淺論鋼筋混凝土超靜定結構的協調扭轉法

田倩

(中國鋁業河南分公司設計院)

    鋼筋混凝土超靜定結構設計中經常會遇到彎、剪、扭共同作用下的構件，如框架結構的邊梁等。這種構件一般采用協調扭轉的設計方法進行配筋設計，可以得到較好的經濟效果。我國新修訂的《混凝土結構設計規范》(GB50010—2002)在受扭設計條文中，首次增加了這方面的內容。

1、協調扭轉的概念

    鋼筋混凝土結構構件的扭轉，根據其扭轉形成的原因，可以分為以下兩種類型：

    (1)平衡扭轉

    構件的扭轉由平衡條件確定，其扭矩在梁內不會產生內力重分布，例如雨篷板對雨蓬梁所產生的扭轉，稱為平衡扭轉。

    (2)協調扭轉

    在超靜定結構中，由于相鄰構件的彎曲轉動受到支承梁一定的約束，在支承粱內引起的扭轉。例如，兩端與框架邊柱剛接在一起的支承梁，當相鄰構件受荷載作用產生彎曲轉動時，支承梁隨之產生約束扭轉；該梁按調幅后進行配筋時，在開裂后，其扭矩設計值可以相對減小，產生內力重分布。相應于調幅后的扭轉，稱為協調扭轉。

2、結構彈性內力的計算

    以框架邊粱為例，設計時可根據邊梁及與其相連接的梁、柱剛度，各種荷載及其最不利的布置，通過電算分析求得各計算截面按基本組合時的荷載效應(內力)設計值，包括各構件的 N，M，V，T值等。此外，也可按結構力學分析法，得出各構件的內力值。

3、協調扭轉的設計方法

    (1)試驗結果

    研究機構對框架邊梁進行了試驗，其中，有兩根構件按協調扭轉配筋。試驗結構表明：

    ①構件加載后，在開裂前其內力按彈性規律增加；開裂后其扭轉變形隨荷載的增加而逐步增大，反映出塑性特點。當加載至極限狀態時，試件能承受的扭矩超過了設計的扭矩值，同時在邊梁兩端固定支座處形成了“塑性鉸”，過染產生了內力重分布，說明構件的承載力滿足設計要求。

    ②構件邊梁在使用荷載情況下產生的斜裂縫最大寬度均未超過0．2mm，符合適用條件要求。

    ③試驗證明：內力重分布的可調幅度系數取0．452還是很可靠的。

    通過試驗分析，構件受扭可調幅的系數，建議可取0．45。但在設計時還應考慮邊梁受彎剪的同時作用。另外，此試驗僅限于次梁與邊梁現澆，擱置在梁上的樓板為預制的情況。

    (2)設計方法

    《規范》第7.6.16條中作出如下原則性的規定：對屬于協調扭轉的鋼筋混凝土結構構件，受相鄰構件約束的專承梁的扭矩宜考慮內力重分布。考慮內力重分布后的支承梁，仍應按彎剪扭構件進行承載力計算，且其配置的縱向鋼筋和箍筋尚應符合本規范第10.2.5條、笫10.2.11條和第l0.2.12條的構造要求。

    對上述考慮內力重分布的問題，《規范》根據國內的試驗研究，在條文說明中指出：對獨立的支承梁，扭矩調幅不超過40％(即可取經調幅后的扭矩設計值不宜小于0.6倍的彈性扭矩設計值)時，相應的裂縫寬度能夠滿足規范規定的要求。上述的獨立支承梁，相當于框架梁、梓為現澆，而梁上的板為預制的情況；當框架的梁、板、柱均為現澆時，由于結構的整體剛度較好，在考慮內力重分布時，對扭矩的調幅值可適當放松。

    (3)有關問題的說明

    ①《規范》規定的扭矩調幅不超過40％(相當于0.4 )。

    ②邊梁箍筋的間距s，除應符合《規范》規定的最大間距的要求外，同時亦應符合第l0.2.12條的規定，s不宜大于0.75b(b為邊梁截面寬度)的要求；這樣，使構件裂縫寬度不致發展過大 。

    ③對框架次梁的配筋：由于邊粱考慮了內力重分布而使邊梁兩端扭矩值減小，則與邊梁相連系的次梁端部Mc的取值，在配筋時相應亦可以減小，但不能小于調幅后的扭矩值Tc，否則就不安全。   

    當次梁端部Mc取值減小后，應驗算次梁跨中截面受拉所需的配筋量是否會增加。跨中配筋如按包絡圖確定時，一般不會增加。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)