扭曲截面承載力計(jì)算
在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的一些構(gòu)件中(如吊車梁、雨篷梁、鋼筋混凝土框架邊梁等)，除受彎受剪外，還受到扭矩的作用，稱為受扭構(gòu)件或扭曲構(gòu)件。扭曲構(gòu)件分為純扭、剪扭、彎扭和彎剪扭等受力情況。在實(shí)際工程中，一般都是扭轉(zhuǎn)和彎曲同時(shí)發(fā)生。受扭截面常見的有矩形截面、T形截面和工字形截面等幾種。
1.矩形截面純扭構(gòu)件的受扭承載力
在一般工程中，一般由截面核心部分混凝土、橫向箍筋和沿構(gòu)件截面周邊均勻分布的縱向鋼筋組成的骨架共同承擔(dān)扭矩的作用。
(1)受扭構(gòu)件的破壞特征
試驗(yàn)表明，根據(jù)受扭鋼筋配筋率的不同，鋼筋混凝土矩形截面受扭構(gòu)件的破壞形態(tài)分 為少筋破壞、適筋破壞和超筋破壞三種類型。
1)少筋破壞。當(dāng)構(gòu)件受扭箍筋和縱向鋼筋配置數(shù)量過少時(shí)，在扭矩作用下，在長邊中點(diǎn)剪應(yīng)力處形成450斜裂縫，隨后，向相鄰的其他兩面以450角延伸，此時(shí)，與斜裂縫相交的受扭箍筋和受扭縱筋超過屈服強(qiáng)度或被拉斷。最后，在另一長邊上形成受壓面，隨著斜裂縫的開展，受壓面混凝土被壓碎而破壞。這種破壞與受剪的斜拉破壞相似，屬于脆性破壞。在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)避免。為了防止發(fā)生這種少筋破壞，規(guī)范規(guī)定，受扭箍筋和縱向受扭鋼筋的配筋率不得小于各自的最小配筋率，并應(yīng)符合受扭鋼筋的構(gòu)造要求。
2)適筋破壞。當(dāng)構(gòu)件受扭鋼筋的數(shù)量配置適當(dāng)時(shí)，在扭矩作用下，構(gòu)件將發(fā)生許多450角的斜裂縫。隨著扭矩的增加，與主裂縫相交的受扭箍筋和縱向鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，這條裂縫不斷開展，并向相鄰的兩個(gè)面延伸，直至另一長邊面上受壓區(qū)的混凝土被壓碎而破壞。這種破壞與受彎構(gòu)件適筋梁相似，屬于塑性破壞。受扭構(gòu)件承載力計(jì)算即以這種破壞為依據(jù)。
3)超筋破壞。當(dāng)構(gòu)件的受扭箍筋和受扭縱向鋼筋配置過多時(shí)，在扭矩作用下，構(gòu)件產(chǎn)生許多450角的斜裂縫。由于受扭鋼筋配置過多，構(gòu)件破壞前鋼筋達(dá)不到屈服強(qiáng)度，因而斜裂縫寬度不大。構(gòu)件破壞是由于受壓區(qū)混凝土被壓碎引起的。這種破壞形態(tài)與受彎構(gòu)件的超筋梁相似，屬于脆性破壞，設(shè)計(jì)中應(yīng)予避免。規(guī)范采取限制構(gòu)件截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等級(jí)，亦即限制受扭鋼筋的配筋率來防止超筋破壞。
(2)矩形截面純扭構(gòu)件承載力計(jì)算
試驗(yàn)表明，構(gòu)件受扭承載力由混凝土和受扭鋼筋兩部分的承載力組成。規(guī)范規(guī)定，矩形截面純扭構(gòu)件承載力計(jì)算公式為：
fyv——受扭箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按規(guī)范表4.2.3-1中的人值采用;
Asfl--受扭計(jì)算中沿截面周邊所配置箍筋的單肢截面面積;
Astl--受扭計(jì)算中取對(duì)稱布置的全部縱向鋼筋截面面積;
s-受扭箍筋的間距;
Acor--截面核心部分的面積，Acor=bcorxhcor，此處，bcor和hcor，分別為從箍筋內(nèi)表面范圍內(nèi)截面核心部分的短邊和長邊的尺寸;
ucor--截面核心部分的周長ucor=2(bcor+hcor)。
2.影響受扭構(gòu)件承載力的因素分析
綜上所述，影響受扭構(gòu)件承載力的因素有：截面形狀和尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、箍筋的直徑、肢數(shù)和間距、縱向鋼筋的截面面積(沿構(gòu)件周邊的全部縱向鋼筋)、縱箍比等。在截面面積相等的條件下，采用圓形截面(特別是環(huán)形截面)優(yōu)于方形、矩形截面，而薄而高的截面是不利的。
