受扭规定，其纵筋截面面积由受弯承载力和受扭承载力所需的钢筋截面面积相叠加，箍筋截面面积则由承载力所需的钢筋截面面积相叠加，箍筋截面面积则由受剪承载力和受扭承载力所需的箍筋截面面积相叠加，受剪承载力和受扭承载力所需的箍筋截面面积相叠加，其具体计算方法如下：其具体计算方法如下：弯矩弯矩 按纯弯构件计算；按纯弯构件计算；剪
23、力剪力 按剪、扭构件计算；按剪、扭构件计算；扭矩扭矩 验算是否要考虑剪、扭相关性验算是否要考虑剪、扭相关性。分别计算，然后将钢筋面积叠加。分别计算，然后将钢筋面积叠加。图图 弯剪弯剪扭构件的扭构件的钢筋叠加钢筋叠加重庆水电职院建筑系 熊川楠（1）确定截面尺寸并验算是否满足）确定截面尺寸并验算是否满足规范规范要求要求（2）确定是否可以采用简化计算方法）确定是否可以采用简化计算方法 按构造要求配置箍筋和抗扭纵筋按构造要求配置箍筋和抗扭纵筋 当 T 0.7ft Wt不考虑扭矩作用不考虑扭矩作用 可忽略剪力的作用可忽略剪力的作用当当或或重庆水电职院建筑系 熊川楠（3）计算总箍筋用量）计算总箍筋用量 验算箍筋的最小配箍率验算箍筋的最小配箍率：总箍筋用量为抗扭箍筋和抗剪箍筋之和，即：总箍筋用量为抗扭箍筋和抗剪箍筋之和，即： 重庆水电职院建筑系 熊川楠（4）计算纵筋用量）计算纵筋用量 计算受弯纵向钢筋截面面积计算受弯纵向钢筋截面面积 计算受扭纵筋数量计算受扭纵筋数量 验算纵筋的最小配筋率验算纵筋的最小配筋率将受扭纵筋与受弯纵筋叠加，即为构件总的纵筋数量。将受扭纵筋与受弯纵筋叠加，即为构件总的纵筋数量。
