英语原文共 20 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
7.1 引言
钢筋混凝土构件通常承受弯矩，承受与弯矩相关的横向剪切，以及柱通常承受弯矩，剪切和轴向力。另外，扭力可能起作用，倾向于使构件绕其纵向轴线扭转。这种扭转力很少单独作用，几乎总是与弯矩和横向剪切同时发生，有时也与轴向力同时发生。
多年来，扭转被认为是次要的影响，并没有在设计中明确考虑 ——它的影响被吸收在相对保守设计的结构的整体安全系数中。然而，目前的分析和设计方法导致保守性降低，导致较小的构件，在许多情况下，必须加固以增加扭转强度。此外，越来越多的结构构件以扭转为主要特征;例子包括弯曲的桥梁，偏心装载的箱梁和螺旋楼梯板。 ACI规范中的设计程序首先在瑞士提出（参考文献7.1和7.2），并且也包含在欧洲和加拿大的示范规范（参考文献7.3和7.4）中。
在考虑扭转来区分钢筋混凝土结构中的主弯和二次扭转时是有用的。初始扭转，有时称为平衡扭转或静态确定扭转，存在当外部载荷没有等效载荷路径但必须由扭转支持时。对于这种情况，维持静态平衡所需的扭力可以唯一确定。一个例子是图7.la的悬臂板。施加在板表面的荷载引起扭矩m，沿着支撑梁的长度作用。这些由列上提供的抗扭矩T平衡。没有扭矩，结构就会崩溃。
与这种情况相反，二次扭转也称为兼容性扭转或静态不确定扭转，由于连续性的要求，即结构的相邻部分之间的变形的兼容性。对于这种情况，不能只根据静态平衡找到扭转力矩。忽视设计中的连续性通常会导致广泛的开裂，但通常不会导致崩溃。力的内部重新调整通常是可能的，并且可以找到力的替代平衡。如图7.1 b所示，在支撑整体混凝土板的拱肩或边梁中发现了二次扭转的例子。如果拱肩梁是扭转刚性的并且适当加强，并且如果柱可以提供必要的抗扭矩T，那么板的弯矩将近似刚性外部支撑，如图7.1c所示。但是，如果梁的扭转刚度很小,扭转强度不足，会发生开裂以进一步降低其扭转刚度，并且平板弯矩将近似于铰接边缘的那些，如图7.1d所示。如果平板设计用于抵抗改变的弯矩图，则不会发生崩塌（参见第12.10节的讨论）。
尽管目前的分析技术对静态不确定条件下扭转力矩的现实评估以及确定，但当扭转应力较低并且可能存在交替平衡状态时，设计师经常忽略次级扭转效应。根据ACI规范和许多其他设计规范，这是允许的。另一方面。当扭转强度是设计的基本特征时，如图7.2所示的桥梁，需要特殊的分析和特殊的扭转加强。如本章其余部分所述。
7.2扭力在平板混凝土构件中的应用
普通混凝土构件的扭转图7.3示出了一个棱柱构件的一部分，其两端承受相等和相反的扭矩，如果材料是弹性的，圣维南的扭转理论表明扭转剪应力分布在横截面上。如图7.3所示，最大剪应力出现在宽面的中间。如果TILE材料发生弹性变形，正如预期的那样，混凝土的应力分布更接近于虚线。
如图7.3a所示，成对剪切应力作用在宽表面或其附近的元件上。正如材料强度文本所解释的那样，这种应力状态对应于在与剪切方向成45°的元件表面上的相等的拉伸和压缩应力。这些倾斜拉伸应力与第4.2节讨论的横向剪切引起的拉应力类型相同。然而，在扭转的情况下，由于扭转剪切应力在构件的相对侧上具有相反符号（图7.3b），相应的对角拉伸应力彼此成直角（图7.3a）。
当斜拉应力超过混凝土的抗拉强度时，在某些意外较弱的位置形成裂缝，并立即在梁上扩散。由于形成该对角线裂纹的转矩对应值被称为开裂转矩Tcr。
这里有几种方法可以分析受到扭转的构件。图7.3b中虚线所示的非线性应力分布适合于使用薄壁管，空间桁架类比。使用这种类比，剪切应力在构件外围处的有限厚度t处被认为是恒定的，从而允许梁由等效管表示,如图7.4所示，在管壁，扭矩受剪切流q的阻力，其含义是单位长度上的力，类似地，q持续地作用在管道的边缘，如图7.4所示，个体的结果剪切流的分量位于管壁内，沿垂直壁的长度y0和水平壁的长度x0作用，其中y0和x0在壁中心测量。
施加的扭矩和剪切流量之间的关系可以通过将关于管的轴向中心线的力矩相加得到，给出
其中右边的两项代表水平分量的贡献，垂直壁分别具有静止扭矩,从而
输出x0y0表示由狭缝流路A0包围的区域，给出
并且
值得注意的是，尽管A0是一个面积，它是从上面公式所示的矩量计算中得出的，因此它适用于空心箱体部分和实心部分，在这种情况下也包括