在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的一些構(gòu)件中(如吊車梁、雨篷梁、鋼筋混凝土框架邊梁等)，除受彎受剪外，還受到扭矩的作用，稱為受扭構(gòu)件或扭曲構(gòu)件。扭曲構(gòu)件分為純扭、剪扭、彎扭和彎剪扭等受力情況。在實(shí)際工程中，一般都是扭轉(zhuǎn)和彎曲同時(shí)發(fā)生。受扭截面常見的有矩形截面、T形截面和工字形截面等幾種。
1.矩形截面純扭構(gòu)件的受扭承載力
在一般工程中，一般由截面核心部分混凝土、橫向箍筋和沿構(gòu)件截面周邊均勻分布的縱向鋼筋組成的骨架共同承擔(dān)扭矩的作用。
(1)受扭構(gòu)件的破壞特征
試驗(yàn)表明，根據(jù)受扭鋼筋配筋率的不同，鋼筋混凝土矩形截面受扭構(gòu)件的破壞形態(tài)分 為少筋破壞、適筋破壞和超筋破壞三種類型。
1)少筋破壞。當(dāng)構(gòu)件受扭箍筋和縱向鋼筋配置數(shù)量過少時(shí)，在扭矩作用下，在長邊中點(diǎn)剪應(yīng)力處形成450斜裂縫，隨后，向相鄰的其他兩面以450角延伸，此時(shí)，與斜裂縫相交的受扭箍筋和受扭縱筋超過屈服強(qiáng)度或被拉斷。最后，在另一長邊上形成受壓面，隨著斜裂縫的開展，受壓面混凝土被壓碎而破壞。這種破壞與受剪的斜拉破壞相似，屬于脆性破壞。在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)避免。為了防止發(fā)生這種少筋破壞，規(guī)范規(guī)定，受扭箍筋和縱向受扭鋼筋的配筋率不得小于各自的最小配筋率，并應(yīng)符合受扭鋼筋的構(gòu)造要求。
2)適筋破壞。當(dāng)構(gòu)件受扭鋼筋的數(shù)量配置適當(dāng)時(shí)，在扭矩作用下，構(gòu)件將發(fā)生許多450角的斜裂縫。隨著扭矩的增加，與主裂縫相交的受扭箍筋和縱向鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，這條裂縫不斷開展，并向相鄰的兩個(gè)面延伸，直至另一長邊面上受壓區(qū)的混凝土被壓碎而破壞。這種破壞與受彎構(gòu)件適筋梁相似，屬于塑性破壞。受扭構(gòu)件承載力計(jì)算即以這種破壞為依據(jù)。
3)超筋破壞。當(dāng)構(gòu)件的受扭箍筋和受扭縱向鋼筋配置過多時(shí)，在扭矩作用下，構(gòu)件產(chǎn)生許多450角的斜裂縫。由于受扭鋼筋配置過多，構(gòu)件破壞前鋼筋達(dá)不到屈服強(qiáng)度，因而斜裂縫寬度不大。構(gòu)件破壞是由于受壓區(qū)混凝土被壓碎引起的。這種破壞形態(tài)與受彎構(gòu)件的超筋梁相似，屬于脆性破壞，設(shè)計(jì)中應(yīng)予避免。規(guī)范采取限制構(gòu)件截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等級(jí)，亦即限制受扭鋼筋的配筋率來防止超筋破壞。
(2)矩形截面純扭構(gòu)件承載力計(jì)算
試驗(yàn)表明，構(gòu)件受扭承載力由混凝土和受扭鋼筋兩部分的承載力組成。規(guī)范規(guī)定，矩形截面純扭構(gòu)件承載力計(jì)算公式為：
fyv——受扭箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按規(guī)范表4.2.3-1中的人值采用;
Asfl--受扭計(jì)算中沿截面周邊所配置箍筋的單肢截面面積;
Astl--受扭計(jì)算中取對(duì)稱布置的全部縱向鋼筋截面面積;
s-受扭箍筋的間距;
Acor--截面核心部分的面積，Acor=bcorxhcor，此處，bcor和hcor，分別為從箍筋內(nèi)表面范圍內(nèi)截面核心部分的短邊和長邊的尺寸;
ucor--截面核心部分的周長ucor=2(bcor+hcor)。
2.影響受扭構(gòu)件承載力的因素分析
綜上所述，影響受扭構(gòu)件承載力的因素有：截面形狀和尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、箍筋的直徑、肢數(shù)和間距、縱向鋼筋的截面面積(沿構(gòu)件周邊的全部縱向鋼筋)、縱箍比等。在截面面積相等的條件下，采用圓形截面(特別是環(huán)形截面)優(yōu)于方形、矩形截面，而薄而高的截面是不利的。