2021版混凝土结构设计原理第六章：钢筋混凝土受扭构件承载力计算

研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育电子音像出版社混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第第66章章钢筋混凝土受扭构件承载力计算钢筋混凝土受扭构件承载力计算混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助本章重点Ø了解受扭构件的分类和受扭构件开裂、破坏过程；Ø掌握受扭构件的设计计算方法；Ø熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助土木工程受扭构件的特点：一般均为弯、剪、扭构件。§6.1概概述述6.1.1土木工程中常见的受扭构件混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助6.1.2扭转按扭矩形成原因分类1.平衡扭转扭矩由荷载产生，扭矩可由平衡条件求得，与构件的抗扭刚度无关。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助2.协调扭转或附加扭转扭转由变形协调产生，扭矩的大小与构件的刚度有关。如与次梁相连的边框架的主梁扭转。本章主要讨论平衡扭转计算。协调扭转可用调整内力方法或零刚度法设计。混凝土结构基本原理第六章主页目录上一章下一章帮助6.1.3抗扭钢筋的形式抗弯—受拉区纵筋抗剪—箍筋或箍筋+弯筋抗扭—箍筋+沿截面周边均匀布置的纵筋，箍筋与纵筋的比例要适当。混凝土结构基本原理第六章主页目录上一章下一章帮助6.1.4抗扭钢筋配筋率对受扭构件受力性能的影响1．素混凝土纯扭构件的破坏特点首先，构件在侧面长边中部出现斜裂缝；随即，斜裂缝的两端同时沿45度角方向延伸，并转向短边侧面。3个侧面裂缝贯通后，沿第4个侧面（长边）混凝土被压碎，形成三面开裂一面受压的空间扭曲破坏面。构件的极限扭矩与开裂扭矩几乎相等。从开裂到破坏的时间极短，仅1/5秒。混凝土结构基本原理第六章主页目录上一章下一章帮助2．钢筋混凝土纯扭构件的破坏特点(1)少筋破坏产生条件：箍筋和纵筋或者其中之一配置过少。破坏特点：破坏特征与素混凝土构件相近，因而抗扭承载力与素混凝土构件相近，破坏扭矩基本上与开裂扭矩相等。破坏是脆性的，没有任何预兆，在工程中应予以避免。(2)适筋破坏产生条件：构件中的箍筋和纵筋配置适当。破坏特点：破坏前构件上陆续出现多条与杆件轴线呈α角度的螺旋裂缝，与其中一条裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服，该条裂缝不断加宽，直到最后形成三面开裂一边受压的空间扭曲破坏面。整个破坏过程具有一定的延性和较明显的预兆。因此，受扭构件尽可能设计成这种具有适筋破坏特征的构件。混凝土结构基本原理第六章主页目录上一章下一章帮助(3)部分超配筋产生条件：构件中配置的箍筋或纵筋的数量过多。破坏特点：构件破坏前，只有数量相对较少的那部分钢筋受拉屈服，而另一部分钢筋直到受压边混凝土被压碎时仍未屈服。由于构件破坏时有部分钢筋屈服，破坏特征并非完全脆性，故可在工程中采用。(4)完全超配筋产生条件：箍筋和纵筋都配置过多。破坏特点：两者都还未能达到屈服前，构件上出现很多间距较密的螺旋形裂缝，构件裂缝间混凝土被局部压碎而导致突然破坏。破坏具有明显的脆性，而且抗扭钢筋未充分利用。工程中应避免。混凝土结构基本原理第六章主页目录上一章下一章帮助6.1.5受扭构件分类纯扭剪扭土木工程中少见弯扭弯剪扭：土木工程中常见混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助6.2.1纯扭构件承载力计算§6.2受扭构件承载力计算受扭构件承载力计算1.理想弹塑性材料纯扭构件承载力混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助塑性状态下能抵抗的扭矩为：…6-1式中：Wt–––截面抗扭塑性抵抗矩;对于矩形截面h为截面长边边长;b为截面短边边长。2.素混凝土纯扭构件…6-2…6-3混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助式中：s–––箍筋间距;Ast1–––抗扭箍筋单肢截面面积;Acor–––截面核心部分面积,Acor=bcor×hcor;z–––抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比值;3.