湖南交通工程学院课程授课教案
授课内容 教学目的与要求 重点难点 参考资料 教学方法 教学过程 受拉构件的分类 模块二 钢筋混凝土结构 项目五 钢筋混凝土结构的基本构件 任务3 受拉构件与受扭构件 了解受拉构件与受扭构件的相关构造要求 受拉构件与受扭构件的相关构造要求 《建筑结构》金舜卿 宋乔主编 西北工业大学出版社 讲授 教学手段 板书 教学手段 方法设计 在钢筋混凝土结构中，承受轴向拉力或承受轴向拉力及弯矩共同作用的构件称为受拉构件。其中，轴向拉力作用点通过截面质量中心连线且不受弯矩作用的构件称为轴心受拉构件，轴向拉力作用点偏离构件截面质量中心连线或构件承受轴向拉力及弯矩共同作用的构件称为偏心受拉构件。由于混凝土是一种非匀质材料，加之施工上的误差，无法做到纵向拉力能通过构件任意横截面的质量中心连线，因此严格地说实际工程中没有真正的轴心受拉构件。但当构件上弯矩很小（或偏心距很小）时，为方便计算，可将此类构件简化为轴心受拉构件进行设计。如圆形水池的池壁、钢筋混凝土屋架的下弦杆等就是轴心受拉构件，如图7-1(a)、(b)；矩形水池的池壁，承受节间荷载的桁架下弦杆则是偏心受拉件，如图7-1(c）。 (a)(b) (c) 受拉构件工程实例 轴心受拉构件的受力特点 与适筋受弯构件相似，轴心受拉构件从开始加载到破坏，其受力过程也可分为三个受力阶段：第I阶段为从加载到混凝土开裂前；第II阶段为混凝土开裂到受拉钢筋屈服前；第III阶段为受拉钢筋达到屈服，此时，拉力N值基本不变，构件裂缝开展很大，可认为构件达到极限承载力。 轴心受拉构件正截面承载力计算
轴心受拉构件破坏时，混凝土不承受拉力，全部拉力由钢筋来承受，故轴心受拉构件正截面承载力计算公式如下 N?Asfy 式中，N——轴向拉力设计值； As——受拉钢筋截面面积； fy——钢筋抗拉强度设计值。 偏心受拉构件的分类 根据偏心拉力N的作用位置不同，将偏心受拉构件分为大偏心受拉构件和小偏心受拉构件两种。如图所示，设轴向拉力N的作用点距构件截面重心轴的距离为e0，在截面上靠近偏心拉力N一侧的钢筋截面积为As、在截面另一侧的钢筋截面积为A's。 当纵向拉力N作用在As合力点与A's合力点之间时（图a），构件全截面混凝土裂通，仅由钢筋As和A's提供的拉力Asfy和A'sf'y与轴向拉力N平衡，构件的破坏取决于As和A's的抗拉强度。这类情况称为小偏心受拉。 当纵向拉力N作用在As外侧时（图b），构件截面As一侧受拉，A's一侧受压，截面部分开裂但不会裂通，构件的破坏取决于As的抗拉强度或混凝土受压区的抗压能力。这类情况称为大偏心受拉。 可见，大、小偏心受拉构件的本质界限是构件截面上是否存在受压区。由于截面上受压区的存在与否与轴向拉力N作用点的位置有直接关系，所以在实际设计中以轴向拉力N的作用点在钢筋As和A's之间或钢筋As和A's之外，作为判定大小偏心受拉的界限，即： （1）偏心距e0?h02?a时，属于小偏心受拉构件； （2）当偏心距e0?h02?a时，属于大偏心受拉构件。 受扭构件受力特点 凡是在构件截面中有扭矩作用的构件，都称为受扭构件。扭转是构件受力的基本形式之一，也钢筋混凝土结构中常见的构件形式，例如钢筋混凝土雨篷、平面曲梁或折梁、现浇框架边梁、吊车梁、螺旋楼梯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。钢筋混凝土结构中的受扭构件大都是矩形截面。 1.素混凝土纯扭构件 构件在扭矩作用下主要产生剪应力。匀质弹性材料矩形截面在
