桥梁受扭构件承载力计算

第8章 受扭构件承载力的计算教学提示：以试验研究为基础，基于变角度空间桁架计算模型，建立纯扭构件承载力计算公式和适用条件。

构件受扭、受弯与受剪承载力之间的相互影响过于复杂，为简化计算，弯剪扭构件对混凝土提供的抗力考虑其相关性，钢筋提供的抗力采用叠加的方法。

教学要求：要求学生掌握矩形截面受扭构件的破坏形态、变角度空间桁架计算模型、受扭承载力的计算方法、限制条件及配筋构造。

掌握弯剪扭构件的配筋计算方法及构造要求。

8.1 概述在建筑结构中，结构处于受扭的情况很多，比如吊车梁、框架边梁、雨棚梁等，如图8.1所示。

但在实际工程中，处于纯扭矩作用的情况很少，大多数都是处于弯矩、剪力、扭矩共同作用下的复合受扭情况，如图8.1中所示都属于弯、剪、扭复合受扭构件。

图8.1 受扭构件实例过去，在结构设计中，由于采用现浇钢筋混凝土结构，或者截面尺寸较大的预制构件，相对于弯矩、剪力、轴力而言，扭转属于次要因素，在结构设计中不起控制作用，因此往往忽略其影响或采用保守的计算方法和构造措施来处理。

近几十年来，随着材料强度的提高和建筑艺术的发展，构件尺寸愈来愈小，结构跨度不断扩大，异型构件不断出现，都使扭转作用突出起来。

建筑结构在地震作用下除了发生平移振动外，而且还会发生扭转。

震害调查表明，扭转作用会加重结构的破坏，在某些情况下将成为导致结构破坏的主要因素。

混凝土结构设计原理·200··200·8.2 试验研究分析8.2.1 无腹筋构件一个素混凝土矩形截面构件承受扭矩T的作用，在加载的初始阶段，截面的剪应力分布符合弹性分析，最大剪应力发生在截面长边的中间。

根据剪应力成对原则，且忽略截面上的正应力，最大主拉应力l maxστ=发生在同一位置，与纵轴成45o角，如图8.2所示。

图8.2 素混凝土构件受扭图8.3 有腹筋梁的受扭随着扭矩的增大，剪应力随之增加，出现少量塑性变形，截面剪应力图形趋向饱满。

第8章受扭构件承载力的计算§8.1 概述实际工程中哪些构件属于受扭构件？工程结构中，结构或构件处于受扭的情况很多，但处于纯扭矩作用的情况很少，大多数都是处于弯矩、剪力、扭矩共同作用下的复合受扭情况，比如吊车梁、框架边梁、雨棚梁等，如图8-1所示。

图8-1 受扭构件实例受扭的两种情况：平衡扭转和协调扭转。

静定的受扭构件，由荷载产生的扭矩是由构件的静力平衡条件确定的，与受扭构件的扭转刚度无关，此时称为平衡扭转。

如图8-1（a ）所示的吊车梁，在竖向轮压和吊车横向刹车力的共同作用下，对吊车梁截面产生扭矩T 的情形即为平衡扭转问题。

对于超静定结构体系，构件上产生的扭矩除了静力平衡条件以外，还必须由相邻构件的变形协调条件才能确定，此时称为协调扭转。

如图8-1（b ）所示的框架楼面梁体系，框架的边梁和楼面梁的刚度比对边梁的扭转影响显著，当边梁刚度较大时，对楼面梁的约束就大，则楼面梁的支座弯矩就大，此支座弯矩作用在边梁上即是其承受的扭矩，该扭矩由楼面梁支承点处的转角与该处框架边梁扭转角的变形协调条件所决定，所以这种受扭情况为协调扭转。

§8.2 纯扭构件的试验研究8.2.1 破坏形态钢筋混凝土纯扭构件的最终破坏形态为：三面螺旋形受拉裂缝和一面（截面长边）的斜压破坏面，如图8-3所示。

试验研究表明，钢筋混凝土构件截面的极限扭矩比相应的素混凝土构件增大很多，但开裂扭矩增大不多。

图8-2 未开裂混凝土构件受扭图8-3 开裂混凝土构件的受力状态 8.2.2 纵筋和箍筋配置对纯扭构件破坏性态的影响受扭构件的四种破坏形态受扭构件的破坏形态与受扭纵筋和受扭箍筋配筋率的大小有关，大致可分为适筋破坏、部分超筋破坏、完全超筋破坏和少筋破坏四类。

对于正常配筋条件下的钢筋混凝土构件，在扭矩作用下，纵筋和箍筋先到达屈服强度，然后混凝土被压碎而破坏。

这种破坏与受弯构件适筋梁类似，属延性破坏。

此类受扭构件称为适筋受扭构件。

第七章 受扭构件承载力计算7.1 概述工程中的钢筋砼受扭构件有两类：● 一类是 —— 平衡扭矩：是静定结构由于荷载的直接作用所产生的扭矩，这种构件所承受的扭矩可由静力平衡条件求得，与构件的抗扭刚度无关。

