8 钢筋混凝土受扭构件承载力计算
8.1 受扭构件的分类
受扭构件是指处于扭矩作用下的受力构件。扭矩的产生来自于两个方面：一是荷载平衡，二是变形协调。产生的扭转分别称为平衡扭转和协调扭转。本章介绍的内容是针对平衡扭转问题的，有关协调扭转的计算方法可查阅《结构规范》。
实际工程中承受扭矩作用的构件，大多数情况下还同时承受弯矩、剪力的共同作用，如雨蓬梁、曲梁、螺旋楼梯和受到水平力作用下的吊车梁等（图8-1）。因此，受扭构件承载力计算，实质上是一个弯、剪、扭的复合受力计算问题。为便于分析，本章首先介绍纯扭构件的承载力计算，然后再介绍弯、剪、扭作用下的承载力计算。
图8-1 受扭构件实例
8.2 纯扭构件的承载力
8.2.1矩形截面纯扭构件的破坏形态
用每秒1200画面的高速摄影机拍摄矩形截面素混凝土构件的破坏过程，构件在扭矩作用下首先在一个长边侧面的中点m附近出现斜裂缝（图8.2a），该裂缝沿着与构件轴线约成45?的方向迅速延伸，到达该侧面的上、下边缘a、b两点后，在顶面和底面大致沿45?方向继续延伸到c、d两点，构成三面开裂一面受压的受力状态。最后，cd连线受压面上的混凝土被压碎，构件断裂破坏。破坏面为一个空间扭曲面（图8.2b）。构件破坏具有突然性，属脆性破坏。
（a） （b）
图8.2 素混凝土纯扭构件破坏面
配有适量纵筋和箍筋的矩形截面构件在扭矩作用下，裂缝出现前，钢筋应力很小，抗裂扭矩Tcr与同截面的素混凝土构件极限扭矩Tu几乎相等，配置的钢筋对抗裂扭矩Tcr的贡献很少。裂缝出现后，由于钢筋的存在，这时构件并不立即破坏，而是随着外扭矩的增加，构件表面逐渐形成大体连续、近于
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45?方向呈螺旋式向前发展的斜裂缝（图8.3），而且裂缝之间的距离从总体来看是比较均匀的。此时，原由混凝土承担的主拉力大部分由与斜裂缝相交的箍筋和抗扭纵筋承担，构件继续承受更大的扭矩。
图8.3 钢筋混凝土纯扭构件适筋破坏
纯扭构件中，最合理的抗扭配筋方式是在构件靠近表面处设置呈45?走向的螺旋形箍筋，其方向与混凝土的主拉应力方向相平行，也就是与裂缝相垂直，但是螺旋箍筋施工比较复杂，同时这种螺旋筋的配置方法也不能适应扭矩方向的改变，实际上很少采用。实际工程中，一般是采用由靠近构件表面设置的横向箍筋和沿构件周边均匀对称布置的纵向钢筋共同组成抗扭钢筋骨架。它恰好与构件中抗弯钢筋和抗剪钢筋的配置方式相协调。
图8.4为不同配筋量的钢筋混凝土构件扭矩T?扭转角θ关系曲线。从图中可以看出，裂缝出现前，截面扭转角很小，T与θ为直线，其斜率接近于弹性抗扭刚度。裂缝出现后，由于钢筋应变突然增大，T-θ曲线出现水平段，配筋率越小，钢筋应变增加值越大，水平段相对就越长。随后，扭转角随着扭矩增加近似地呈线性增大，但直线的斜率比开裂前要小得多，说明构件的扭转刚度大大降低，且配筋率越小，降低得就越多。试验表明，当配筋率很小时会出现扭矩增加很小甚至不再增大，而扭转角不断增加而导致构件破坏的现象。
图8.4 不同配筋量的T-θ曲线
根据试验结果，受扭构件的破坏可分为四类： 1．少筋破坏
当构件中的箍筋和纵筋或者其中之一配置过少，配筋构件的抗扭承载力与素混凝土构件抗扭承载力几乎相等。这种破坏具有脆性，没有任何预兆，在工程设计中应予以避免。因此，应控制受扭构件箍筋和纵筋的最小配筋率。
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2．适筋破坏
当构件中的箍筋和纵筋配置适当时，构件上先后出现多条呈45?走向的螺旋裂缝，随着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，形成三面开裂、一边受压的空间破坏面，最后受压边混凝土被压碎，构件破坏。整个破坏过程有一