第4章鋼筋混凝土受扭構件思考題4-1、矩形截面鋼筋混凝土純扭構件的破壞形態與什么因素有關？有哪幾種破壞形態？各有什么特點？答：(1)破壞形態與受扭縱筋和受扭箍筋的配筋率有關，還與縱筋與箍筋的配筋強度比有關。(2)破壞形態：少筋破壞、超筋破壞、部分超筋破壞、適筋破壞。(3)特點：1）少筋破壞構件是裂縫一旦形成構件馬上破壞，開裂扭矩與破壞扭矩相等。其破壞特征類似于素混凝土構件，明顯預兆為脆性破壞。2）超筋破壞時鋼筋未屈服，構件即由于斜裂縫間的混凝土被壓碎而破壞，也無明顯預兆為脆性破壞。3）適筋破壞是受扭縱筋和受扭箍筋的配筋率合適時，當構件三面開裂產生45°斜裂縫后，與斜裂縫相交的受扭鋼筋屈服后，還可以繼續加荷載，直到混凝土第四面混凝土被壓碎，屬塑性破壞。4）部分超筋破壞縱筋與箍筋的配筋強度比不合適時，破壞時縱筋或箍筋未屈服。其塑性比適筋差，但好于少筋破壞、超筋破壞。4-2、鋼筋混凝土純扭構件破壞時，在什么條件下，縱向鋼筋和箍筋都會先達到屈服強度，然后混凝土才壓壞，即產生延性破壞？答：(1)為防止超筋截面尺寸不能太小《規范》規定截面尺寸應滿足：T≤0.2βcfcWt(2)為防止少筋破壞《規范》規定受扭箍筋和縱筋其最小配筋率應滿足：受扭箍筋：（4-7）受扭縱筋：（4-8）（3）為防止部分超筋破壞：《規范》通過限定受扭縱筋與箍筋配筋強度比ζ的取值，對鋼筋用量比進行控制。ζ＝4-3、簡述ζ和βt的意義和取值限制。稱放置，并且四角必須放置答：（1）抗扭縱筋和箍筋其中某一種抗扭鋼筋配置過多時，也會使這種鋼筋在構件破壞時不能達到屈服強度，為使兩種鋼筋充分利用，就必須把縱筋和箍筋在數量上和強度上的配比控制在合理的范圍之內。《規范》將受扭縱筋與箍筋的體積比和強度比的乘積稱為配筋強度比ζ，通過限定ζ的取值對鋼筋用量比進行控制。試驗表明：當ζ在0.5～2.0之間變化時，縱筋與箍筋在構件破壞時基本上都能達到屈服強度，為慎重起見，建議取ζ的適用條件為：0.6≤ζ≤1.7當ζ＝1.2左右時為兩種鋼筋達到屈服的最佳值。（2）試驗表明：在剪力和扭矩共同作用下，混凝土的抗剪能力和抗扭能力分別降低，隨著扭矩的增大，構件的受剪承載力逐漸降低；同時隨著剪力、的增大，構件的抗扭承載力逐漸降低，這種現象就叫剪力和扭矩的相關性。為簡化計算《規范》給出了剪扭構件混凝土承載力影響系數βt4-4、受扭構件中，受扭縱向鋼筋為什么要沿截面周邊對稱放置，并且四角必須放置？答：因為受扭構件破壞時，首先從長邊的中點先破壞，然后向兩邊延伸最后形成三面開裂，一面受壓空間曲面斜裂縫，所以受扭縱向鋼筋應沿截面周邊對。4-5、簡述抗扭鋼筋的構造要求。(1)為防止超筋截面尺寸不能太小《規范》規定截面尺寸應滿足(2)為防止少筋破壞《規范》規定受扭箍筋和縱筋其最小配筋率應滿足(3）箍筋應作成封閉式，末端應作成135°彎鉤，彎鉤端平直部分的長度≥10d當采用復合箍筋時,位于截面內部的箍筋計算不考慮。（4）受扭縱向鋼筋沿截面周邊對稱放置，并且四角必須放置。縱向受扭鋼筋間距不應大于200mm和截面短邊尺寸，根數≥4根；縱向受扭鋼筋直徑同梁，在支座內的錨固長度按受拉考慮。