第4章鋼筋混凝土受拉構(gòu)件及受扭構(gòu)件,一、鋼筋混凝土受拉構(gòu)件二、鋼筋混凝土受扭構(gòu)件,1,4.1鋼筋混凝土受拉構(gòu)件,鋼筋混凝土受拉構(gòu)件可分為軸心受拉構(gòu)件和偏心受拉構(gòu)件。當(dāng)軸向拉力作用線與構(gòu)件截面形心線重合時，為軸心受拉構(gòu)件，如鋼筋混凝土屋架的下弦桿、圓形水池等；當(dāng)軸向拉力作用線偏離構(gòu)件截面形心線或同時由軸心拉力和彎矩作用時,為偏心受拉構(gòu)件,如鋼筋混凝土矩形水池、雙肢柱的肢桿等。,受拉構(gòu)件除了需要進行正截面承載力或斜截面承載力計算外,根據(jù)不同的要求,還需進行抗裂或裂縫寬度驗算。本節(jié)只介紹承載力計算方法。,2,受拉構(gòu)件的截面形狀一般為方形、矩形和圓形等對稱截面，為方便施工，通常采用矩形截面。軸心受拉構(gòu)件縱向受拉鋼筋在截面中對稱布置或沿截面周邊均勻布置，宜選配直徑小的受拉鋼筋。軸心受拉構(gòu)件一側(cè)的受拉鋼筋的配筋率應(yīng)不小于0.2%和0.45ft/fy中的較大值。箍筋直徑不宜小于6mm，間距不宜大于200mm，屋架腹桿不宜大于150mm。受拉鋼筋必須采用焊接接頭，僅圓形池壁或管中允許采用搭接接頭；但接頭應(yīng)錯開，搭接長度不應(yīng)小于1.2la和300mm。,1、構(gòu)造要求,一、鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件,3,2、軸心受拉構(gòu)件正截面承載力計算,軸心受拉破壞時混凝土裂縫貫通，縱向拉鋼筋達到其受拉屈服強度，正截面承載力公式如下：,縱向鋼筋抗拉強度設(shè)計值；N軸心受拉承載力設(shè)計值。,軸心受拉構(gòu)件從加載到破壞，其受力過程分為三個階段：從加載到混凝土受拉開裂前，混凝土開裂后到鋼筋即將屈服，受拉鋼筋開始屈服到全部受拉鋼筋達到屈服。,4,5,偏心受拉構(gòu)件按軸向拉力的作用位置不同，可分為大偏心受拉構(gòu)件和小偏心受拉構(gòu)件。當(dāng)軸向拉力N作用在As和之間時，稱為小偏心受拉構(gòu)件；當(dāng)軸向拉力作用在As和之外時，稱為大偏心受拉構(gòu)件。大、小偏心受拉構(gòu)件的承載力計算公式截然不同。,1、正截面承載力計算,二、鋼筋混凝土偏心受拉構(gòu)件,6,（1）小偏心受拉公式：,當(dāng)對稱配筋時：,7,（2）大偏心受拉公式：,公式適用條件：,8,9,10,11,12,13,14,15,2、斜截面承載力計算,不等式右側(cè)的一、二兩項采用與受集中荷載的受彎構(gòu)件相同的形式，第三項則考慮了軸向垃圾對抗剪強度的降低。考慮上面所說的構(gòu)件內(nèi)箍筋抗剪能力基本未變的特點，規(guī)范還要求上式右側(cè)計算出的數(shù)值不得小于,計算公式：,16,6.2鋼筋混凝土受扭構(gòu)件,1、凡是由扭矩作用的構(gòu)件統(tǒng)稱為受扭構(gòu)件。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，純扭構(gòu)件是很少見的，在扭矩作用的同時往往還有彎矩、剪力作用。例如，鋼筋混凝土雨篷梁、鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架邊梁及單層工業(yè)生產(chǎn)廠房中的吊車梁等，都屬于扭轉(zhuǎn)且彎曲的構(gòu)件，如圖6-3所示。