第8章受扭构件的扭曲截面承载力习题答案

第8章受扭构件的扭曲截面承载力习题答案第1页共6页第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.1选择题1．下面哪一条不属于变角度空间桁架模型的基本假定：（A）。A．平均应变符合平截面假定；B．混凝土只承受压力；C．纵筋和箍筋只承受拉力；D．忽略核心混凝土的受扭作用和钢筋的销栓作用；2．钢筋混凝土受扭构件，受扭纵筋和箍筋的配筋强度比7.16.0说明，当构件破坏时，（A）。A．纵筋和箍筋都能达到屈服；B．仅箍筋达到屈服；C．仅纵筋达到屈服；D．纵筋和箍筋都不能达到屈服；3．在钢筋混凝土受扭构件设计时，《混凝土结构设计规范》要求，受扭纵筋和箍筋的配筋强度比应（D）。A．不受限制；B．0.20.1；C．0.15.0；D．7.16.0；4．《混凝土结构设计规范》对于剪扭构件承载力计算采用的计算模式是：（D）。A．混凝土和钢筋均考虑相关关系；B．混凝土和钢筋均不考虑相关关系；C．混凝土不考虑相关关系，钢筋考虑相关关系；D．混凝土考虑相关关系，钢筋不考虑相关关系；5．钢筋混凝土T形和I形截面剪扭构件可划分为矩形块计算，此时（C）。A．腹板承受全部的剪力和扭矩；B．翼缘承受全部的剪力和扭矩；C．剪力由腹板承受，扭矩由腹板和翼缘共同承受；D．扭矩由腹板承受，剪力由腹板和翼缘共同承受；8.2判断题1．钢筋混凝土构件在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的承载力计算时，其所需要的箍筋由受弯构件斜截面承载力计算所得的箍筋与纯剪构件承载力计算所得箍筋叠加，且两种公式中均不考虑剪扭的相互影响。（×）2．《混凝土结构设计规范》对于剪扭构件承载力计算采用的计算模式是混凝土和钢筋均考虑相关关系；（×）3.在钢筋混凝土受扭构件设计时，《混凝土结构设计规范》要求，受扭纵筋和箍筋的配筋强度比应不受限制（×）第8章受扭构件的扭曲截面承载力习题答案第2页共6页8.3问答题1．钢筋混凝土纯扭构件有几种破坏形式？各有什么特点？计算中如何避免少筋破坏和完全超筋破坏？答：钢筋混凝土纯扭构件有三种破坏形式。受力特点如下：（1）适筋纯扭构件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，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）超筋纯扭构件当纵向钢筋和箍筋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，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。（3）少筋纯扭构件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。2．简述素混凝土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。3．在抗扭计算中有两个限值，tf7.0和ccf25.0，它们起什么作用？答：当符合下列条件：ttfWTbhV7.00则不需对构件进行剪扭承载力计算，而根据最小配筋率和构造要求配筋（纵向钢筋和箍筋）。在受扭构件设计中，为了保证结构截面尺寸及混凝土材料强度不至于过小，为了避免超筋破坏，对构件的截面尺寸规定了限制条件。《混凝土结构设计规范》在试验的基础上，对hw/b≤6的钢筋混凝土构件，规定截面限制条件如下式当hw/b≤4时cctfWTbhV25.08.004．在抗扭计算中，配筋强度比的ζ含义是什么？起什么作用？有什么限制？答：参数ζ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，为箍筋的单肢截面第8章受扭构件的扭曲截面承载力习题答案第3页共6页面积，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ζ＝；试验表明，只有当ζ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ζ值符合0.6≤ζ≤1．7的条件，当ζ＞1.7时，取ζ＝1.7。5．从受扭构件的受力合理性看，采用螺旋式配筋比较合理，但实际上为什么采用封闭式箍筋加纵筋的形式？答：因为这种螺旋式钢筋施工复杂，也不能适应扭矩方向的改变，因此实际工程并不采用，而是采用沿构件截面周边均匀对称布置的纵向钢筋和沿构件长度方向均匀布置的封闭箍筋作为抗扭钢筋，抗扭钢筋的这种布置形式与构件正截面抗弯承载力及斜截面抗剪承载力要求布置的钢筋形式一致。6．《混凝土结构设计规范》是如何考虑弯矩、剪力、和扭矩共同作用的？t的意义是什么？起什么作用？上下限是多少？答：实际工程的受扭构件中，大都是弯矩、剪力、扭矩共同作用的。构件的受弯、受剪和受扭承载力是相互影响的，这种相互影响的性质称为复合受力的相关性。由于构件受扭、受弯、受剪承载力之间的相互影响问题过于复杂，采用统一的相关方程来计算比较困难。为了简化计算，《混凝土结构设计规范》对弯剪扭构件的计算采用了对混凝土提供的抗力部分考虑相关性，而对钢筋提供的抗力部分采用叠加的方法。