第5章受扭构件 第5章 受扭构件扭曲截面承载力 学习要点： ●掌握纯扭构件的破坏机理； 。掌握纯扭构件的承载力计算原理和计算方法； ●熟悉弯剪扭构件的试验研究和配筋计算方法； ●掌握构造要求
第 5 章 受扭构件扭曲截面承载力 学习要点： ●掌握纯扭构件的破坏机理； ●掌握纯扭构件的承载力计算原理和计算方法； ●熟悉弯剪扭构件的试验研究和配筋计算方法； ●掌握构造要求。 第5章 受扭构件
第5 受扭构件 §5.1概述 扭转是结构的基本受力形态之一。构件受纯扭的情况很 少，大多是在弯矩、剪力、扭矩共同作用下的受力状态。 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。如下图雨蓬梁、吊车梁等
5.1 概 述 §5.1 概 述 扭转是结构的基本受力形态之一。构件受纯扭的情况很 少，大多是在弯矩、剪力、扭矩共同作用下的受力状态。 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。如下图雨蓬梁、吊车梁等。 第5章 受扭构件
第5章 受扭构件 §5.2试验研究分析 一、开裂前的应力状态 ◆由材料力学知，构件侧面的主拉应力σ，和主压应力σ大小 相等。主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。 ◆当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件中某个薄弱部位 形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。 ◆对于素混凝土构件，开裂 会迅速导致构件破坏，破坏面 呈一空间扭曲曲面。 ◆对于钢筋混凝土构件，破坏 特征主要与配筋量有关。 试验研究分析
5.2 试验研究分析 §5.2 试验研究分析 一、开裂前的应力状态 第5章 受扭构件 ◆ 由材料力学知，构件侧面的主拉应力stp和主压应力scp大小 相等。 主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。 ◆ 当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件中某个薄弱部位 形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。 ◆对于钢筋混凝土构件，破坏 特征主要与配筋量有关。 ◆ 对于素混凝土构件，开裂 会迅速导致构件破坏，破坏面 呈一空间扭曲曲面。 T
第5 受扭构件 二、开裂后的应力状态 ■开裂前，T0关系基本呈直 线。 P+P=4.44% ■开裂后，部分混凝土退出 3.56% 受拉工作，构件抗扭刚度明显 60 2.70% 降低，T-0关系曲线上出现一 1.97% 不大的水平段。 40 1.39% ■对配筋适量的构件，开裂 A 0.90% 后受扭钢筋将承担扭矩产生的 20 254 Astt 拉应力，荷载可继续增大，T 0H= on B关系沿斜线上升，裂缝不断 0=242 bs 向构件内部和沿主压应力迹线 20 30 40 50 发展延伸，构件表面裂缝呈螺 8(10-2rad/mm) 旋状。 5.2试验研究分析
第5章 受扭构件 5.2 试验研究分析 ■ 开裂前，T-q 关系基本呈直 线。 ■ 开裂后，部分混凝土退出 受拉工作，构件抗扭刚度明显 降低，T-q 关系曲线上出现一 不大的水平段。 ■ 对配筋适量的构件，开裂 后受扭钢筋将承担扭矩产生的 拉应力，荷载可继续增大，Tq 关系沿斜线上升，裂缝不断 向构件内部和沿主压应力迹线 发展延伸，构件表面裂缝呈螺 旋状。 二、开裂后的应力状态
第5章 受扭构相 二、开裂后的应力状态 Pu十Pu=4.44% ■当接近极限扭矩时， 3.56% 在构件长边上有一条裂 60 2.70% 缝发展成为临界裂缝， 1.97% 并向短边延伸，与这条 0 1.39% 空间裂缝相交的箍筋和 A 0.90% 纵筋达到屈服，T-关 20 254 系曲线趋于水平。最后 0H=4u bh 处于受压区域的混凝士 0=242 bs 受压破坏，达到极限扭 20 30 40 50 矩。 8(10-2rad/mm) 5.2试验研究分析
二、开裂后的应力状态 第5章 受扭构件 5.2 试验研究分析 ■ 当接近极限扭矩时， 在构件长边上有一条裂 缝发展成为临界裂缝， 并向短边延伸，与这条 空间裂缝相交的箍筋和 纵筋达到屈服，T-q 关 系曲线趋于水平。最后 处于受压区域的混凝土 受压破坏，达到极限扭 矩
5 受扭构件 9.2 由前述主拉应力方向可见，受扭构件最有效的配筋形式应 是沿主拉应力迹线成螺旋形布置。但螺旋形配筋施工复杂， 且不能适应变号扭矩的作用。实际受扭构件的配筋是采用箍 筋与抗扭纵筋形成的空间配筋方式。 5.2试验研究分析
由前述主拉应力方向可见，受扭构件最有效的配筋形式应 是沿主拉应力迹线成螺旋形布置。但螺旋形配筋施工复杂， 且不能适应变号扭矩的作用。实际受扭构件的配筋是采用箍 筋与抗扭纵筋形成的空间配筋方式。 第5章 受扭构件 5.2 试验研究分析