如：教材图7·1a 、b 所示受檐口竖向荷载作用的挑檐梁，及受水平制动力作用的吊车梁以及平面曲梁、折线梁、螺旋楼梯等。

● 另一类是 —— 协调扭矩：是超静定结构中由于变形协调条件使截面产生的扭矩，构件所承受的扭矩与其抗扭刚度有关。

如：教材图7·2 所示现浇框架的边梁。

由于次梁在支座（边梁）处的转角产生的扭转，边梁开裂后其抗扭刚度降低，对次梁转角的约束作用减小，相应地边梁的扭矩也减小。

● 本章只讨论平衡扭转情况下的受扭构件承载力计算。

在工程结构中，直接承受扭矩、弯矩、剪力和轴向力复合作用的构件是常遇的。

但规范对弯扭、剪扭和弯剪扭构件的设计计算，是以抗弯、抗剪能力计算理论和纯扭构件的承载力计算理论为基础，采用分别计算和叠加配筋的方法进行的，故有必要先了解纯扭构件的受力性能和承载力的计算方法。

7.2 纯扭构件的受力性能7.2.1 素砼纯扭构件的受力性能素砼构件也能承受一定的扭矩。

素砼构件在扭矩T 的作用下，在构件截面中产生剪应力τ及相应的主拉应力tp σ 和主压应力cp σ（教材图7·3）。

根据微元体平衡条件可知：τστσ==cp tp ,由于砼的抗拉强度远低于它的抗压程度，因此当主拉应力达到砼的抗拉强度时，即t tp f ≥=τσ时，砼就会沿垂直于主拉应力方向裂开（教材图7·3）。

所以在纯扭矩作用下的砼构件的裂缝方向总是与构件轴线成45o的角度。

并且砼开裂时的扭矩T 也就是相当于t f =τ时的扭矩，即砼纯扭构件的受扭承载力co T 。

为了求得co T ，需要建立扭矩和剪应力之间的关系，然后根据强度条件，即砼纯扭构件的破坏条件求出受扭承载力co T 。

7.2.2 素砼纯扭构件的承载力计算(一) 、弹性分析法：用弹性分析方法计算砼纯扭构件承载力时，认为砼构件为单一匀质弹性材料。

第八章受扭构件承载力计算扭转的类型平衡扭转：协调扭转：(a )(b )(c )(d )He 0M T =He 0H边框架主梁雨蓬梁，吊车梁平面折梁，边框架主梁8.1概述两类扭转的差别：平衡扭转的扭矩不随构件的刚度变化而变化，而协调扭转的扭矩与刚度变化相关。

实际构件受扭的情况：纯扭、剪扭、弯扭、弯剪扭–––梁地震荷载作用下的角柱承受扭矩–––柱试验表明：当σtp >f t 长边中点先裂，然后延伸至上、下短边，形成三面受拉，一面受压的空间扭曲面、脆性破坏。

T τσtp8.2构件的开裂扭矩8.2.1 矩形截面构件的开裂扭矩✶弹性分析✷塑性分析按材力导出外边缘τmax 时的扭矩比实测扭矩低很多。

认为材料塑性充分发展，全截面从表面至中心达到τmax 所计算的扭矩抗力。

w t –––抗扭性抵抗矩对于矩形截面：)3(62b h b W t －=tt u W f T =但混凝土并非理想塑性材料，故实际梁的扭矩抗力介于弹性分析和塑性分析结果之间∴素梁纯扭抗扭承载力：tt cr W f T 7.0=8.2.2 T 型截面构件的开裂扭矩：tftf tw t W W W W ++='twW 'tf W tf W ——腹板部风矩形截面的受牛塑性抵抗拒——受压区翼缘矩形截面的受扭塑性抵抗矩——受拉区翼缘矩形截面的受扭塑性抵抗矩8.3.1 抗扭配筋的形式受扭最理想的配筋方式是左靠近表面处设置呈45°走向的螺旋形钢筋，但分解为竖向(箍筋)和水平(纵筋)组成抗扭骨架。

施工不便反向扭矩失效要配抗扭钢筋开裂形成大约45°方向的螺旋式裂缝8.3 纯扭构件的受扭承载力计算8.3.2 受扭构件的实验研究结果T ∴破坏特征与纵筋和箍筋的数量有关当纵筋和箍筋或其中之一过少时当纵筋和箍筋的配置适当，开裂⌫抗扭钢筋受力⌫T ↑⌫钢筋屈服形成空间扭曲破坏面开裂表面形成螺旋裂缝抗扭钢筋受力–––少筋构件。