扭矩的作用下，截面中各点都将产生剪应力τ。剪应力分布规律如图 5.5a所示，最大剪应力发生在截面长边中点，与该点剪应力作用相对应的主拉应力σtp和主压应力分别与构件轴线成45°角，其大小为==τmax。当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将首先在截面长边中点处，垂直于主拉应力方向开裂。所以，在纯扭构件中，构件裂缝与轴线成45°角。 2.钢筋混凝土纯扭构件 试验表明，配置受扭钢筋对提高受扭构件抗裂性能的作用不大，当混凝土开裂后，可由钢筋继续承担拉力，因而能使构件的受扭承载力大大提高。如前所述，扭矩在匀质弹性材料构件中引起的主拉应力方向与构件轴线成45°。因此，最合理的配筋方式是在构件靠近表面处设置呈45°走向的螺旋形钢筋。但这种配筋方式不便于施工，且当扭矩改变方向后则将完全失去效用。在实际工程中，一般是采用由靠近构件表面设置的横向箍筋和沿构件周边均匀对称布置的纵向钢筋共同组成的抗扭钢筋骨架，它恰好与构件中受弯钢筋和受剪钢筋的配置方向相协调。 试验表明，配置受扭钢筋对提高受扭构件抗裂性能的作用不大，当混凝土开裂后，可由钢筋继续承担拉力，因而能使构件的受扭承载力大大提高。如前所述，扭矩在匀质弹性材料构件中引起的主拉应力方向与构件轴线成45°。因此，最合理的配筋方式是在构件靠近表面处设置呈45°走向的螺旋形钢筋。但这种配筋方式不便于施工，且当扭矩改变方向后则将完全失去效用。在实际工程中，一般是采用由靠近构件表面设置的横向箍筋和沿构件周边均匀对称布置的纵向钢筋共同组成的抗扭钢筋骨架。它恰好与构件中受弯钢筋和受剪钢筋的配置方向相协调。 受扭构件的受力性能 (a)抗扭钢筋骨架；(b)受扭构件的裂缝；(c)受扭构件的空间桁架模型 配置了适量受扭钢筋的构件，在裂缝出现以后不会立即破坏。随着外扭矩的不断增大，在构件表面逐渐形成多条大致沿45°方向呈螺旋形发展的裂缝。在裂缝处，原来由混凝土承担的主拉应力主要改由与裂缝相交的钢筋来承担。多条螺旋形裂缝形成后的钢筋混凝土构件可以看成所示的空间桁架，其中纵向钢筋相当于受拉弦杆，箍筋相当于受拉竖向腹杆，而裂缝之间接近构件表面一定厚度的混凝土则形成承担斜向压力的斜腹杆。随着其中一条裂缝所穿越的纵筋和箍筋达到屈服时，该裂缝不断加宽，直到最后形成三面开裂一边受压的空间扭曲破坏面，进而受压边混凝土被压碎，构件破坏。整个破坏过程具有一定延性和较明显的预兆，类似受弯构件适筋破坏。 当受扭箍筋和纵筋配置过少时，构件的受扭承载力与素混凝土没有实质差别，破坏过程迅速而突然，类似于受弯构件的少筋
破坏，称为少筋受扭构件。如果箍筋和纵筋配置过多，钢筋未达到屈服强度，构件即由于斜裂缝间混凝土被压碎而破坏，这种破坏与受弯构件的超筋梁类似，称为超筋受扭构件。少筋受扭构件和超筋受扭构件均属脆性破坏，设计中应予避免。 需要注意的是，由于受扭钢筋是由纵筋和箍筋两部分组成，两种配筋的比例对破坏强度也有影响。当其中某一种钢筋配置过多时，会使这种钢筋在构件破坏时不能达到屈服强度，这种构件称为部分超筋构件。部分超筋构件的延性比适筋构件差，且不经济。 弯剪扭复合受扭构件由于其三种内力的比值及配筋情况的不同影响，有三种典型的破坏形态。 1）弯型破坏。当剪力很小、弯矩和扭矩的比值较大，底部钢筋多于顶部钢筋时，构件破坏开始于底面及两侧的混凝土开裂，底部钢筋屈服，然后顶部混凝土压碎。这类破坏主要因弯矩引起，所以称弯型破坏。 （2）扭型破坏。当剪力很小，弯矩和扭矩的比值较大，且上部钢筋较少时，构件破坏开始于构件顶面及两侧面的混凝土开裂，顶部钢筋因受扭而先屈服，最后底部混凝土压碎。此类破坏主要因扭矩引起，所以称为扭型破坏。 （3）剪扭破坏。当弯矩很小，剪 力和扭矩较大时，构件破坏开始于截面长边的一侧开裂和该侧的受扭纵筋和受扭、受剪箍筋屈服，最后另一长边压区混凝土压碎。此类主要因剪力和扭矩引起的破坏称为剪扭破坏。 此外，若扭矩很小，而弯矩和剪力作用明显时，构件可能发生类是于剪压型的破坏。 作业（思考题） 课后小结 受拉构件与受扭构件的相关受力特点与受力性能 说明：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。重复班授课不另填写教案
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