中美规范钢筋混凝土纯扭构件承载力分析对比.pdf
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1、第 4 0卷第 5期 2 0 1 4年 1 0月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2l 中美规范钢筋混凝土纯扭构件承载力分析对 比 张红霞, 刘海峰 ( 青海建筑 职业技术 学院 , 青海 西 宁8 1 0 0 1 2 ) 摘 要: 基于试验结果 , 针对钢筋混凝土纯扭构件 , 从开裂扭矩、 受扭承载力、 截面限制条件及箍筋最小配筋率等方 面 , 对我国G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ( 混凝土结构设计规范 和美国 A C I 3 1 8 M一1 1规范进行了分析对比。结果表明, 在箍筋 配筋率范围内, 美
2、国规范安全储备高于我国规范。我国规范中配筋强度比及箍筋配筋率对受扭承载力的影响规律 存在偏差, 建议规范对计算公式做进一步完善, 并对纯扭构件的限制条件作出补充规定。 关键词 : 钢筋混凝土; 纯扭; 受扭纵筋 ; 受扭箍筋 中图分类号 : T U 3 1 8 4 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 2 1 0 4 Co mp a r i s o n f o r t o r s i o n a l s t r e n g t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e me m b e r
3、u n d e r p u r e t o r s i o n be t we e n Ch i ne s e a nd Ame r i c a n Co d e s ZHANG Ho n g x i a, L I U Ha i f e n g ( Q i n g h a i A r c h i t e c t u r a l P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y C o l l e g e , X i n i n g 8 1 0 0 1 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : B a s e d o n t h e
4、t e s t r e s u l t s , c o mp a ris o n o f RC me mb e r u n d e r p u r e t o r s i o n i s s t u d i e d b e t w e e n C h i n e s e Co d e f o r d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s( G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0)a n d A me ri c a n C o d e A C I 3 1 8 M 一1 1 , i n c l u d i n g t h e c
5、r a c k i n g t o r q u e , t h e t o r s i o n a l s t r e n g t h , s e c t i o n l i mi t c o n d i t i o n a n d mi n i mu m r e i n f o r c e me n t r a t i o T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e s i g n s a f e t y d e g r e e o f Ame ri c a n Co d e i s h i g h e r t h a n C h i n e
6、s e C o d e I t i s i n d i c a t e d t h a t t h e r e a r e s o me r e a s o n a b l e p r o b l e ms for t o r s i o n al s t r e n g t h i n o u r c o d e , a n d t h e mo d i f i c a t i o n s h o u l d b e f u r t h e r a do pt e d Ke y wor d s: r e i n f o r c e d c o n c r e t e; p ur e t o