–––适筋构件。

桥梁受扭构件破坏特征及承载力计算桥梁是连接两个地理位置的重要交通设施，它承载着车辆和行人的重量。

桥梁的承载力是指其能够支撑的最大荷载，而桥梁受扭构件是桥梁中的重要组成部分。

本文将介绍桥梁受扭构件的破坏特征和承载力计算方法。

一、桥梁受扭构件的破坏特征1.剪切破坏：扭转会产生剪应力，当剪应力大于材料的抗剪强度时，受扭构件会发生剪切破坏。

2.扭转破坏：在受扭构件上，扭转力作用会使其发生相对旋转，当达到一定角度时，受扭构件会失去承载能力，发生扭转破坏。

3.弯曲破坏：受扭构件在受到扭矩力矩作用时，由于材料的抗弯刚度有限，会发生弯曲破坏。

4.龙骨翻转：龙骨是支撑桥面板的主要构件，受到扭矩作用时，龙骨可能会翻转，导致桥面板的破坏。

1.线性弹性理论法：在这种计算方法中，假设受扭构件材料的应力-应变关系服从线性弹性的规律，利用弹性力学理论进行力学计算，得到受扭构件的最大承载力。

2.极限强度理论法：这种计算方法基于构件材料的极限强度，假设受扭构件在超过一定弯曲角度后失去承载能力，利用建筑结构力学知识和试验数据，根据构件的几何形状、材料性能和边界条件等因素，确定承载力。

无论采用何种计算方法，桥梁受扭构件的承载力计算都需要考虑以下因素：1.受扭构件的几何形状和材料性能。

2.受扭构件所受的荷载类型和大小。

3.受扭构件所处的边界条件和约束。

4.受扭构件的安全系数。

通过对以上因素的综合考虑和计算，可以得到桥梁受扭构件的承载力。

在实际设计和施工中，为了保证桥梁的安全性和稳定性，通常会采用一定的安全系数，并结合实际情况进行合理的调整。

总之，桥梁受扭构件的破坏特征和承载力计算是保证桥梁安全可靠运行的重要内容。

通过合理的设计和计算，可以确保桥梁受扭构件具备足够的承载能力，满足实际的使用需求。

第七章 受扭构件承载力计算7.1 概述工程中的钢筋砼受扭构件有两类：● 一类是 —— 平衡扭矩：是静定结构由于荷载的直接作用所产生的扭矩，这种构件所承受的扭矩可由静力平衡条件求得，与构件的抗扭刚度无关。

如：教材图7·1a 、b 所示受檐口竖向荷载作用的挑檐梁，及受水平制动力作用的吊车梁以及平面曲梁、折线梁、螺旋楼梯等。

● 另一类是 —— 协调扭矩：是超静定结构中由于变形协调条件使截面产生的扭矩，构件所承受的扭矩与其抗扭刚度有关。

如：教材图7·2 所示现浇框架的边梁。

由于次梁在支座（边梁）处的转角产生的扭转，边梁开裂后其抗扭刚度降低，对次梁转角的约束作用减小，相应地边梁的扭矩也减小。

● 本章只讨论平衡扭转情况下的受扭构件承载力计算。

在工程结构中，直接承受扭矩、弯矩、剪力和轴向力复合作用的构件是常遇的。

但规范对弯扭、剪扭和弯剪扭构件的设计计算，是以抗弯、抗剪能力计算理论和纯扭构件的承载力计算理论为基础，采用分别计算和叠加配筋的方法进行的，故有必要先了解纯扭构件的受力性能和承载力的计算方法。

7.2 纯扭构件的受力性能7.2.1 素砼纯扭构件的受力性能素砼构件也能承受一定的扭矩。

素砼构件在扭矩T 的作用下，在构件截面中产生剪应力τ及相应的主拉应力tp σ 和主压应力cp σ（教材图7·3）。

根据微元体平衡条件可知：τστσ==cp tp ,由于砼的抗拉强度远低于它的抗压程度，因此当主拉应力达到砼的抗拉强度时，即t tp f ≥=τσ时，砼就会沿垂直于主拉应力方向裂开（教材图7·3）。

所以在纯扭矩作用下的砼构件的裂缝方向总是与构件轴线成45o的角度。

并且砼开裂时的扭矩T 也就是相当于t f =τ时的扭矩，即砼纯扭构件的受扭承载力co T 。

为了求得co T ，需要建立扭矩和剪应力之间的关系，然后根据强度条件，即砼纯扭构件的破坏条件求出受扭承载力co T 。

7.2.2 素砼纯扭构件的承载力计算(一) 、弹性分析法：用弹性分析方法计算砼纯扭构件承载力时，认为砼构件为单一匀质弹性材料。