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剪扭构件的受剪扭承载力:注册结构工程师考试精讲

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:扭矩的存在使构件的受剪承载力降低,同时剪力的存在也使构件的抗扭承载力降低,这称为剪扭相关性。箍筋分别按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力计算出所需箍筋量,然后叠加。剪扭构件当扭矩或剪力较小时,强度计算尚能简化。

剪扭构件的受剪扭承载力:注册结构工程师考试精讲

扭矩的存在使构件的受剪承载力降低,同时剪力的存在也使构件的抗扭承载力降低,这称为剪扭相关性。《混凝土结构设计规范》为简化计算,采用混凝土部分相关,钢筋部分不相关的近似方法。混凝土为避免双重利用而引入相关折减系数βt,分别对抗扭及抗剪承载力计算公式进行调整。箍筋分别按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力计算出所需箍筋量,然后叠加。

(一)矩形截面剪扭构件的受剪扭承载力

1.《混凝土结构设计规范》规定

6.4.8 在剪力和扭矩共同作用下的矩形截面剪扭构件,其受剪扭承载力应符合下列规定:

1.一般剪扭构件

1)受剪承载力

978-7-111-49557-4-Chapter04-517.jpg

式中 Asv——受剪承载力所需的箍筋截面面积;

βt——一般剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数:当βt小于0.5时,取0.5;当βt大于1.0时,取1.0。

2)受扭承载力

978-7-111-49557-4-Chapter04-518.jpg

式中 ζ——同本规范第6.4.4条。

剪扭构件当扭矩或剪力较小时,强度计算尚能简化。

《混凝土结构设计规范》规定:

6.4.12 在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的矩形、T形、I形和箱形截面的弯剪扭构件,可按下列规定进行承载力计算:

1.当V不大于0.35ftbh0时,可仅计算受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力;

2.当T不大于0.175ftWt时,可仅验算受弯构件的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力。

2.计算步骤与算例

(1)配筋计算的计算步骤

已知:bhfcftfyfyvβcTV,求:构件的受剪受扭钢筋。

1)确定几何尺寸(见纯扭构件)。

2)求截面受扭塑性抵抗矩Wt(见纯扭构件)。

3)截面尺寸限制条件和构造配筋界限的验算(见纯扭构件)。

4)验算是否可以简化计算

①验算是否可不考虑剪力

根据《混凝土结构设计规范》第6.4.12条第1款的规定,符合下列要求可不考虑剪力

V≤0.35ftbh0

②验算是否可不考虑扭矩

根据《混凝土结构设计规范》第6.4.12条第2款的规定,符合下列要求可不考虑扭矩

T≤0.175ftWt

5)计算剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.8-2):

978-7-111-49557-4-Chapter04-519.jpg

βt<0.5时,取βt=0.5;当βt>1.0时,取βt=1.0。

6)计算箍筋用量

①计算抗剪箍筋用量

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.8-1),978-7-111-49557-4-Chapter04-520.jpg,得到

978-7-111-49557-4-Chapter04-521.jpg

式中 n——抗剪箍筋肢数,取n=2。

②计算抗扭箍筋用量

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.4-1),978-7-111-49557-4-Chapter04-522.jpg,得到

978-7-111-49557-4-Chapter04-523.jpg

0.6<ζ≤1.7,取ζ=1.0~1.3。

7)计算受扭纵筋用量

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.4-2),配筋强度比值978-7-111-49557-4-Chapter04-524.jpg,得到

978-7-111-49557-4-Chapter04-525.jpg

8)配置受扭钢筋

具体步骤见“配置受扭钢筋的步骤”。

(2)算例

【例4.2.10】 矩形截面剪、扭构件的配筋计算

条件:钢筋混凝土矩形截面构件,截面尺寸为b×h=250mm×500mm,承受扭矩设计值T=12kN·m,剪力设计值V=90kN。混凝土强度等级为C25,箍筋用HPB300级钢筋,纵筋用HRB400级钢筋,安全等级为二级,环境类别为一类。