对于管壁厚度t来说，作用在管壁内的单位剪切应力是
如图7.3a所示，主拉应力 因此，只有当 时混凝土才会破裂。考虑到混凝土在双轴拉伸和压缩的情况下，ft可以用来保守地表示，而不是通常用于混凝土破裂模量的值，其取为fr= , 对于普通密度混凝土，代入,在公式（7.1）中并且求解T给出了开裂转矩的值：
记住A0表示剪切流路径所包围的区域，A0必须是整个混凝土截面的外周界所包围的区域的一部分。一般而言，t近似为比值的一部分，P是横截面的周长。对于具有矩形截面的实心构件，t通常为最小宽度的六分之一至四分之一。对于宽深比为0.5的构件，使用四分之一构件的值，A0相当于2/3Acp，对于相同的构件，用这些值计算A0和t，给出
已经发现方程（7.3）给出了固体钢筋混凝土构件的开裂扭矩的合理估算，而不管截面形状如何。对于空心截面，Tcr应按比例减小,其中Ag是混凝土的总截面，即不包括空隙面积（参考文献7.5）。
7.3钢筋混凝土构件扭转
为了抵抗T以上的Tcr加强值的扭转，必须由紧密间隔的箍筋和纵向杆组成。试验表明，单独的纵向杆几乎不增加扭转强度，试验结果显示最多15%的改进（参考文献7.5）。这是可以理解的，因为纵向钢直接影响扭转强度的唯一方式是通过榫钉作用，如果纵向钢筋沿钢筋不受横向钢筋约束，则特别弱且不可靠。因此，仅用纵向钢加固的构件的扭转强度是令人满意的，并且在某种程度上是保守的，由公式预测（7.2）和（7.3）。
当构件被充分加固时，如图7.5a所示，混凝土的扭矩等于或仅仅大于未加固构件的扭矩，如公式（7.3）所给出的。裂纹如图7.5b所示形成螺旋状，当开裂时，混凝土的扭转阻力下降到未开裂构件的一半左右，其余部分现在被钢筋抵抗。内阻的这种重新分布反映在扭矩-扭转曲线（图7.6）中。开裂扭矩在恒定扭矩下继续扭转，直到内力从混凝土重新分配到钢筋。当截面接近极限荷载时，钢筋笼外的混凝土开裂并开始脱落，对构件的扭转能力贡献较小。
试验表明，在开裂后，由剪切路径封闭的区域由尺寸X0和Y0定义为最外层封闭横向加强件的中心，而不是像以前那样管壁的中心。这些尺寸定义了在钢中心线上测量的总面积和剪切周长。
对构件的扭转阻力的分析是通过将构件作为空间桁架来处理的，该空间桁架由螺旋混凝土对角线构成，能够承受平行荷载而不是垂直扭转裂缝、横拉杆件的荷载，这些由闭合的箍筋提供，以及由纵向钢筋提供的张力弦提供。空心管空间桁架类比代表了实际行为的简化，因为正如将要证明的那样，所计算的扭转强度由横向钢筋的强度控制，而与混凝土强度无关。这样的简化在这里将被使用，因为它有助于理解，尽管它大大低估了扭转能力，并且文件不能反映用更高的混凝土强度获得的更高的扭转能力（参考文献7.6和7.7）。
参照图7.7，由具有矩形横截面的构件提供的扭转阻力可以表示为等效中空管的四个壁中的每一个中的剪切作用的总和。例，如作用于管的右侧通气壁的剪切力的作用是扭转阻力，即
按照与4.8节讨论的可变角桁架剪力模型分析相似的程序和在4.19和4.20所表现的，可以使用图7.8a评估垂直墙的一部分的平衡——其中一条边平行于具有角度的扭转裂缝。假设穿过裂缝的箍筋屈服，所考虑的墙内剪力是
由于裂纹的水平投影是，并且，其中是支柱的倾斜角，s是箍筋的间距，
联系公式c和公式a可得出
很容易表明，对于水平和垂直墙壁获得相同的表达式。因此，在四个方面的总和中，该部分的标称容量是
指出并重新稍微排列，给出
与扭转裂纹平行的对角线压缩支柱对于横截面的平衡是必要的。如图7.8b和公式c所示，竖直壁中支柱的压缩水平分量必须与轴向张力相等。基于假定在构件周长附近的剪切流的均匀分布，支柱中的对角线应力必须均匀分布，从而产生与壁的中间高度一致的轴向力的作用线。参照图7.8c，右侧竖直壁对构件扭转力的变化的总贡献是由于扭转的存在，
总结了所有四个方面，构件的轴向力的总增加量为
其中ph是封闭箍筋中心线的周长。
必须提供纵向钢筋来承载附加的轴向力。如果那个钢筋被设计成屈服，那么
其中Al是纵向钢筋的总面积以抵抗扭转，
Fy是纵向扭转的屈服强度，