05.015.1TbhVWtt（0.5≤t≤1.0），t称为剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数，当t小于0.5时,取t等于0.5;当t大于1.0时,取t等于1.0。7．受扭构件的配筋有哪些构造要求？答：有以下构造要求：（1）．截面尺寸要求在受扭构件设计中，为了保证结构截面尺寸及混凝土材料强度不至于过小，为了避免超筋破坏，对构件的截面尺寸规定了限制条件。《混凝土结构设计规范》在试验的基础上，对hw/b≤6的钢筋混凝土构件，规定截面限制条件如下式当hw/b≤4时cctfWTbhV25.08.00（8－27）当hw/b=6时cctfWTbhV20.08.00（8－28）当4＜hw/b＜6时按线性内插法确定。计算时如不满足上面公式的要求，则需加大构件截面尺寸，或提高混凝土强度等级。（2）．最小配筋率构在弯剪扭共同作用下，构件受剪及受扭箍筋最小配筋率为yvtsvff28.0min,；受扭第8章受扭构件的扭曲截面承载力习题答案第4页共6页纵筋的最小配筋率为ytstltlffVbTbhA6.0min,min,；纵筋最小配筋率应取抗弯及抗扭纵筋最小配筋率叠加值。（3）．其他构造要求db纵筋间距Sl250mm或b箍筋间距SSmax135°10d或50mmSlSlSlSl图8受扭配筋构造要求5图8-14受扭配筋构造要求受扭纵筋构造见图8-14。沿截面周边布置的受扭纵向钢筋间距S1不大于200mm和梁截面短边长度；除应在梁截面四角设置受扭纵向钢筋外，其余受扭纵向钢筋宜沿截面周边均匀布置。受扭纵向钢筋应按受拉钢筋锚固在梁支座内。在弯剪扭构件中，配置在截面弯曲受拉边的纵向受力钢筋，其截面面积不应小于按受弯构件受拉钢筋最小配筋率计算出的钢筋面积与按受扭纵向钢筋配筋率计算分配到弯曲受拉边的钢筋截面面积之和。箍筋的最大间距和最小直径应符合受剪构件要求。箍筋必须为封闭式，且应沿截面周边布置；当采用复合箍筋时，位于截面内部箍筋不应计入受扭所需箍筋面积。受扭所需箍筋的末端应作成135°弯钩，弯头平直段长度不小于5d和50mm。8．受扭构件中，受扭纵向钢筋为什么沿截面四周对称放置，并且四角必须放置？答：由受扭构件受力分析可以知道，扭曲面是螺旋形裂缝，至少在3个面上都有，所以这样布置就是利用纵向钢筋的抗拉作用。8.4计算题1.钢筋混凝土矩形截面构件，截面尺寸mmhb450250，扭矩设计值mkNT10，混凝土强度等级为C30（2/3.14mmNfc，2/3.14mmNft），纵向钢筋和箍筋均采用HPB235级钢筋（2/210mmNffyyv），试计算其配筋。解：（1）验算构件截面尺寸26221046.11)2504503(6250)3(61mmbhbWt第8章受扭构件的扭曲截面承载力习题答案第5页共6页cctfmmNWT25.0/87.01046.1110102662/58.33.140.125.0mmN满足cctfWT25.0是规范对构件截面尺寸的限定性要求，本题满足这一要求。（2）抗扭钢筋计算ttfmmNWT7.0/87.01046.111010266按构造配筋即可。2．已知矩形截面梁，截面尺寸300×400mm，混凝土强度等级2/6.9(20mmNfCc，2/1.1mmNft），箍筋HPB235（2/210mmNfyv），纵筋HRB335(2/300mmNfy)。经计算，梁弯矩设计值mkNM14，剪力设计值kNV16，扭矩设计值mkNT8.3，试确定梁的配筋。解：（1）按hw/b≤4情况，验算梁截面尺寸是否符合要求252210135)3004003(6300)3(6mmbhbWt22530/4.26.925.025.0/49.0101358.0103800365300160008.0mmNfmmNWTbhVct截面尺寸满足要求。（2）受弯承载力26026201130365982.03001014982.02115.055.0037.0211036.03653006.911014mmhfMAbhfMsysssbscs%2.0%165.03001.14545minytff；取0.2％As=ρmin×bh=0.2％×300×400=240mm2（3）验算是否直接按构造配筋由公式（8-34）第8章受扭构件的扭曲截面承载力习题答案第6页共6页77.01.17.07.0428.0135000003800000365300160000ttfWTbhV直接按构造配筋。（4）计算箍筋数量选箍筋φ8@150mm，算出其配箍率为0022.01503003.5021*bsnAsvsv最小配箍率0015.02101.128.028.0min,yvtsvff满足要求。（5）计算受扭纵筋数量根据公式（8-10），可得受扭纵筋截面面积sfuAfAycorstyvstl1mmhbucorcorcor1200)350250(2)(2233815030012003.502102.1mmAstl（6）校核受扭纵筋配筋率0020.03001.1300160001038006.06.03min,yttlffVbT实际配筋率为0020.00028.0400300338min,tlstltlbhA满足要求。（7）纵向钢筋截面面积按正截面受弯承载力计算，梁中钢筋截面面积为2240mmAs，故梁下部钢筋面积应为240+338／3=353㎜2，实配216（402㎜2）腰部配210，梁顶配210。