要求:确定抗剪抗扭钢筋。

解答:查《混规》表8.2.1得c=25mm,设纵向钢筋的合力中心到近边的距离as=40mm,h0=h-as=500-40=460mm。

材料的设计指标:C20级混凝土:ft=1.27N/mm2fc=11.9N/mm2。HPB300级钢筋:fyv=270N/mm2,HRB400级钢筋fy=360N/mm2

(1)确定几何尺寸

此部分与【例4.2.7】相同,箍筋直径选978-7-111-49557-4-Chapter04-526.jpg8

bcor=250-2×25-2×8=184mm hcor=500-2×25-2×8=434mm

Acor=184×434=79856mm2ucor=2×(184+434)=1236mm

(2)求截面受扭塑性抵抗矩

与【例4.2.7】相同

Wt=1302×104mm3

(3)截面尺寸限制条件和构造配筋界限的验算

同【例4.2.7】截面尺寸符合要求,需按计算配置受剪受扭纵筋箍筋。

(4)验算是否可以简化计算

1)验算是否可不考虑剪力

根据《混规》第6.4.12条第1款,V≤0.35ftbh0时,可不考虑剪力。

0.35ftbh0=0.35×1.27×250×460=51118N≈51kN<V=90kN,不能忽略剪力。

2)验算是否可不考虑扭矩

根据《混规》第6.4.12条第2款,T≤0.175ftWt时,可不考虑扭矩。

0.175ftWt=0.175×1.27×1302×104≈2.89kN·m<T=12kN·m,不能忽略扭矩,故要按剪扭构件考虑。

(5)计算剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt

根据《混规》式(6.4.8-2):

978-7-111-49557-4-Chapter04-527.jpg

代入已知条件可得

978-7-111-49557-4-Chapter04-528.jpg

(6)计算箍筋用量

1)计算抗剪箍筋用量

根据《混规》式(6.4.8-1):978-7-111-49557-4-Chapter04-529.jpg,可得

978-7-111-49557-4-Chapter04-530.jpg

2)计算抗扭箍筋用量

根据《混规》式(6.4.4-1):978-7-111-49557-4-Chapter04-531.jpgζ=1.2

978-7-111-49557-4-Chapter04-532.jpg

前面已假定箍筋978-7-111-49557-4-Chapter04-533.jpg8,A=50.3mm2

978-7-111-49557-4-Chapter04-534.jpg

(7)计算受扭纵筋用量

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.4-2):978-7-111-49557-4-Chapter04-535.jpg可得

978-7-111-49557-4-Chapter04-536.jpg

(8)验算配筋率

需验算纵筋配筋率是否满足《混凝土结构设计规范》式(9.2.5):

978-7-111-49557-4-Chapter04-537.jpg

布置应满足《混规》第9.2.5条的要求。

需验算箍筋是否满足《混规》第9.2.10条,间距是否满足《混规》第9.2.9条。

以上都同【例4.2.4】,此处从略。

3.摸拟考题

【4.2.7】~【4.2.9】 如图4.2.19所示某雨篷剖面,雨篷梁计算跨度l0=2.7m,梁截面尺寸为b×h=240mm×250mm,as=35mm,h0=250-35=215mm。

【4.2.7】 若雨篷梁承受剪力设计值V=12.3kN,扭矩设计值T=3.5kN·m,采用C25混凝土,箍筋为HPB300级钢筋,此雨篷梁的受剪受扭箍筋配置与下列何项最为接近?

978-7-111-49557-4-Chapter04-538.jpg

图 4.2.19

(A)按计算配箍 (B)ρsv=0.24ft/fyv (C)ρsv=0.28ft/fyv (D)978-7-111-49557-4-Chapter04-539.jpg6@300

答案:(A)

Ⅰ.详细解答:

由《混规》第4.1.4条、4.2.3条,查得fc=9.6N/mm2ft=1.1N/mm2fyv=270N/mm2

(1)确定几何尺寸

1)确定截面高度:hw=h0=215mm;

2)检验截面高度与宽度几何尺寸,根据《混规》第6.4.1条:

hw/b=215/240=0.9<4,符合规定。

(2)求截面受扭塑性抵抗矩

根据《混规》式(6.4.3-1):