4-6、矩形截面彎剪扭構件的受彎、受剪、受扭承載力如何計算？其縱筋和箍筋如何配置？當已知截面內力（M、T、V），并初步選定截面尺寸和材料強度等級后，可按以下步驟進行：1）驗算截面尺寸若截面尺寸不滿足時，應增大截面尺寸后再驗算。2）確定是否需進行受扭和受剪承載力計算確定是否需進行剪扭承載力計算，若不需則不必進行下述②、③步驟；確定是否需進行受剪承載力計算；確定是否需進行受扭承載力計算3）確定箍筋用量計算承載力降低系數βt；計算受剪所需單肢箍筋的用量計算受扭所需單箍筋的用量計算剪扭箍筋的單肢總用量4）確定縱筋用量計算受扭縱筋的截面面積Astl，并驗算受扭最小配筋率；計算受彎縱筋的截面面積As，并驗算受彎最小配筋率；彎扭縱筋相疊加并選筋。疊加原則：As配在受拉邊，Astl沿截面周邊均勻對稱布置。計算題4-1、鋼筋混凝土矩形截面純扭構件，b×h＝250×500mm，承受的扭矩設計值T＝15KN.m。混凝土為C20，縱筋為HRB335級，箍筋為HPB235級。試配置該構件所需的抗扭鋼筋。1.【解】（1）驗算截面尺寸所以截面尺寸滿足要求，并且要按計算配置受扭鋼筋。（2）計算抗扭箍筋數量設選用φ8雙肢，則箍筋的間距取間距最小配箍率驗算：（3）縱筋計算選用612，最小配筋率驗算：對純扭構件V＝1.0；當≥2.0時，取＝2.0。4-2、一鋼筋混凝土矩形截面懸臂梁，b×h＝200×400mm，混凝土為C25，縱筋為HRB400級，箍筋為HPB235級，若在懸臂支座截面處作用設計彎矩M＝56kN·m，設計剪力V＝60kN和設計扭矩T＝4kN·【解】（1）驗算截面尺寸≤0.25βcfc=3所以截面尺寸滿足要求，并且要按計算配置受扭鋼筋。（2）確定計算方法,要考慮扭矩的影響。要考慮剪力的影響。（3）計算抗扭、抗剪箍筋數量1）計算抗扭箍筋數量設2）計算抗剪箍筋數量0.1073）剪扭箍筋數量選用φ8雙肢，則箍筋的間距取間距最小配箍率驗算：（4）抗扭縱筋計算選用612最小配筋率驗算：，(5)抗彎計算梁底部鋼筋475+678/3=701mm2選用318（763mm2）第5章鋼筋混凝土受壓構件思考題1、縱向鋼筋和箍筋在受壓構件中的作用和構造要求如何？答：1、⑴縱筋在受壓構件中的作用主要是：①協助混凝土承受壓力，提高構件的正截面抗壓承載力；②提高構件的變形能力，防止構件突然的脆性破壞；③承受偶然的彎矩以及混凝土收縮和溫度變化引起的拉應力；對偏心較大的偏心受壓構件，截面受拉區的縱向鋼筋則主要用來承受拉力；④減小混凝土的徐變。⑵縱向鋼筋的構造：①柱中縱向鋼筋直徑不宜小于12mm，一般取16～32mm。為保證鋼筋骨架的剛度、減少施工時可能產生的縱向彎曲和受壓時的局部屈曲，縱向鋼筋宜采用較粗直徑的鋼筋。②軸心受壓構件的縱向鋼筋應沿截面四周均勻對稱布置，矩形截面時鋼筋根數不得少于4根，圓形截面時不應少于6根。偏心受壓構件的縱向鋼筋應布置在彎矩作用方向的兩對邊。當截面高度h≥600mm時，應在側面設置直徑為10～16mm的縱向構造鋼筋，并相應設置附加箍筋或拉筋。