8 受扭构件 下载本文

图8.22 弯剪扭构件的破坏类型

(a)弯型坡坏;(b)扭型破坏;(c)剪扭型破坏

试验表明,在配筋适当的条件下,扭弯比较小即弯矩作用显著时,裂缝首先在弯曲受拉面出现,然

后延伸发展到两侧面,形成图8.22a所示的扭曲破坏面,第四面即弯曲受压面无裂缝。最终,以与螺旋形裂缝相交的纵筋及箍筋均受拉屈服,第四面压坏而告破坏。此类破坏称为弯型破坏。

若扭弯比较大,且弯曲受压区的纵筋又少于受拉区纵筋时,可能形成压区在构件弯曲受拉区的扭型破坏,破坏形态8.22b所示。

若剪力和扭矩起控制作用,则裂缝首先在侧面出现,然后向底面和顶面扩展,另一侧面则为受压区。破坏时与螺旋形裂缝相交的纵筋和箍筋均达到屈服强度,另一侧面压坏。此类破坏形态称为剪扭型破坏,图8.22c所示。

8.4.1 弯扭共同作用下的构件承载力计算

构件在弯矩和扭矩作用下的承载能力也存在一定的相关关系,如图8.23所示。对于一给定的截面,当扭矩起控制作用时,随着弯矩的增加,截面抗扭承载力增加;当弯矩起控制作用时,随着扭矩的减小,截面抗弯承载力增强。

图8.23 弯矩和扭矩相关关系示意图

对于弯扭构件截面的配筋计算,《结构规范》采用简单的叠加法,即对构件按纯弯和纯扭分别计算所需的纵筋和箍筋,然后将钢筋相应的部分叠加。因此,弯扭构件的纵筋为受弯所需的纵筋和受扭所需的纵筋截面面积之和,箍筋则由受扭所需箍筋决定。应注意,抗弯所配置的钢筋应放在弯曲受拉区,而抗扭纵筋则必须沿截面周边均匀布置。

8.4.2 弯剪扭共同作用下的构件承载力计算

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根据前述剪扭构件和弯扭构件配筋计算的方法,矩形、T形、工字形和箱形截面钢筋混凝土弯剪扭构件配筋计算的一般原则是:纵向钢筋应按受弯构件正截面受弯承载力和剪扭构件的受扭承载力所需的钢筋截面面积并配置在相应的位置,箍筋应按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力分别按所需的箍筋截面面积并配置在相应的位置。

在弯矩、剪力和扭矩共同作用下但剪力或扭矩较小的矩形、T形、工字形和箱形截面钢筋混凝土构件,当符合下列条件时,可按以下规定进行承载力计算:

(1)当V?0.35ftbh0或V?0.875ftbh0???1?时,可仅按受弯构件的正截面承载力和纯扭构件的受扭承载力分别进行计算,即忽略剪力对构件承载力的影响,按弯矩和扭矩共同作用构件计算配筋;

(2)当T?0.175ftWt或T?0.175?hftWt时,可仅按受弯构件的正截面承载力和斜截面承载力分别进行计算,即忽略扭矩对构件承载力的影响,按弯矩和剪力共同作用构件计算配筋。

【例8-5】已知矩形截面构件,截面尺寸与材料选用同例8-3,承受扭矩设计值T?12kN?m,弯矩设计值M?90kN?m。试计算其配筋。

【解】(1)设计参数 同例8-3,略。 (2)验算截面尺寸

2T12?1062?0.25?cfc?2.40N/mm ??0.92N/mm2Wt13.02?106?0.7ft?0.77N/mm截面可用,按计算配筋。

(3)计算抗扭钢筋

取配筋强度比??1.2,由式(8-14)得

Ast1T?0.35ftWt12?106?0.35?1.1?13.02?106???0.281mm2/mm s1.2?fyvAcor1.21.2?210?90000所需抗扭纵筋的面积为

Astl??Ast1ucorfyv1300?210??1.2?0.281??439mm2 sfy210f1.10?tl,min?0.85t?0.85??0.00445?0.445%

fy210Astl??tl,minbh?0.00445?250?500?556mm2

取Astl?556mm2。

(4)计算抗弯所需纵向钢筋

M90?106?s???0.173??s,max?0.426 22?1fcbh01.0?9.60?250?465对应的?s?0.904,则

90?106As???1020mm2

fy?sh0210?0.904?465M?min?0.45ft1.10?0.45??0.00236?0.236%?0.2% fy210As??minbh?0.236%?250?500?295mm2