,17,18,2、扭轉(zhuǎn)的類型：,（1）平衡扭轉(zhuǎn)：,構(gòu)件的扭矩是由荷載的直接作用所引起的，構(gòu)件的內(nèi)扭矩是用以平衡外扭矩即滿足靜力平衡條件所必需的，如雨篷梁、吊車梁等。,（2）協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)或附加扭轉(zhuǎn)：,扭轉(zhuǎn)由變形引起，并由變形連續(xù)條件所決定。如與次梁相連的邊框架的主梁扭轉(zhuǎn)。,圖6-2協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn),本章主要討論平衡扭轉(zhuǎn)計算，協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)可用構(gòu)造鋼筋或內(nèi)力重分布方法處理。,19,（3）抗扭鋼筋的形式：,圖6-3抗扭鋼筋形式,抗彎縱向鋼筋；,抗剪箍筋或箍筋+彎筋；,抗扭箍筋+沿截面周邊均勻布置的縱筋，且箍筋與縱筋的比例要適當(dāng)。,（4）受扭構(gòu)件分類：,根據(jù)截面上存在的內(nèi)力情況分為純扭、彎扭、剪扭、彎剪扭。,土木工程中的受扭構(gòu)件一般都是彎、剪、扭構(gòu)件，純扭極為少見。,20,理論分析及試驗表明：矩形截面素混凝土純扭構(gòu)件在剪應(yīng)力作用時，在構(gòu)件截面長邊的中點將產(chǎn)生主拉應(yīng)力tp，其數(shù)值等于并與構(gòu)件軸線成45。主拉應(yīng)力tp使截面長邊中點處混凝土首先開裂，出現(xiàn)一條與構(gòu)件軸線成約45的斜裂縫ab，該裂縫迅速地向構(gòu)件的底部和頂部及向內(nèi)延伸至c和d，最后構(gòu)件將形成三面受拉、一邊受壓的斜向空間曲面,如圖6-4所示，構(gòu)件隨即破壞，該破壞具有突然性，屬于典型的脆性破壞。,1、素混凝土純扭構(gòu)件的受力性能,6.2.2、素混凝土純扭構(gòu)件的受力性能及承載力計算,21,圖6-4素混凝土純扭構(gòu)件,22,根據(jù)試驗資料，素混凝土純扭構(gòu)件承載力計算公式為：,2、素混凝土純扭構(gòu)件的承載力計算,Tu=0.7ftWt,b、h分別為構(gòu)件截面的短邊尺寸和長邊尺寸。,式中Wt受扭構(gòu)件的截面抗扭塑性抵抗矩Wt=(3h-b),23,一般采用橫向箍筋和縱向受力鋼筋來承受扭矩的作用。受扭箍筋的形狀必須做成封閉式的，箍筋的端部應(yīng)做135彎鉤，彎鉤直線長度不小于箍筋直徑的10倍。對受扭箍筋的直徑和間距的要求與受彎構(gòu)件箍筋的有關(guān)規(guī)定相同。受扭縱筋沿構(gòu)件截面周邊均勻、對稱布置，且截面四角必須放置；其間距不應(yīng)大于200mm和梁截面短邊尺寸；受扭縱筋的接頭和錨固均應(yīng)滿足受拉鋼筋的有關(guān)規(guī)定。,6.2.3矩形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件承載力計算,24,（1）適筋破壞當(dāng)構(gòu)件的抗扭箍筋和抗扭縱筋的數(shù)量配置適當(dāng)時，隨著扭矩的增加，首先是混凝土三面開裂，然后與開裂截面相交的受扭箍筋和抗扭縱筋達到屈服強度，最終受壓面混凝土被壓碎而導(dǎo)致構(gòu)件破壞。構(gòu)件破壞前有較大的變形和明顯的外部特征，屬于塑性破壞。