钢筋混凝土纯扭构件…6-4…6-5混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助式中：Astl–––全部抗扭纵筋截面面积;ucor–––截面核心部分周长,ucor=2(bcor+hcor)。…6-5为了保证抗扭纵筋和抗扭箍筋都能充分被利用，要求：设计时，可先按式（6-6）假定一个z值，然后由式（6-4）求Ast1，再由式（6-5）求Astl。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助剪力的存在会降低截面的抗扭能力；同样，扭矩的存在也会降低截面的抗剪能力。6.2.2剪扭构件承载力计算1.剪扭相关性混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助规范将其简化为三段折线，简化后的结果为：（1）当Tc/Tco≤0.5时，即T≤0.175ftWt时，可忽略扭矩影响，按纯剪构件设计；（2）当Vc/Vco≤0.5时，即V≤0.35ftbh0时，可忽略剪力影响，按纯扭构件设计；（3）当T0.175ftWt和V0.35ftbh0时，要考虑剪扭的相关性。2.考虑剪扭相关性的计算…6-7…6-8混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助式中：βt–––剪扭构件中混凝土受扭承载力降低系数：…6-9当βt0.5时，取βt＝0.5；当βt1.0时，取βt＝1.0。特点：（1）规范变全线段剪扭相关为部分线段相关；（2）承载力降低体现在混凝土的抗剪和抗扭上。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助若为集中荷载作用下的独立梁，式（6-7）应改为：式中，…6-11…6-10混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助3.弯、扭构件承载力计算不考虑弯扭相关性，分别按纯弯和纯扭构件计算和配筋，然后将钢筋面积叠加。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助4.弯、剪、扭构件承载力计算弯矩——按纯弯构件计算；剪力按剪、扭构件计算；扭矩验算是否要考虑剪、扭相关性。分别计算，然后将钢筋面积叠加。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助5.T形和I形截面弯、剪、扭构件弯矩按纯弯计算；剪力由腹板单独承担；扭矩由腹板和翼缘共同承受。Ø计算原则混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助Ø扭矩分配：腹板…6-12受压翼缘…6-13受拉翼缘…6-14混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助式中，截面各部分受力：翼缘——纯扭；腹板——剪扭；全截面——弯剪扭分别配筋再叠加。…6-15…6-16…6-17…6-18混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助6.箱形截面Ø纯扭…6-19…6-20…6-21混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助z值仍按公式（6-9）计算，且应0.6≤z≤1.7符合的要求，当z1.7时，取z＝1.7。Ø剪扭构件一般剪扭构件…6-22…6-23式中：–––箱形截面壁厚系数，当1.0时，取1.0;Wt–––箱形截面壁厚,其值不应小于bh/7。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助式中：βt按式（6-11）计算；Wt应以ft代替。集中力作用下的独立剪扭构件：…6-24…6-25Ø弯剪扭构件像矩形、T形和I形截面一样，弯矩按纯弯构件计算剪力和扭矩按剪扭构件计算。混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助Ø压弯剪扭构件7.受扭构件公式使用条件及构造要求Ø为了防止超筋,要求截面尺寸满足…6-26…6-27…6-28当hw/b≤4时,…6-29当hw/b≥6时,混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助Ø为了防止少筋,要求：…6-30受剪及受扭箍筋要满足：…6-31受扭纵筋要满足：混凝土结构设计原理第6章主页目录上一章下一章帮助Ø可按构造配置抗扭纵筋和箍筋的条件…6-32纵筋的配筋率应不小于受弯时的最小配筋率和受扭时最小配筋率之和。Ø构造要求受扭箍筋应采用封闭式箍筋，做法见下图。受扭钢筋应对称设置于截面周边，角点处应有纵筋。