978-7-111-49557-4-Chapter04-540.jpg

(3)验算截面尺寸

由《混规》式(6.4.1-1)验算截面尺寸:978-7-111-49557-4-Chapter04-541.jpg978-7-111-49557-4-Chapter04-542.jpg,梁的截面尺寸符合要求。

(4)检验需按计算配筋条件

由《混规》第6.4.2条验算是否要按计算配筋:978-7-111-49557-4-Chapter04-543.jpg,应按计算配受剪受扭钢筋。

Ⅱ.简要解答:

978-7-111-49557-4-Chapter04-544.jpg

需按计算配置受剪受扭钢筋。

【4.2.8】 若V=9.8kN,T=5.5kN·m,则该梁混凝土受扭承载力降低系数βt为下列何值?

(A)1.38 (B)1.28 (C)1.18 (D)1.0

答案:(D)

Ⅰ.详细解答:

(1)验算是否可以简化计算

①由《混规》第6.4.12条第1款:

0.35ftbh0=0.35×1.27×240×215≈22.4kN>V=9.5kN,可不考虑剪力影响。

②由《混规》第6.4.12条第2款:

0.175ftWt=0.175×1.27×4896000≈1.088kN·m<T=5.5kN·m,不能忽略扭矩。

因可不考虑剪力影响,故取βt=1.0。

(2)计算剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt

由《混规》式(6.4.8-2):

978-7-111-49557-4-Chapter04-545.jpg

βt=1.0。

Ⅱ.简要解答:978-7-111-49557-4-Chapter04-546.jpg,取βt=1。

【4.2.9】 若抗扭所需箍筋为978-7-111-49557-4-Chapter04-547.jpg8@150,采用C25混凝土,箍筋用HPB300级,纵筋用HPB400级,ζ=1.2,V=12.3kN,T=3.5kN·m,试问,抗扭所需纵筋与下列何项数值最为接近?

(A)4978-7-111-49557-4-Chapter04-548.jpg8 (B)4978-7-111-49557-4-Chapter04-549.jpg10 (C)4978-7-111-49557-4-Chapter04-550.jpg12 (D)4978-7-111-49557-4-Chapter04-551.jpg14

答案:(B)

Ⅰ.详细解答:

(1)计算受扭纵筋

箍筋选978-7-111-49557-4-Chapter04-552.jpg8@150,则978-7-111-49557-4-Chapter04-553.jpg

(2)由《混规》式(6.4.4-2),计算抗扭所需纵筋截面面积Astl978-7-111-49557-4-Chapter04-554.jpg,用4978-7-111-49557-4-Chapter04-555.jpg10 (As=314mm2)。

(3)由《混规》式(9.2.5)计算最小配筋率:

978-7-111-49557-4-Chapter04-556.jpg

Ⅱ.简要解答:

(1)已知978-7-111-49557-4-Chapter04-557.jpg8@150的978-7-111-49557-4-Chapter04-558.jpg

(2)978-7-111-49557-4-Chapter04-559.jpg,选4ϕ10(A=314mm2)。

(3)978-7-111-49557-4-Chapter04-560.jpg

【4.2.10】 雨篷梁剪扭计算(2012年一级)

某钢筋混凝土框架结构多层办公楼局部平面布置如图4.2.20所示(均为办公室),梁、板、柱混凝土强度等级均为C30,梁、柱纵向钢筋为HRB400钢筋,楼板纵向钢筋及梁、柱箍筋为HRB335钢筋。

假设,KL1梁端截面的剪力设计值V=160kN,扭矩设计值T=36kN·m,截面受扭塑性抵抗距Wt=2.475×107mm3,受扭的纵向普通钢筋与箍筋的配筋强度比ζ=1.0,混凝土受扭承载力降低系数βt=1.0,梁截面尺寸及配筋形式如图4.2.20所示。试问,以下何项箍筋配置与计算所需要的箍筋最为接近?

