鋼筋混凝土復合受扭構件的開裂扭矩試驗研究

韓立峰 魚宏

1西安開米綠色科技有限公司

2中國有色工業西安勘察設計研究院

     1、引言

     在實際工程中，承受純扭作用的構件幾乎是沒有的，絕大多數鋼筋混凝土構件往往同時承受壓、彎、剪、扭中的一種或幾種荷載。國外對于扭轉問題研究較早，ACI自1958年成立以來就著手研究扭轉問題[1]。后來美國學ThomasT.C.Hsu于1984年著成了Torsion of Reinforced Concrete。印度學者A.K.Sharma和G.S.Pandit于1976年進行了單向和雙向偏壓扭試驗[2]。國內對于扭轉問題研究較晚，中國學者殷芝霖于1981年曾根據7個托架試驗得出了拉、彎、扭和壓、彎、扭強度經驗公式[2]。自1985年以來，西安建筑科技大學相繼對實心截面鋼筋混凝土軸壓反復扭、單調及反復偏壓扭、壓彎剪單調及反復扭、雙向壓彎剪單調扭構件進行過一系列試驗研究，對受扭構件的抗扭性能進行了探討，建立了一系列強度相關公式[2-4]。但目前國內外對于鋼筋混凝土雙向壓、彎、剪構件受扭作用的問題研究甚少，尤其是對于箱形截面鋼筋混凝土雙向壓、彎、剪構件的受扭性能研究還尚屬空白[5]。本文在鋼筋混凝土復合受扭國內外研究現狀的基礎上，對反復扭矩下箱形截面鋼筋混凝土雙向壓、彎、剪構件的開裂扭矩進行了初步研究。

     2、試驗概況

     試件采用總長為740、中間試驗段長度為580、柱截面為的方柱,取壁厚 ,基礎外形尺寸為 。混凝土設計強度為C30，縱筋4F16,箍筋F6.5@70,箍筋保護層厚為15。

     試驗是在自制的加載裝置（圖1）上進行。試驗時,先將軸壓力和水平剪力一次加到設計值,并在試驗過程中保持不變,然后逐級施加扭矩。扭矩是由兩個規格相同的雙向千斤頂施加。加載制度采用變力變位移綜合加載制度：在構件達到屈服前按等增量扭矩控制，每級循環三次，屈服之后按等增量扭角控制，每級也循環三次。

圖1 加載裝置圖

     試驗研究參數及變化范圍為：保持剪跨比 不變。當壁厚時，軸壓比不變，相對偏心距分別取。

     3、試驗結果及分析

     3.1 裂縫發展規律及破壞特征

     圖2為構件反復受扭破壞時的裂縫圖。構件施加反復扭矩后，首批裂縫出現于某個循環的剪應力相加面兼彎曲受拉面（④面）的中部；當施加同級反向扭矩時，反向裂縫也出現在此時的剪應力相加面兼彎曲受拉面（③面）的中部。在構件屈服前，卸載后裂縫基本閉合，反向荷載作用時，宏觀上觀察不到正向裂縫的存在；當構件屈服后，裂縫發展迅速，卸載后裂縫不能完全閉合，施加反向荷載后裂縫表面出現交叉的網狀裂縫。隨著荷載的繼續循環，各面均形成交叉的網狀裂縫，而且各面裂縫均與其相鄰面的裂縫相貫通。在加載后期，各面上斜裂縫間混凝土均有起皮和脫落現象，此時構件的變形急劇增加，當峰值荷載下降到其值的0.85倍時定義為構件破壞。

圖2 反復扭矩作用下的構件裂縫圖

     3.2 開裂扭矩的影響因素分析

     為了消除截面實際尺寸和混凝土實際標號差異的影響，對開裂扭矩選用無量綱參數表示[2-4]，其中為素混凝土扭矩。

如圖3所示，在同一軸壓比下，開裂扭矩隨相對偏心距的增加而降低。其主要原因是：相對偏心距的增加意味著剪力的增加，而斜裂縫是由扭矩和剪力各自產生的剪應力以及軸壓力產生的軸壓應力相疊加而形成的主拉應力達到混凝土的抗拉強度而產生，剪應力的增加使主拉應力增加，從而使開裂扭矩降低。而由圖4可見開裂扭矩與軸壓比的關系不太明顯。

    4、結論

    根據本文研究：初始斜裂縫一般出現在剪應力相加面兼彎曲受拉面的中部靠下的位置，破壞時各個面的裂縫呈螺旋狀貫通；試件的開裂扭矩隨相對偏心距的增大而降低。

    參考文獻

    [1] Park R, Pauly T. Reinforced Concrete StructuresUSA, John Wiley＆Sons, 1975.

    [2] 林詠梅,張連德.鋼筋混凝土雙向壓彎剪扭構件抗扭性能的試驗研西安建筑科技大學學報,1998。

    [3] 張連德,陳為瀅,衛云亭.低周反復扭矩下鋼筋混凝土雙向偏壓構件的抗震性能研究土木工程學報,1993。

    [4] 秦衛紅,衛云亭,張連德.鋼筋混凝土壓、彎、剪、扭構件抗扭性能的研究西安冶金建筑學院學報,1993。

    [5] 中國建筑工業出版社.GB 50010-2002 混凝土結構設計規范中華人民共和國建設部,一級注冊結構工程師必備規范匯編北京:中國建筑工業出版社,2003.

(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)