③為提高受壓構件的延性，保證構件承載能力，全部縱筋的配筋率不應小于0.6%，同一側縱筋的配筋率不應小于0.2%；考慮到經濟和施工方便，全部縱筋的配筋率不宜大于5%。通常受壓鋼筋的配筋率不超過3%，在0.6%～2%之間。④柱中縱向鋼筋的混凝土保護層最小厚度為30mm，且不小于縱筋直徑。⑤縱向鋼筋的凈距不應小于50mm；對處在水平位置澆筑的預制柱，其縱筋凈距要求與梁相同。在偏心受壓柱中，垂直于彎矩作用平面的側面上的縱筋和軸心受壓柱中各邊的縱向受力鋼筋，其中距不宜大于300mm。⑥縱向受力鋼筋的接頭宜設置在受力較小處。鋼筋接頭宜優先采用機械連接接頭，也可以采用焊接接頭和搭接接頭。對于直徑大于28mm的受拉鋼筋和直徑大于32mm的受壓鋼筋，不宜采用綁扎的搭接接頭。2、⑴箍筋在受壓構件中的作用主要是：①約束受壓鋼筋，防止縱筋壓屈外凸；②在施工時固定縱筋的正確位置，與縱筋形成骨架；③在剪力較大的偏心受壓構件中抗剪；④約束內部核芯混凝土受壓后的側向膨脹，改變核芯部分混凝土的受力狀態，以提高混凝土強度。⑵箍筋的構造①箍筋應做成封閉式。箍筋直徑不應小于dmax/4（dmax為縱向鋼筋最大直徑），且不應小于6mm。②箍筋間距不應大于400mm及構件截面的短邊尺寸，且不應大于15dmin（dmin為縱向鋼筋最小直徑）。③當全部縱筋的配筋率大于3%時，箍筋直徑不應小于8mm，間距不應大于10dmin，且不應大于200mm。箍筋末端應做成135°彎鉤且彎鉤末端平直段長度不應小于箍筋直徑的10倍。④在縱筋搭接長度范圍內，箍筋直徑不應小于0.25dmax。當搭接鋼筋受拉時，箍筋間距不應大于5dmin，且不應大于100mm；當鋼筋受壓時，箍筋間距不應大于10dmin，且不應大于200mm。當受壓鋼筋直徑d＞25mm時，尚應在搭接接頭兩個端面外100mm范圍內各設置兩個箍筋。⑤縱向鋼筋至少每隔一根放置于箍筋轉彎處。當柱截面短邊尺寸大于400mm且各邊縱筋多于3根時，或當柱截面短邊尺寸不大于400mm但各邊縱筋多于4根時，應設置復合箍筋，見圖5-2。⑥對于截面形狀復雜的構件，不應采用具有內折角的箍筋，以避免產生向外拉力，使折角處混凝土破壞。可將復雜截面劃分成若干簡單截面，分別配置箍筋，見圖5-3。⑦在多層房屋建筑中，一般在樓板頂面處設置施工縫，通常是將下層柱的縱筋伸出樓面一段距離，與上層柱筋相連接。在搭接連接中，當縱向鋼筋受拉時，不應小于縱向受拉鋼筋的搭接長度ll，且不應小于300mm；當縱向鋼筋受壓時，不應小于縱向受拉鋼筋的搭接長度ll的0.7倍，且不應小于200mm。當上下層柱的截面尺寸不同時，可在梁高范圍內將下層柱的縱筋彎折一傾角，其斜度不應大于1/6然后伸入上層柱。2、軸心受壓構件計算中，穩定系數φ的含義是什么？主要考慮了哪些因素？答：《混凝土設計規范》采用穩定系數j來表示長柱承載力的降低程度，即，式中：分別為長柱和短柱的承載力根據試驗結果及數理統計可得下列經驗公式：3、配置螺旋箍筋柱承載力提高的原因是什么？