提示:纵筋的混凝土保护层厚度取30mm,as=40mm。

978-7-111-49557-4-Chapter04-561.jpg

图 4.2.20

(A)10@200 (B)10@150 (C)10@120 (D)10@100

答案:(C)

根据《混规》公式(6.4.8-1):

978-7-111-49557-4-Chapter04-562.jpg

根据《混规》公式(6.4.8-3):

978-7-111-49557-4-Chapter04-563.jpg

对于10@200:0.393; 10@150:0.523; 10@120:0.654; 10@100:0.785

经比较选用10@120。978-7-111-49557-4-Chapter04-564.jpg

根据《混规》第9.2.10条,978-7-111-49557-4-Chapter04-565.jpg满足要求。

(二)集中荷载作用下的独立剪扭构件

1.《混凝土结构设计规范》规定

《混凝土结构设计规范》规定:

6.4.8

2.集中荷载作用下的独立剪扭构件

1)受剪承载力

978-7-111-49557-4-Chapter04-566.jpg

式中 λ——计算截面的剪跨比,按本规范第6.3.4条的规定取用;

βt——集中荷载作用下剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数:当βt小于0.5时,取0.5;当βt大于1.0时,取1.0。

2)受扭承载力

受扭承载力仍应按式(6.4.8-3)计算,但式中的βt应按式(6.4.8-5)计算。

6.4.12 在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的矩形、T形、I形和箱形截面的弯剪扭构件,可按下列规定进行承载力计算:

1.当V不大于0.875ftbh0λ+1)时,可仅计算受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力;

2.当T不大于0.175ftWtT不大于0.175αhftWt时,可仅验算受弯构件的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力。

2.计算步骤与算例

(1)矩形截面集中荷载独立梁剪扭配筋的计算步骤

已知:bhfcftfyfyvβcTV,求受剪受扭钢筋。

1)确定几何尺寸(见纯扭构件)。

2)求截面受扭塑性抵抗矩Wt(见纯扭构件)。

3)截面尺寸限制条件和构造配筋界限的验算(见纯扭构件)。

4)验算是否可以简化计算

①验算是否可不考虑剪力

根据《混凝土结构设计规范》第6.4.12条第1款的规定,符合下列要求不需考虑剪力

V≤0.875ftbh0/λ+1)

②验算是否可不考虑扭矩

根据《混凝土结构设计规范》第6.4.12条第2款的规定,符合下列要求不需考虑扭矩

T≤0.175ftWt

5)计算剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.8-5):

978-7-111-49557-4-Chapter04-567.jpg(www.xing528.com)

βt<0.5时,取βt=0.5;当βt>1.0时,取βt=1.0。

6)计算箍筋用量

①计算抗剪箍筋用量

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.8-4):978-7-111-49557-4-Chapter04-568.jpg,得到

978-7-111-49557-4-Chapter04-569.jpg

式中 n——抗剪箍筋肢数,取n=2。

②计算抗扭箍筋用量

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.4-1):978-7-111-49557-4-Chapter04-570.jpg,得到

978-7-111-49557-4-Chapter04-571.jpg

0.6<ζ≤1.7,取ζ=1.0~1.3。

7)计算受扭纵筋用量

根据《混凝土结构设计规范》式(6.4.4-2),配筋强度比值978-7-111-49557-4-Chapter04-572.jpg,得到

978-7-111-49557-4-Chapter04-573.jpg

8)配置受扭钢筋

具体步骤见“配置受扭钢筋的步骤”。

(2)算例

【例4.2.11】~【例4.2.12】 集中荷载作用下的独立剪扭构件

条件:某钢筋混凝土矩形截面梁,截面尺寸为500mm×500mm,计算跨度l0为6.3m,跨中有一短挑梁(图4.2.21),挑梁上作用有距梁轴线400mm的集中荷载P=250kN,梁上的均布荷载设计值(包括自重)g=9kN/m。支座截面弯矩设计值M=226.640kN·m,剪力设计值V=153.4kN,扭矩设计值T=50kN·m,Wt=41666667mm3,混凝土为C25,纵筋采用HRB400,箍筋采用HRB335钢筋。截面有效高度h0=465mm。