,1、純扭構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài),25,（2）少筋破壞當(dāng)構(gòu)件受扭箍筋和受扭縱筋的配置數(shù)量太少時，構(gòu)件在扭矩的作用下，斜裂縫突然出現(xiàn)并迅速展開，與斜裂縫相交的受扭鋼筋超過屈服強度被拉斷，另一面的混凝土被壓碎。這種破壞帶有突然性，屬于脆性破壞。（3）完全超筋或部分超筋破壞當(dāng)受扭箍筋或縱筋配置過多時，在扭矩作用下，抗扭鋼筋都沒有達到屈服強度，而形成完全超筋；或箍筋和縱筋中相對較多的一種沒有達到屈服強度形成部分超筋。不論完全超筋還是部分超筋，構(gòu)件的破壞都是由于受壓區(qū)混凝土被壓碎所致，這種破壞也屬于脆性破壞。,26,抗扭鋼筋配筋率對受扭構(gòu)件受力性能的影響,規(guī)范采用縱向鋼筋與箍筋的配筋強度比值進行控制，（0.61.7）,(6-3),受扭計算中對稱布置的全部縱向鋼筋截面面積；,受扭計算中沿截面周邊所配置箍筋的單肢截面面積；,抗扭縱筋抗拉強度設(shè)計值；,抗扭箍筋抗拉強度設(shè)計值；,箍筋間距；,截面核芯部分周長，其中，和分別為截面核芯短邊與長邊長度.,27,實驗表明：,當(dāng)0.52.0一般兩者可以發(fā)揮作用,規(guī)范規(guī)定：,0.61.7,當(dāng)=1.2，縱筋和箍筋的用量比最佳。,28,規(guī)范給出鋼筋混凝土純扭構(gòu)件抗扭承載力計算公式為：,2、純扭構(gòu)件承載力計算,式中ft混凝土的軸心抗拉強度設(shè)計值;Wt截面抗扭塑性抵抗矩；抗扭縱筋與抗扭箍筋的配筋強度比；Acor截面核芯部分的面積，Acor=bcorhcor。,29,例題,有一鋼筋混凝土矩形截面受純扭構(gòu)件，已知截面尺寸為bh=300500mm，配有4根直徑為14mm的HRB335縱向鋼筋。箍筋采用雙肢箍，為HRB235，直徑為8mm，間距為150mm?；炷翞镃25，試求該截面所能承受的扭矩值。,解：,取,30,當(dāng)構(gòu)件同時承受剪力、彎矩和扭矩作用時，構(gòu)件的抗剪、抗彎承載力將隨扭矩的增加而降低；而構(gòu)件的抗扭承載力將隨剪力、彎矩的增加而降低。對于彎剪扭構(gòu)件的計算，目前僅考慮剪扭之間的影響。規(guī)范引入系數(shù)t來反應(yīng)剪扭之間相互影響程度，t稱為剪扭構(gòu)件的混凝土受扭承載力降低系數(shù)，其計算公式為：,6.2.4矩形截面鋼筋混凝土彎剪扭構(gòu)件承載力計算,0.5t1.0,31,（1）按抗剪承載力計算需要的抗剪單肢箍筋,1、剪扭構(gòu)件承載力計算,抗剪承載力的計算公式為：,對于承受以集中荷載為主的矩形截面梁，其計算公式為：,改為：,32,抗扭承載力的計算公式為：,（2）按抗扭承載力計算需要的抗扭單肢箍筋,最終的單肢箍筋總用量：,抗扭縱筋的截面面積：,33,2、矩形截面彎扭構(gòu)件承載力計算,圖彎扭構(gòu)件的鋼筋疊加,34,先按受彎構(gòu)件求Asm,梁底配筋A(yù)s=Asm+平均分配到底邊的Astl,按剪、扭構(gòu)件求,2、彎剪扭構(gòu)件承載力計算,35,規(guī)范規(guī)定，其縱筋截面面積由受彎承載力和受扭承載力所需的鋼筋截面面積相疊加，箍筋截面面積則由受剪承載力和受扭承載力所需的箍筋截面面積相疊加，其具體計算方法如下：,彎矩按純彎構(gòu)件計算；,剪力按剪、扭構(gòu)件計算；,扭矩驗算是否要考慮剪、扭相關(guān)性。,分別計算，然后將鋼筋面積疊加。,圖彎剪扭構(gòu)件的鋼筋疊加,36,（1）確定截面尺寸并驗算是否滿足規(guī)范要求,（2）確定是