钢筋混凝土受扭构件承载力设计计算
摘 要：结合桥梁设计工作实践经验论述了受扭构件承载力的计算方法和计算公式，结合具体实例，提出了钢筋混凝土受扭构件设计及承载力的计算方法及适用范围，以供设计者参考借鉴。
关键词：桥梁工程 桥梁构件 混凝土 受扭构件 承载力 设计 内力计算
中图分类号：tu311 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2012）12（b）-00-02
桥梁工程中扭转构件其受力的基本形式之一，钢筋混凝土结构中常见的构件形式，例如现浇框架边梁或折梁等结构构件都是受扭构件。受扭构件根据截面上存在的内力情况可分为纯扭、剪扭、弯扭、弯剪扭等多种受力情况。在实际工程中，纯扭、剪扭、弯扭的受力情况较少，弯剪扭的受力情况则较普遍。因此，在桥梁结构设计工作中构件的内力计算至关重要。
1 钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的设计与计算
（1）开裂扭矩的计算：纯扭构件的扭曲截面承载力计算中，首先需要计算构件的开裂扭矩。如果扭矩大于构件的开裂扭矩，则还要按计算配置受扭纵筋和箍筋，以满足构件的承载力要求。否则，应按构造要求配置受扭钢筋。在《公路钢筋混凝土及应力混凝土桥涵设计规范》（jtg d62-2004）中规定，钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的开裂扭矩可用公式计算：
tcr=0.7wtftd 式中，tcr为矩形截面纯扭构件的开裂扭矩；
wt为矩形截面的抗扭塑性抵抗矩；
ftd为混凝土抗拉强度设计值。
（2）承载力的计算：在《公路钢筋混凝土及应力混凝土桥涵设计规范》（jtg d62-2004）中，对受扭构件的承载力计算是建立在变角度空间桁架理论基础上的。基于变角度空间桁架的计算模型，通过受扭构件的室内试验数据分析，并使总的抗扭能力取试验数据的偏下值，得到矩形截面构件抗扭承载能力计算公式如：
式中，td为扭矩组合设计值；
tu为为抗扭承载力；
wt为矩形截面受扭塑性抵抗矩，wt=b2（3h-b）/6；asv1为箍筋单肢面积；acor为箍筋内表面所围成的混凝土核心面积，acor=bcor×hcor，此处bcor和hcor分别为核心面积的短边和长边尺寸；sv为抗扭箍筋的间距。ftd为混凝土抗拉强度设计值，fsv为抗扭箍筋抗拉强度设计值，手为纯扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比，在《公路钢筋混凝土及应力混凝土桥涵设计规范》（jtg d62-2004）中规定，值应符合0.6≤≤1.7。当>l.7时，取=1.7。计算构件的抗扭承载能力时，必须符合规范中提出的限制条件；抗扭配筋的上限值：当抗扭钢筋配置过多时，受扭构件可能在抗扭钢筋屈服以前便由于混凝土被压碎而破坏。这种情况即使进一步增加钢筋，构件所能承担的破坏扭矩几乎不再增长，这就是说，其破坏扭矩取决于混凝土的强度和截面尺寸。因此在现行规范中规定钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的截面尺寸应符合下式的要求：
混凝土结构设计原理
1 7 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算
7.1 概述
当结构构件的截面上受到偏心力的作用时，称该结构构件为偏心受力构件。此时，相当于在结构构件的截面上，同时作用有轴力和弯矩。
当偏心力（或轴力）为压力或拉力时，偏心受力构件又可以分为偏心受压构件和偏心受拉构件。
按照偏心力（或轴力）在截面上作用位置的不同，偏心受压构件可分为单向偏心受压构件（图7-1a）和双向偏心受压构件（图7-1b）。
偏心受压构件：矩形截面、工字形截面、箱形截面、圆形截面；
偏心受拉构件：矩形截面。
7.2 偏心受压构件正截面承载力计算
钢筋混凝土偏心受压构件，是实际工程中广泛应用的受力构件之一，其受力性能、应力分析、破坏形态，对钢筋混凝土构件的正截面强度计算，具有一般的意义。
同时承受轴向压力N及弯矩M作用的构件，可换算为对截面形心的偏心距0MeN=的偏心压力作用，0e又称为荷载偏心距。因此，偏心受压构件概括了受弯构件和轴心受压构件，而后两种构件可以视为偏心受压构件的特殊情况，即，当N=0时，为受弯构件，弯矩为M；当0M=、00e=时，为轴心受压构件，轴力为N。图7-4。
7.2.1 偏心受压构件的破坏特征
7.2.1.1 破坏类型
以工程中常用的截面两侧纵向受力钢筋为对称配置的偏心受压短柱为例，说明偏心受压构件的破坏特征。