978-7-111-49557-4-Chapter04-574.jpg

图 4.2.21

【例4.2.11】 设箍筋间距s=100mm,形式为双肢箍,已知截面满足《混凝土结构设计规范》的要求。

要求:求支座截面按计算所得每100mm范围内的截面抗剪箍筋面积Asv(mm2)。

提示:按集中荷载下的剪扭构件计算,剪跨比λ=3。

解答:(1)验算是否可简化计算

根据《混规》第6.4.12条第1款,当V≤0.875ftbh0/(λ+1)时,可不考虑剪力影响。

由《混规》第6.4.12条:978-7-111-49557-4-Chapter04-575.jpg,代入已知条件978-7-111-49557-4-Chapter04-576.jpg,应考虑剪力影响。

(2)计算剪扭构件混凝土受扭,承载力降低系数βt

由《混规》式(6.4.8-5)计算集中荷载作用下的剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt

978-7-111-49557-4-Chapter04-577.jpg

βt=1.0。

(3)计算抗剪箍筋用量

由《混规》式(6.4.8-4)计算剪扭构件的受剪承载力:

978-7-111-49557-4-Chapter04-578.jpg

s=100mm范围内的截面抗剪箍筋面积:

978-7-111-49557-4-Chapter04-579.jpg

【例4.2.12】 已知Acor=202500mm2ζ=1.2,βt=1.0,假定支座处s=100mm范围内截面的抗剪箍筋面积Asv=60mm2,其余条件同【例4.2.11】。

要求:求支座处截面的箍筋总面积(mm2)。

解答:(1)验算是否可简化计算

由《混规》第6.4.12条,当T≤0.175ftWt时,可不进行受扭承载力计算。

0.175ftWt=0.175×1.27×41666667=9.260kN·m<T=50kN·m,应进行受扭承载力计算。

(2)计算抗扭箍筋用量

由《混规》式(6.4.8-3)计算剪扭构件的受扭承载力:

978-7-111-49557-4-Chapter04-580.jpg

受扭计算中沿截面周边配置的箍筋单肢截面面积Ast1由下式求得:

978-7-111-49557-4-Chapter04-581.jpg

(3)验算箍筋配筋率

构件中箍筋的最小配筋面积:

由《混规》第9.2.10条,箍筋最小配筋率ρsv,min=0.28×ft/fyv=0.28×1.27/300≈0.12%

s=100mm范围内的截面箍筋的最小配筋面积:

Asv,min=ρsv,min×b×s=0.12%×500×100=60mm2

计算箍筋配筋面积Asv1=Asv+2×Ast1=60+2×39=138mm2>Asv,min=60mm2

(三)T形、I形截面剪扭构件的受剪扭承载力

1.《混凝土结构设计规范》规定

《混凝土结构设计规范》规定:

6.4.9 T形和I形截面剪扭构件的受剪扭承载力应符合下列规定:

1.受剪承载力可按本规范公式(6.4.8-1)与公式(6.4.8-2)或公式(6.4.8-4)与公式(6.4.8-5)进行计算,但应将公式中的TWt分别代之以TwWtw

2.受扭承载力可根据本规范第6.4.5条的规定划分为几个矩形截面分别进行计算。其中,腹板可按本规范公式(6.4.8-3)、公式(6.4.8-2)或公式(6.4.8-3)、公式(6.4.8-5)进行计算,但应将公式中的TWt分别代之以TwWtw;受压翼缘及受拉翼缘可按本规范第6.4.4条纯扭构件的规定进行计算,但应将TWt分别代之以Tf′及WtfTfWtf

2.算例

【例4.2.13】 T形截面剪、扭构件

条件:已知混凝土T形截面受扭构件bf′=400mm,hf′=100mm,b=250mm,h=500mm,采用C25级混凝土。HRB400级(纵筋)和HPB300级(箍筋)热轧钢筋;承受扭矩设计值T=12.7kN·m,剪力设计值V=90kN,如图4.2.17所示。

要求:选配纵筋和箍筋。

解答:根据《混规》第4.1.4条、4.2.3条、8.2.1条,C25级混凝土:ft=1.27N/mm2fc=11.9N/mm2c=25mm,as=40mm h0=h-as=500-40=460mm。

箍筋初选978-7-111-49557-4-Chapter04-582.jpg8,HPB300级钢筋:fyv=270N/mm2;HRB400级钢筋:fy=360N/mm2