第5章受扭构件 钢筋混凝土受扭构件，破坏特征主要与配筋量有关。按照 配筋率的不同，其破坏形态可分为适筋破坏、少筋破坏和超筋 破坏。 (1)对箍筋和纵筋都配筋适量的构件，破坏过程与上相同， 且破坏具有一定的延性。 (2)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。 (3)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。 (4)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试验研究分析
钢筋混凝土受扭构件，破坏特征主要与配筋量有关。按照 配筋率的不同，其破坏形态可分为适筋破坏、少筋破坏和超筋 破坏。 （1）对箍筋和纵筋都配筋适量的构件，破坏过程与上相同， 且破坏具有一定的延性。 （2）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。 （3） 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。 （4）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。 第5章 受扭构件 5.2 试验研究分析
第5质 受扭构件 三、矩形截面开裂扭矩 45° 按弹性理论，主拉应力 Op=Tmax=f,即 T max W =f 按塑性理论，截面上某一点达 到强度时并不立即破坏，而是 保持极限应力继续变形，扭矩 仍可继续增加，直到截面上各 点应力均达到极限强度，才达 b2 到极限承载力。此时截面上剪 7.p=f6(3h-b)=m 应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为，分别计算各区合 力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩。 5.2试验研究分析
三、矩形截面开裂扭矩 按弹性理论，主拉应力 ，即 t te f W T max = = cr e t Wte T = f , 按塑性理论，截面上某一点达 到强度时并不立即破坏，而是 保持极限应力继续变形，扭矩 仍可继续增加，直到截面上各 点应力均达到极限强度，才达 到极限承载力。此时截面上剪 cr p t t Wt h b f b T = f (3 − ) = 6 2 , ft ft f 45° t 应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为 ft，分别计算各区合 力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩。 第5章 受扭构件 5.2 试验研究分析 tp t max s = = f
第5章受扭构件 ◆混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介 于两者之间的弹塑性材料。达到开裂极限状态时截面的 应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也是 介于Ts和Tcp之间。 ◆为简便实用，可按塑性应力分布计算，并引入修正降低 系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。根据实验结果， 修正系数在0.870.97之间，《规范》为偏于安全起见，取 0.7。于是，开裂扭矩的计算公式为 T,=0.7fW 截面受扭塑性抵抗矩 2试验研究分析
◆ 混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介 于两者之间的弹塑性材料。达到开裂极限状态时截面的 应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也是 介于Tcr,e和Tcr,p之间。 ◆ 为简便实用，可按塑性应力分布计算，并引入修正降低 系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。 根据实验结果， 修正系数在0.87~0.97之间，《规范》为偏于安全起见，取 0.7。于是，开裂扭矩的计算公式为 cr t Wt T = 0.7 f (3 ) 6 2 h b b Wt = − ——截面受扭塑性抵抗矩 第5章 受扭构件 5.2 试验研究分析
第5 受扭构件 §5.3矩形截面纯扭构件的承载力 1.极限扭矩分析—变角空间桁架模型 试验表明，在其他参数均相同的情况下，钢筋混凝土实心 截面与空心截面构件的极限受扭承载力基本相同。 开裂后的箱形 截面受扭构件，其 受力可比拟成空间 tg 桁架： 纵筋为受拉弦杆， 箍筋为受拉腹杆， 斜裂缝间的混凝土 -beo 为斜压腹杆。 5.3矩形截面纯扭构件的承载力
1.极限扭矩分析——变角空间桁架模型 试验表明，在其他参数均相同的情况下，钢筋混凝土实心 截面与空心截面构件的极限受扭承载力基本相同。 开裂后的箱形 截面受扭构件，其 受力可比拟成空间 桁架： 纵筋为受拉弦杆， 箍筋为受拉腹杆， 斜裂缝间的混凝土 为斜压腹杆。 第5章 受扭构件 5.3 矩形截面纯扭构件的承载力 §5.3 矩形截面纯扭构件的承载力