答：配有螺旋筋或焊接環筋的鋼筋混凝土柱，螺旋筋或焊接環筋能夠有效的約束其內核芯混凝土在縱向受壓時產生的橫向變形，使核芯混凝土處于三向受壓狀態，從而可提高混凝土的抗壓強度，并改善其變形性能。試驗表明，螺旋筋柱或焊接環筋柱在軸向壓力作用下，將產生與軸力方向平行的明顯的縱向裂縫，當軸向壓力逐漸增大時，螺旋筋外的混凝土保護層開始剝落，螺旋筋內的混凝土并未破壞。隨著軸向壓力的增加，柱螺旋筋內的混凝土應力繼續提高，核芯部分混凝土的橫向變形使螺旋筋產生環向拉應力，而被張緊的螺旋筋則相當于一個套箍的作用，緊緊得箍住核芯混凝土，有效地限制了核芯混凝土的橫向變形，使核芯混凝土受到了側向約束，處于三向受壓狀態。隨著荷載的逐漸增大，螺旋筋的拉應力不斷加大，直到螺旋筋屈服，不再能起到進一步約束核芯混凝土橫向變形的作用，這時核芯部分混凝土即被壓碎，構件破壞。4、偏心受壓構件分為哪兩種類型？兩類破壞有何本質區別？其判別的界限條件是什么？答：（1）偏心受壓構件的分類：1、當軸心壓力的相對偏心矩較大，且受拉鋼筋又配置不很多時，為大偏心受壓破壞；2、當軸心壓力的相對偏心矩較大，但受拉鋼筋配置很多時，或當軸心壓力的相對偏心矩較小時，為小偏心受壓破壞。（2）偏心受壓短柱的破壞形態有大偏心受壓破壞和小偏心受壓破壞兩種情況。大偏心受壓破壞的特點是受拉鋼筋先達到屈服強度，導致壓區混凝土壓碎，這種破壞形態在構件破壞前有明顯的預兆，裂縫開展顯著，變形急劇增大，具有延性破壞性質，是與適筋梁破壞形態相類似的延性破壞類型。小偏心受壓破壞形態的特點是混凝土先被壓碎，遠側鋼筋可能受拉也可能受壓，但都不屈服，這種破壞沒有明顯的預兆，裂縫開展不明顯，變形不大（但受壓區垂直裂縫不斷發展），屬于脆性破壞性質，與受彎構件超筋（或軸心受壓構件）破壞類似。（3）兩類偏心受壓破壞的界限。從兩類破壞情況可見，大偏心受壓破壞時，受拉鋼筋先屈服，而后受壓鋼筋及混凝土相繼達到破壞；小偏心受壓破壞時，受壓鋼筋屈服，受壓混凝土被壓壞，而距偏心力較遠一側的鋼筋，可能受拉也可能受壓，但始終未能屈服。二類破壞的根本區別在于距偏心力較遠一側的鋼筋是否達到屈服。顯然，在兩類破壞之間存在著一種界限破壞形態，稱為“界限破壞”。其主要特征是：在受拉鋼筋應力達到屈服強度的同時，受壓區混凝土被壓碎。兩者的界限與受彎構件正截面的適筋破壞和超筋破壞的界限相同。因此，大、小偏心受壓破壞的界限，仍可用受彎構件正截面適筋與超筋的界限予以劃分，即x≤xb或ξ≤ξb時：屬于大偏心受壓破壞，x＞xb或ξ＞ξb時：屬于小偏心受壓破壞。5、偏心矩增大系數η引入的意義是什么？何時取η＝1.0？答：由于偏心受壓構件截面上的彎矩影響，鋼筋混凝土偏心受壓構件將產生縱向彎曲變形，即產生側向撓度f，從而使荷載的初始偏心矩增大。對于長細比較小（l0/h≤5）的短柱，側向撓度很小可忽略。但對于長細比較大的長柱，由于側向撓度f的影響，柱中截面承受的彎矩將由Nei增加到N（ei＋f），由附加撓度f產生的附加彎矩值Nf使得構件的承載力顯著降低。《規范》采用把初始偏心距乘以一個偏心距增大系數η的方法來解決縱向彎曲對承載能力影響的問題，相當于用ηei代替ei＋f。