实验已经发现在开裂后，由剪切流路封闭的有效面积略小于先前开发中用的Aoh的值。在参考文献7.7中建议将减少值作为A0=0.85Aoh，在那里，他会被称为，Aoh是由横向钢筋中心线包围的区域。该建议包含在ACI代码（见第7.5节）和修改的形式（7.4）中，用A0取代Aoh。它进一步被发现在实验中，当量载荷在接近极限时的等效管的厚度，其中Ph为Aoh的周长。
7.4扭转加剪
构件很少受到单独扭转。普遍的情况是，梁受到通常的弯曲力矩和剪力，此外，还必须抵抗扭转力矩。在无裂纹构件中，剪力和扭矩产生剪切应力。在裂纹构件中，剪切和扭转都增加斜撑的力（图4.20d和7.8b），它们增加了斜裂缝的宽度，并且增加了横向钢筋所需的力（图4.20e和7.8a）。
用钢筋混凝土常用的表示形式，由外加剪切力所引起的名义剪应力为，由公式（7.1）给出的扭转引起的剪应力为。如图7.9a所示，空心截面的应力直接在构件的一侧加上。因此，对于具有
和的开裂混凝土截面，最大剪应力可以表示为：
对于具有实心截面的构件。图7.9b. 主要分布在周界周围，如空心管的类比所代表的，但是全截面有助于携带,与实验结果进行比较，方程7.8对于固体截面有点过于保守。更好最大剪切应力的表示方式是由标称剪切应力的平方和的平方根提供：
等式（7.8）和（7.9）用作混凝土在服役和极限荷载下剪应力的度量。
7.5 ACI代码设计规定
基于ACI的基本原则已在前面的章节中给出。ACI代码11.5.3.5安全规定要求
其中Tu是因子载荷下的扭转强度
Tn是构件的公称扭转强度
强度折减系数适用于扭转。强度Tn是基于等式（7.4）的A0取代了Aoh，因此
根据ACI代码11.5.2，可以将与支承面相对距离小于d的区段设计为在距离d处计算的相同扭转力矩Tu。然而，如果在该距离内施加集中扭矩，则必须在支撑面上采取临界段。这些规定与剪切设计中的规定相平行。对于支撑板的梁，如图7.1所示。从板坯的扭转载荷可以被视为沿梁均匀分布。
a T梁和箱形截面
对于T梁，一部分悬垂凸缘有助于扭转扭转能力，并且如果用闭合箍筋加强，则扭转强度增加。根据ACI规范11.5.1,在腹板两侧的悬伸凸缘的贡献宽度等于（1）中梁的凸起的最小值,同时也是（2）板厚度的四倍。这些标准与用于梁的双向板相同，如图13.10所示。与实心截面一样，带有或不带凸缘的箱形截面的Acp表示混凝土截面的外周界所包围的区域。
扭转破裂后，施加的扭矩由Aoh所代表的截面的一部分抵抗，该区域由最外层封闭的横向扭转加强件的中心线所包围。对于矩形、箱形和T形截面，图7.10中示出了截面的Aoh。对于带凸缘的部分，代码不要求用于建立Acp的部分与用于建立Aoh的部分重合。
b 最小扭转
如果因式扭转力矩Tu不超过，则扭转效应可能被忽略，根据ACI代码11.5.1。这个下限是公式（7.3）给出的开裂扭矩的25%。与通常一样，由于设计目的，比影响系数减小。扭转力矩的存在或低于该极限将对构件的抗弯和抗剪强度产生可忽略的影响。值是在ACI代码8.6.1中指定的，和先前在第4.5a部分中描述和1.0分别用于砂轻质、轻质和普通混凝土。对于含有轻质和常量骨料的混凝土，允许值之间的线性插值，并且如果指定轻混凝土的平均劈裂柱强度，则可以被视为。
当Tu不超过时，对于承受轴向载荷Nu（压缩正）的构件，可以忽略扭转效应。对于空心截面（有或没有轴向载荷），Acp必须由混凝土Ag的总面积来代替，以确定扭转效应是否可以忽略。这有助于将裂纹扭矩的25%乘以的比例两次，以考虑从公式（7.3）中所示的值减少空心截面的开裂扭矩，并且第二次考虑由组合的循环相互作用引起的变形,方程（7.9）中的剪应力和扭转应力到与式（7.8）表示的线性相互作用。
c平衡与协调扭转
一个区别是在ACI代码之间的平衡（主）扭转和兼容性（二次）扭转。对于第一个条件，在前面用图7.1a来描述,支撑构件必须被设计成提供静态平衡所需的扭转阻力。对于协调要求引起的二次扭转，如图7.1b所示，假定裂缝将导致内力的重新分配;根据ACI规则11.5.2，最大扭矩Tu可能会减小到或，受轴向载荷作用的构件。在空心型材的情况下，Acp不
全文共5887字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[9751]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