随轴向压力N在截面上的荷载偏心距0e的变化及纵向钢筋配筋率的不同，偏心受压构件主要有两种破坏类型。分别讨论。
1、受拉破坏——大偏心受压情况。
荷载偏心距0e较大，纵筋配筋率不高。承受偏心荷载以后，部分截面受压、部分截面受拉。随着荷载的增大，拉区混凝土先出现横向裂缝，裂缝的开展使受混凝土结构设计原理
2 拉钢筋sA应力增长较快，首先到达屈服。中和轴向受压边移动，压区高度急剧减小，受压区应变迅速增大，最后，受压钢筋屈服，混凝土被压碎。其破坏形态与配有受压钢筋的适筋梁相似。图7-5a。
单元14 钢筋混凝土受扭构件承载力计算
【学习目标】
1、会进行纯扭构件设计计算，能准确绘制和识读其结构施工图；
2、能够看懂雨蓬的结构施工图，并且可以指导工人钢筋下料；
【知识点】
矩形截面纯扭构件承载力计算；矩形截面弯剪扭构件承载力计算；受扭构件的构造要求。
【工作任务】
项目 板式雨篷设计
１、绘制识读雨蓬结构施工图
２、指导工人进行雨蓬的钢筋下料施工
【教学设计】
本单元的教学内容是受扭构件。本单元教学围绕2个工作任务展开。教学分6个步骤完成，工地现场参观，认识受扭构件——教师教学（按知识点分别依次教学）——学生识读工地受扭构件图纸(提出问题，教师解答)——现场检验工人加工的钢筋是否合格——学生分小组讨论，交流心得——教师、工程师针对发现问题和学生交流心得
14.1 钢筋混凝土受扭构件
图14.1 受扭构件
(a)吊车梁 (b)边梁
图14.2钢筋混凝土受扭构件
(a)雨蓬梁 (b)折线梁 (c)框架边梁 (d)吊车梁
如图14.1，14.2受扭构件
静定受扭构件（平衡扭转）：
超静定受扭构件（约束扭转）：
两类受扭构件：平衡扭转和约束扭转
构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出，与构件刚度无关，如图所示支承悬臂板的梁、偏心荷载作用下的梁（箱形梁、吊车梁），称为平衡扭转。对于平衡扭转，受扭构件必须提供足够的抗扭承载力，否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏。
在超静定结构，若扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的，扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关，称为约束扭转。对于约束扭转，由于受扭构件在受力过程中的非线性性质，扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定值，需要考虑内力重分布进行扭矩计算。
【实训练习】参观黄冈附近的一些框架结构施工工地，分析、认知那些构件是受扭构件及属于哪类受扭构件。
钢筋混凝土受扭构件承载力计算
一、矩形截面纯扭构件的承载力计算
1．计算公式
（7-5）
式中 T____扭矩设计值（包括γ0和ψ值在内）；
γ_____钢筋混凝土结构的结构系数；
Acor_____截面核心部分面积Acor=bcorhcor；
_____抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比（见式7-1）。 ——截面受扭塑性抵抗矩，对矩形截面，；b、h分别为矩形截面的短边和长边尺寸。
_____受扭构件纵向钢筋与箍筋的配筋强度比
(7-1)
式中 fy、fyv_____分别为纵筋、箍筋的抗拉强度设计值， fyv 取值不应大于310N/mm2；
Ast_____沿截面周边对称布置的全部抗扭纵筋截面面积；Ast1 _____沿截面周边所配置箍筋的单肢截面面积；
S——抗扭箍筋的间距；
ucor _____截面核心部分的周长。
由试验结果表明：ζ值在0.5～2.0时，纵筋和箍筋均能在构件破坏前屈服，为安全起见，规范规定：应符合0.6≤ζ≤1.7的要求，当ζ＞1.7时，取ζ=1.7。一般工程中取ζ=1.2。 2．受扭承载力计算公式的适用条件
（1）截面尺寸的限制——配筋上限
为了避免出现“超筋”破坏，规范规定截面尺寸应满足
(7-10)
否则，需增大截面尺寸或提高混凝土强度等级。
（2）截面配筋的限制——配筋下限
为了避免出现“少筋”破坏，规范规定抗扭箍筋配筋率ρstv和抗扭纵筋配筋率ρst应满足
（3）当符合下式要求时
(7-13)
只需按式（7-11）和（7-12）构造配置抗扭钢筋。
二、矩形截面剪、扭构件承载力计算
1．计算公式
（1）矩形截面集中荷载作用下的剪、扭构件，计算公式
式中 λ——计算剪跨，1.4≤λ≤3；
βt——剪、扭构件混凝土受扭承载力降低系数。计算值应符合要求，当时，取；当时，取。