(1)确定几何尺寸

翼缘:

bfcor=(bf-b)-2c-2ϕ=(400-250)-2×25-2×8=84mm

hfcor=100-2×25-2×8=34mm

Afcor=bf′cor×hf′cor=84×34=2856mm2

ufcor=2(bfcor+hfcor)=2×(84+34)=236mm

腹板:

Acor=bcor×hcor=(250-2×25-2×8)×(500-2×25-2×8)=79856mm2

ucor=2×(184+434)=1236mm

(2)求截面抗扭塑性抵抗矩Wt

根据《混规》第6.4.3条:

腹板: 978-7-111-49557-4-Chapter04-583.jpg

翼缘: 978-7-111-49557-4-Chapter04-584.jpg

Wt=Wtw+Wtf=(1302.1+75)×104=1377.1×104mm3

(3)验算截面尺寸限制条件和构造配筋界限条件

根据《混规》第6.4.1条,当hw/b≤4时:

978-7-111-49557-4-Chapter04-585.jpg

=0.25×1×11.9=2.975N/mm2,截面尺寸符合要求。

根据《混规》第6.4.2条:978-7-111-49557-4-Chapter04-586.jpg,可按构造配筋:

978-7-111-49557-4-Chapter04-587.jpg

=0.7×1.27=0.889N/mm2,应按计算配置纵筋与箍筋。

(4)验算是否可以简化计算

①根据《混规》第6.4.12条第1款:V=0.35ftbh0,可不考虑剪力影响。

0.35ftbh0=0.35×1.27×250×460≈51.1kN<V=90kN,不能忽略剪力的影响。

②根据《混规》第6.4.12条第2款:T<0.175ftWt,可不考虑扭矩影响。

0.175ftWt=0.175×1.27×13.771×106=3.06kN·m<T=12.7kN·m,不能忽略扭矩的影响。

(5)计算扭矩分配

根据《混规》第6.4.5条,腹板978-7-111-49557-4-Chapter04-588.jpg,翼缘978-7-111-49557-4-Chapter04-589.jpg

腹板: 978-7-111-49557-4-Chapter04-590.jpg

翼缘: Tf′=12.7-12=0.7kN·m

故T形梁可将截面划分为腹板(相当于一个矩形)和受压翼缘(相当于另一个矩形)分别计算配筋,并按《混规》第6.4.9条规定执行。

(6)腹板配筋计算

腹板可按一个250mm×500mm矩形梁来计算剪扭配筋。

①计算剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数

根据《混规》式(6.4.8-2):978-7-111-49557-4-Chapter04-591.jpg,取βt=1

②计算抗剪箍筋

根据《混规》式(6.4.8-1):

978-7-111-49557-4-Chapter04-592.jpg

③计算抗扭箍筋

根据《混规》式(6.4.4-1)(ζ=1.2):

978-7-111-49557-4-Chapter04-593.jpg

总的箍筋978-7-111-49557-4-Chapter04-594.jpg,选978-7-111-49557-4-Chapter04-595.jpg8@100。

④计算受扭纵筋

根据《混规》式(6.4.4-2):

978-7-111-49557-4-Chapter04-596.jpg,选8978-7-111-49557-4-Chapter04-597.jpg10。

(7)翼缘配筋计算

根据《混规》第6.4.9条规定,受压翼缘配筋计算可按第6.4.4条规定,按纯扭构件计算,将TWt分别以Tf′、Wtf代替。

①受扭箍筋计算

根据《混规》式(6.4.4-1)(ζ=1):

978-7-111-49557-4-Chapter04-598.jpg

978-7-111-49557-4-Chapter04-599.jpg8@100。

②受扭纵筋计算

根据《混规》式(6.4.4-2)可得:

978-7-111-49557-4-Chapter04-600.jpg

,选4978-7-111-49557-4-Chapter04-601.jpg10,As=314mm2

(8)配筋率验算(略)。

3.模拟考题

【4.2.11】~【4.2.14】 钢筋混凝土T形截面构件如图4.2.22所示,b=250mm,h=500mm,bf′=400mm,hf′=150mm,Acor=90000mm2。混凝土强度等级为C30,fc=14.3N/mm2ft=1.43N/mm2。纵筋采用HRB400钢筋,fy=360N/mm2。箍筋采用HPB300,fyv=270N/mm2。受扭纵筋与箍筋的配筋强度比值为ζ=1.2,as=35mm,h0=465mm。

【4.2.11】 若构件承受的扭矩设计值T=15kN·m,剪力设计值V=80kN,弯矩设计值M=15kN·m,截面上翼缘分配的扭矩Tf(kN·m)和腹板分配的扭矩Tw(kN·m)最接近下列何项数值?

