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摘要：鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)在彎剪扭共同作用下的構(gòu)件，在設(shè)計(jì)時(shí)采用對(duì)支座固端扭矩進(jìn)行調(diào)幅的協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)方法，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。本文根據(jù)規(guī)范內(nèi)容，提出了考慮協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的具體設(shè)計(jì)和應(yīng)用方法。...

淺論鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)法

田倩

(中國(guó)鋁業(yè)河南分公司設(shè)計(jì)院)

    鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到彎、剪、扭共同作用下的構(gòu)件，如框架結(jié)構(gòu)的邊梁等。這種構(gòu)件一般采用協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，可以得到較好的經(jīng)濟(jì)效果。我國(guó)新修訂的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2002)在受扭設(shè)計(jì)條文中，首次增加了這方面的內(nèi)容。

1、協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的概念

    鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)，根據(jù)其扭轉(zhuǎn)形成的原因，可以分為以下兩種類型：

    (1)平衡扭轉(zhuǎn)

    構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)由平衡條件確定，其扭矩在梁內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，例如雨篷板對(duì)雨蓬梁所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)，稱為平衡扭轉(zhuǎn)。

    (2)協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)

    在超靜定結(jié)構(gòu)中，由于相鄰構(gòu)件的彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)受到支承梁一定的約束，在支承粱內(nèi)引起的扭轉(zhuǎn)。例如，兩端與框架邊柱剛接在一起的支承梁，當(dāng)相鄰構(gòu)件受荷載作用產(chǎn)生彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支承梁隨之產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)；該梁按調(diào)幅后進(jìn)行配筋時(shí)，在開裂后，其扭矩設(shè)計(jì)值可以相對(duì)減小，產(chǎn)生內(nèi)力重分布。相應(yīng)于調(diào)幅后的扭轉(zhuǎn)，稱為協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)。

2、結(jié)構(gòu)彈性內(nèi)力的計(jì)算

    以框架邊粱為例，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)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(jì)算截面按基本組合時(shí)的荷載效應(yīng)(內(nèi)力)設(shè)計(jì)值，包括各構(gòu)件的 N，M，V，T值等。此外，也可按結(jié)構(gòu)力學(xué)分析法，得出各構(gòu)件的內(nèi)力值。

3、協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)方法

    (1)試驗(yàn)結(jié)果

    研究機(jī)構(gòu)對(duì)框架邊梁進(jìn)行了試驗(yàn)，其中，有兩根構(gòu)件按協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)配筋。試驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明：

    ①構(gòu)件加載后，在開裂前其內(nèi)力按彈性規(guī)律增加；開裂后其扭轉(zhuǎn)變形隨荷載的增加而逐步增大，反映出塑性特點(diǎn)。當(dāng)加載至極限狀態(tài)時(shí)，試件能承受的扭矩超過了設(shè)計(jì)的扭矩值，同時(shí)在邊梁兩端固定支座處形成了“塑性鉸”，過染產(chǎn)生了內(nèi)力重分布，說明構(gòu)件的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

    ②構(gòu)件邊梁在使用荷載情況下產(chǎn)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(yàn)證明：內(nèi)力重分布的可調(diào)幅度系數(shù)取0．452還是很可靠的。

    通過試驗(yàn)分析，構(gòu)件受扭可調(diào)幅的系數(shù)，建議可取0．45。但在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮邊梁受彎剪的同時(shí)作用。另外，此試驗(yàn)僅限于次梁與邊梁現(xiàn)澆，擱置在梁上的樓板為預(yù)制的情況。

    (2)設(shè)計(jì)方法

    《規(guī)范》第7.6.16條中作出如下原則性的規(guī)定：對(duì)屬于協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，受相鄰構(gòu)件約束的專承梁的扭矩宜考慮內(nèi)力重分布。考慮內(nèi)力重分布后的支承梁，仍應(yīng)按彎剪扭構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算，且其配置的縱向鋼筋和箍筋尚應(yīng)符合本規(guī)范第10.2.5條、笫10.2.11條和第l0.2.12條的構(gòu)造要求。

    對(duì)上述考慮內(nèi)力重分布的問題，《規(guī)范》根據(jù)國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)研究，在條文說明中指出：對(duì)獨(dú)立的支承梁，扭矩調(diào)幅不超過40％(即可取經(jīng)調(diào)幅后的扭矩設(shè)計(jì)值不宜小于0.6倍的彈性扭矩設(shè)計(jì)值)時(shí)，相應(yīng)的裂縫寬度能夠滿足規(guī)范規(guī)定的要求。上述的獨(dú)立支承梁，相當(dāng)于框架梁、梓為現(xiàn)澆，而梁上的板為預(yù)制的情況；當(dāng)框架的梁、板、柱均為現(xiàn)澆時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的整體剛度較好，在考慮內(nèi)力重分布時(shí)，對(duì)扭矩的調(diào)幅值可適當(dāng)放松。

    (3)有關(guān)問題的說明

    ①《規(guī)范》規(guī)定的扭矩調(diào)幅不超過40％(相當(dāng)于0.4 )。

    ②邊梁箍筋的間距s，除應(yīng)符合《規(guī)范》規(guī)定的最大間距的要求外，同時(shí)亦應(yīng)符合第l0.2.12條的規(guī)定，s不宜大于0.75b(b為邊梁截面寬度)的要求；這樣，使構(gòu)件裂縫寬度不致發(fā)展過大 。

    ③對(duì)框架次梁的配筋：由于邊粱考慮了內(nèi)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(shí)相應(yīng)亦可以減小，但不能小于調(diào)幅后的扭矩值Tc，否則就不安全。   

    當(dāng)次梁端部Mc取值減小后，應(yīng)驗(yàn)算次梁跨中截面受拉所需的配筋量是否會(huì)增加。跨中配筋如按包絡(luò)圖確定時(shí)，一般不會(huì)增加。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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