(5)选配钢筋

抗扭箍筋:选?8双肢箍,单肢面积为50.3mm2,

则s?2纵筋:抗扭纵筋Astl?556mm,分上、中、

50.3?179mm,实取s?160mm 0.281Astl?185.3mm2 32则上、中部可以选用2?12(226mm)。

下三排布置,每排面积为

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下部所需钢筋面积为:As?可以选用4?20(1256mm)。 截面配筋如图8.24所示。

2Astl?1205.3mm2 3 图8.24 例8-5图

【例8-6】已知钢筋混凝土T形截面,截面尺寸与材料选用同例8-4。承受扭矩设计值T?8kN?m,弯矩设计值M?60kN?m。试计算其配筋。

【解】(1)设计参数 同例8-4,略。 (2)算截面尺寸

2T8?1062?0.25?cfc?2.40N/mm ??0.96N/mmWt8.31?106?0.7ft?0.77N/mm2截面合适,按计算配筋。

(3)扭矩分配

7.67?106腹板 TW?T??8?7.38kN?m

Wt8.31?106W't,f0.64?106翼缘 T'f?T??8?0.62kN?m 6Wt8.31?10(4)计算抗弯所需纵向钢筋 h'f80?1fcb'fh'f(h0?)?1.0?9.6?80?400?(415?)?115.2?106N?mm?115.2kN?m?M

22所以为第一类T形截面,按矩形计算。

M60?106?s???0.091??s,max?0.426 22?1fcb'fh01.0?9.60?400?415对应的?s?0.95,则

Wt,W60?106As???728mm2

fy?sh0210?0.95?415M?min?0.45ft1.10?0.45??0.00236?0.236%?0.2% fy210As??minbh?0.236%?200?450?212.4mm2

(5)腹板抗扭计算

取配筋强度比??1.2,由式(8-14)得

Ast1T?0.35ftWt,w7.38?106?0.35?1.1?7.67?106???0.267mm2/mm s1.2?fyvAcor1.21.2?210?60000所需抗扭纵筋的面积为

Ast1ucorfyv1100?210Astl????1.2?0.267??352.4mm2

sfy210 146

?tl,min?0.85ft1.10?0.85??0.00445?0.445% fy210Astl??tl,minbh?0.00445?200?450?401mm2

(6)计算受压翼缘抗扭钢筋

按纯扭构件计算。仍取配筋强度比??1.2,则

A'st1T'f?0.35ftW't,f0.62?106?0.35?1.0?1.1?0.64?106???0.301mm2/mm s1.2?fyvA'f,cor1.21.2?210?4500A'stl??(7)选配钢筋

①受压翼缘

箍筋选φ8,单肢面积为50.3mm2,则s? 抗扭纵筋选用4?8(A'stl?201mm2)。

②腹板

箍筋:选?8双肢箍,单肢面积为50.3mm2,则

50.3s??188.4mm,实取s?150mm

0.2672纵筋:抗扭纵筋Astl?401mm,分上、中、

下三排布置,每排面积为

Astl?133.7mm2 32则上、中部可以选用2?10(157mm)。

下部所需钢筋面积为:

AAs?stl?861.7mm2

3 2可以选用2?20+1?18(882.5mm)。

图8.25 例8-6图

截面配筋如图8.25所示。

【例8-7】已知矩形截面构件,截面尺寸与材料选用同例8-3,承受扭矩设计值T?12kN?m,弯矩设计值M?90kN?m,剪力设计值V?100kN。试计算其配筋。

【解】由例8-3、例8-5可知 抗剪扭箍筋:

A'st1u'f,corfyv360?210??1.2?0.301??130mm2 sfy21050.3?167mm,实取s?150mm 0.301Asv1Ast1??0.281?0.246?0.527mm2/mmss

ftbb1.10250??sv,min?0.28?0.28???0.18mm2/mmnfyv22102选?8,单肢面积为50.3mm2,则

50.3s??96mm,实取s?90mm 0.5272抗扭纵筋: Astl?438mm,抗弯纵筋As?1020mm2。

将抗扭纵筋分上、中、下三排布置,每排面积为

Astl?146mm2 3

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图8.26 例8-7图