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小谈纯受扭构件是破坏形态

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       我们都反复强调:概念为先,机理为本!

       那么问题来了:纯扭构件会不会出现超筋破坏?

       有人认为不会!之所以会这么认为是因为他们认识到“超筋”这个概念只出现于受弯构件中,受弯构件中会谈论到受压区高度,而不会在受扭构件中出现,因此可以得出结论便是纯扭构件不会出现超筋破坏。工程上存在纯受扭构件非常少,一般是悬臂构件内侧的构件。而对于这类悬臂构件,它一般不需要太多甚至不用延性,因为它坏了就让它直接坏,而对于这种构件就是宁超不少的,所以工程上这种纯受扭构件一般都是超筋的,因而纯受扭构件真的都是超筋吗?坚持 概念为先,机理为本!但是没有得到机理的证实!我们知道:任何概念,都不能飘忽在天上,必须以机理为本,这个机理就是力学原理和试验研究。即便《砼规》和我们的课本都有简单的描述,但是没有很详尽对比进行描述。没有详细机理的概念,还是难以让看客们理解的。

       下面就来谈谈纯扭构件到底会不会出现超筋破坏?

       

 

       首先要了解纯受扭构件的破坏形态,应该先了解纯受扭构件的试验研究,试验研究的描述可以分为裂缝出现前的性能和裂缝出现后的性能。

       对于裂缝出现前,钢筋混凝土纯扭构件的受力性能大体符合圣维南原理,但混凝土材料是弹塑性材料,既非完全弹性又非理想塑性。(未出现裂缝不等于混凝土处于弹性阶段)因此,此时的受扭的极限应力分布应该介于完全弹性和理想塑性这两种情况之间,所以《砼规》的处理办法是按弹性理论计算的基础上乘以个折减系数0.7(即T≤0.7ftWt)。

 

       对于裂缝出现后,由于混凝土将有部分退出工作,此时钢筋的应力明显增大,而最直观的是扭转角度在明显的增大,裂缝出现前构件截面的受力平衡状态被打破,截面的内力重分布,共同组成一个新的力学平衡体系,并且此时若是配的受扭钢筋越少,构件截面的扭转刚度则下降得更快,此时截面比较长的边中间附近会与构件轴线越呈现45度角,并且随着扭矩的增大,这条原本的裂缝会逐渐向两边缘慢慢扩展并陆陆续续需出现更多的新的裂缝。那么在受扭构件有没有存在一种破坏形式为超筋破坏呢?

       我想应该是有的的,对于纯受扭构件的破坏形式,从表征来分应该可以分为:少筋破坏,适筋破坏,部分超筋破坏和超筋破坏。下面我们简要说明下各种破坏形势下的破坏形式,和对于《砼规》是如何防范部分超筋破坏,超筋破坏和少筋破坏的。

       1. 少筋破坏,顾名思义就是配的钢筋过少,在荷载作用下,裂缝首先出现与截面的长边终点处,并迅速沿着45度方向上发展,

 

此时混凝土的破坏使得混凝土慢慢退出工作,应力慢慢由纵筋和箍筋共同承担,当在第四个面上出现裂缝后,构件的钢筋(纵筋 箍筋)由于无法承受突然而来的应力,构件突然破坏,为脆性破坏,这种破坏形式的破坏面为一空间扭曲面,这种状态下的破坏,钢筋不仅屈服,还有可能经过流幅进入强化阶段甚至到拉段。那么为了防范受扭构件的少筋破坏,《砼规》做了最小纵筋配筋率(ρtl,min=0.85ft/fy)和最小箍筋配筋率(ρsv,min=0.28ft/fyv)。

        2. 适筋破坏,当配置适量的抗扭钢筋时,破坏是由多条螺旋裂缝造成的空间扭曲面发生的,但由于抗扭钢筋用量适当,在出现第一条裂缝后抗扭钢筋就发挥,使得构件在破坏之前就形成了多条裂缝,当通过主要的一条裂缝的抗扭钢筋(纵筋和箍筋)达到屈服强度后,

 

构件则在这条裂缝的第四个面上的受压区混凝土被压碎时候破坏,而破坏时的表征扭转角度非常大,明显属于延性破坏。

 

       3. 部分超筋破坏,顾名思义,也就是一部分钢筋屈服。由于抗扭钢筋包括纵筋和箍筋两部分,所以,若是其中一类钢筋屈服,而另一类钢筋尚未屈服,则为部分超筋破坏。换句话说,即两种钢筋配筋不匹配,比率相差过大。虽然这样的构件破坏时,确实有部分钢筋达到屈服,也有相对少的,一定的延性。设计时,该情况存在不经济,但我认为在特殊的必要情况下,是可以采用的。在《砼规》中,为了限制不出现部分超筋破坏的情况,规范采用受扭构件纵筋与箍筋的配筋强度比

       4.超筋破坏,也称之为完全超筋破坏,即两种钢筋(箍筋、纵筋)都不屈服。而破坏时候由某相邻两条45度螺旋裂缝之间的混凝土压碎引起。构件破坏时候由于两种钢筋(箍筋、纵筋)都不屈服,因而扭转转角也比较小,也属于脆性破坏。

 

       因此我们在做设计的时候也应予尽量避免(当然,除了一些确实必须要宁超不少的特殊构件)。那《砼规》中为了排除超筋破坏带来的危害,做了截面限制的条件

 

       综上所述,小谈纯受扭构件是破坏形态,因而,纯受扭构件的破坏形态是有可能出现部分超筋破坏和完全超筋破坏的。概念为先,机理为本。

 
来源:建源学堂
理论材料试验曲面
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首次发布时间:2022-08-17
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建源之光
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