7、rsi o n; l o n g i t ud i nal r e i n f o r c e me n t t o r e s i s t t o r s i o n; t r a n s v e r s e t o r s i o n a l r e i nfo r e e men O 引 言 影响混凝土构件受扭承载力 的因素较多 , 且破 坏形态复杂。 目前对混凝土构件受扭机理的认识 尚 不完善 , 至今 尚未形成一套完整 的理论体系。现行 各国设计规范大多采取半理论 、 半经验的计算公式。 本文基于收集到的钢筋混凝土矩形截面纯扭构件 的 试验结果 , 对我国 G B 5 0 0 1 0
8、 -2 0 1 0 ( 混凝土结构设计 规范 ( 以下简称我国规范 ) 与美 国 A C I 3 1 8 M一1 1 规范 ( 以下简称美 国规范 ) 中钢筋混凝土纯扭构 件受扭承载力 的计算方法和计算结果进行了较为全 面的对 比分析 , 以便 了解 中 、 美两 国规范之 间的差 别 , 为工程技术人员提供参考和建议 。 1 开裂扭矩 中、 美两 国规范均规定 : 当扭矩不超过 1 4的开 裂扭矩时, 可忽略扭转效应 ; 当扭矩大于构件的开裂 收稿 日期 : 2 0 1 4 - 0 3 2 6 作者 简介 : 张红 霞( 1 9 7 1一) , 女 , 甘肃秦 安人 , 副教授 , 研究方
9、向 : 混 凝士结构受力性能。 E ma i l : 3 7 2 0 6 9 3 7 7 q q c o r n 扭矩时, 要按计算配置受扭纵筋和箍筋 , 否则 , 应按 构造要求配置受扭钢筋。计算纯扭构件的受扭承载 力时, 首先需要计算构件的开裂扭矩。由于钢筋的 应力对结构的开裂荷载影响不大, 在计算开裂扭矩 时可忽略钢筋的影响 j 。 1 1 计算公式 美 国 A C I 规范 , 采用 以薄壁管为基础 的模型 , 构件的开裂扭矩按下式计算 : 2 = 0 - 3 3 A ( ) ( 1 a ) 、 c p 考虑强度降低系数 后为 : J 2, : 0 3 3 b A ( ) ( 1 b
10、) 、 c p 式 中A为与混凝土容重有关的调节系数 , 普通混 凝土取 1 为混凝土的规定抗 压强度 ; A 。 为混凝土 横截面外周边包围的面积 ; P 。 为混凝土横截面的外 周边长度。 我国规范为实用方便, 构件的开裂扭矩近似采 用理想弹塑性材料 的应力分布图形进行计算 , 但对 混凝土抗拉强度进行适 当降低 , 构件开裂扭矩计算 公式为: 2 2 四川建筑科学研究 第 4 0卷 = 0 7 f , ( 2 ) 式 中 为截面受扭塑性抵抗矩 , 其取值与截面形 状与尺寸有关 , 对 矩形截 面 =b ( 3 hb ) 6 , 其 中, b为截面短边尺寸, h为截面短长边尺寸i 为混 凝
11、土轴心抗拉强度设计值 。 1 2 计算结果的比较 我国规范采用立方体抗压强度作为强度等级 , 而美国规范采用圆柱体抗压强度作为强度等级, 现 以我国规范混凝 土强度等级为基准 , 根据文献 4 给出的中、 美两国规范混凝土强度指标之间的换算 关系 , 分别按式 ( 1 b ) 、 ( 2 ) 计算矩形 截面的开裂扭 矩 , 计算结果 的比较见图 1 。 3 O 2 5 言2 0 丕 1 5 l 0 5 0 C2 0 C3 0 C4 0 C5 0 C6 0 C7 0 C8 0 ( a ) T c 随混凝土强度等级的变化 图 1 两国规范开裂扭矩计算结果的比较 F i g 1 Co m p a r
12、 i s o n o f c r a c k i n g t o r q u e b e t we e n Ch i n e s e Co d e a n d Ame r i c a n Co d e 由图 1可知 , 尽管两国规范开裂扭矩 的计算方 法不同, 但当混凝土强度在 C 3 0一C 6 0范 围变化时 , 两国规范的开裂扭矩计算值相差在 3 左右 , 差别 并不大 。 2受扭承载力 2 1 计算公式 美国规范规定 , 若乘了系数的扭矩 T 。 ( 需求 强 度 ) 大于 1 4的开裂扭矩 , 即满足 : T u 6 0 0 8 3 A ) ( 3 a ) c p 截面的设计应以下式
13、为依据 : T n ( 3 b ) 式 中 为名义抗扭强度 , 美 国规范采用变角度空 间桁架模型, 按下式计算 : Tn : 2 Ao A f y t c 。 t ( 3 e ) S 用于抗扭的纵向配筋附加截面面积 A 应不小于 : A - = ( 争 ) e o t2 e ( 3 d ) 式中A 。 为由剪力流路径所包 围的毛截 面面积, 经 分析确定 , 可取 A 。 =0 8 5 A A 。 为最外 圈封闭式横 向抗扭配筋 中心线所包 围的面积 ; 为在间距 s内 单肢封闭抗扭箍筋 的截 面积 ; p 为最外圈封闭式横 向抗扭配筋 中线 的周长; s 为横 向配筋 中到 中距离 ; 为
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