在計算時，對于長細比l0/h≤5的短柱可不考慮側向撓度對偏心矩的影響，取η＝1.06、引入附加偏心距ea的實質是什么？答：計算偏心受壓構件正截面受壓承載力時，在求得作用于截面上的軸力N和彎矩M后，即可求得軸向力的偏心距e0＝M/N。但是，由于實際工程中存在著荷載作用位置不確定性、混凝土質量不均勻性、配筋不對稱性以及施工不準確性等因素，都有可能造成構件偏心矩的增大，而導致構件承載力的降低。為安全起見，在正截面承載力計算中，有必要把偏心受壓構件的偏心距e0予以加大，即在此偏心距e0基礎上再加上一個附加偏心距ea。《規范》規定，ea應取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30兩者中的較大值。引入附加偏心距ea后的偏心距稱為計算初始偏心距，用ei表示，即ei＝e0＋ea。7、什么是對稱配筋？有什么優點？答：在實際工程中，偏心受壓構件時常設計成對稱配筋方式。對稱配筋就是截面兩側的縱筋級別、數量完全相同，即fy'＝fy，As'＝As。在實際工程中，偏心受壓構件在不同內力組合下，可能有相反方向的彎矩。當其數值相差不大時，或即使相反方向的彎矩值相差較大，但按照對稱配筋設計求得的縱向鋼筋的總量比按不對稱配筋設計所得縱向鋼筋的總量增加不多時，均宜采用對稱配筋。采用這種配筋方式，可抵抗變號彎矩，且設計和施工也較簡單，因此在實際工程中應用廣泛。計算題1、某軸心受壓柱，截面尺寸b×h＝400×500mm，計算長度l0＝4.8m，采用混凝土強度等級為C25，HPB235級鋼筋，承受軸向力設計值N＝1670kN，計算縱筋數量。【解】由已知條件知：?c＝11.9N/mm2，fy'＝210N/mm2⑴計算穩定系數φl0/b＝4800/400＝12，查表得：φ＝0.95⑵計算縱筋截面面積As'，并校驗ρ'由于，即混凝土的抗壓能力已經滿足軸向力的要求，所以縱筋按照構造要求配置即可。⑶配筋采用4Φ20，，可以。截面每一側配筋率，可以。所以，選用4根直徑20mm的HPB235級鋼筋，。2、某鋼筋混凝土偏心受壓柱，承受軸向壓力設計值N＝250kN，彎矩設計值M＝158kN·m，截面尺寸為b×h＝300×400mm，as＝as'＝40mm，柱的計算長度l0＝4.0m，采用C25混凝土和HRB335鋼筋，進行截面對稱配筋設計。【解】由已知條件知：?c＝11.9N/mm2，fy'＝fy＝300N/mm2⑴計算初始偏心距eie0＝＝＝632mmea＝｛，20mm｝max＝｛13mm，20mm｝max＝20mmei＝e0＋ea＝632＋20＝652mm⑵計算偏心距增大系數ηh0＝400－40＝360mml0/h＝4000/400＝10＞5，應考慮附加彎矩的影響。ζ1＝＝＝2.856＞1，取ζ1＝1.0l0/h＝10＜15，取ζ2＝1.0。η＝1＋＝1＋＝1.0394⑶判別大小偏心x＝＝＝70mm2as'＝2×40＝80mmxb＝ξbh0＝0.55×360＝198mm＝