(A)1.72,13.2 (B)1.43,12.3

(C)1.60,13.2 (D)1.25,12.3

978-7-111-49557-4-Chapter04-602.jpg

图 4.2.22

答案:(A)

(1)求受扭塑性抵抗矩

由《混规》式(6.4.3-3)计算腹板的受扭塑性抵抗矩:

978-7-111-49557-4-Chapter04-603.jpg

由《混规》式(6.4.3-4)计算受压翼缘的受扭塑性抵抗矩:

978-7-111-49557-4-Chapter04-604.jpg

由《混规》式(6.4.3-2)计算T形截面的总受扭塑性抵抗矩:

Wt=Wtw+Wtf=14708333mm3

(2)扭矩的分配

腹板的扭矩由《混规》式(6.4.5-1)计算:

978-7-111-49557-4-Chapter04-605.jpg

翼缘的扭矩由《混规》式(6.4.5-2)计算:

978-7-111-49557-4-Chapter04-606.jpg

【4.2.12】 其他条件同上,假定截面的受扭塑性抵抗矩Wt=14800000mm3,则当构件所受的扭矩(kN·m)和剪力(kN)不大于何项数值时,在进行承载力验算时可仅验算正载面受弯承载力?

(A)3.70,58.2 (B)3.70,44.5 (C)6.70,58.3 (D)2.70,52.1

答案:(A)

由《混规》第6.4.12条,验算是否要考虑剪力、扭矩的影响:

V≤0.35ftbh0=0.35×1.43×250×465≈58183N=58.2kN时,可不验算斜截面受剪承载力。

T≤0.175ftWt=0.175×1.43×14800000≈3.704kN·m时,可不进行受扭承载力验算。

【4.2.13】 设构件承受剪力设计值V=80kN,箍筋间距s=100mm,受扭纵筋与箍筋的配筋强度比值为ζ=1.2,腹板的塑性抵抗矩Wtw和所受扭矩Tw的比值为0.98mm,已知构件须按剪扭构件计算,则s=100mm范围内腹板抗剪箍筋的计算面积Asv(mm2)最接近下列何项数值?

(A)50 (B)29 (C)25 (D)18

答案:(D)

(1)计算剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt

对于腹板,考虑其承受扭矩和全部剪力,按剪扭构件考虑,根据《混规》第6.4.8条,剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt应按下列公式计算:

978-7-111-49557-4-Chapter04-607.jpg

,取βt=1.0

(2)计算腹板抗剪箍筋

由《混规》式(6.4.8-1)剪扭构件的受剪承载力:

978-7-111-49557-4-Chapter04-608.jpg

s=100mm范围内腹板抗剪箍筋面积:

978-7-111-49557-4-Chapter04-609.jpg

【4.2.14】 条件同前例,假设构件所受扭矩与剪力的比值为T/V=200mm,箍筋间距s=150mm,求翼缘部分按构造要求的最小箍筋面积(mm2)和最小纵筋面积(mm2)与下列何组数据最为接近?

(A)33,75.9 (B)29,43 (C)62,45 (D)32,58

答案:(A)

由《混规》第9.2.10条,箍筋最小配筋率:

978-7-111-49557-4-Chapter04-610.jpg

由《混规》式(9.2.5),受扭纵筋最小配筋率:

978-7-111-49557-4-Chapter04-611.jpg

受压翼缘箍筋最小配筋面积:

Asv,min=ρsv,minbf′-bs=0.148%×(400-250)×150=33.3mm2

受压翼缘受扭纵筋最小配筋面积:

Asl,min=ρsl,minhf′(bf′-b)=0.337%×150×(400-250)=75.9mm2

【4.2.15】 (2003年,因规范改版,本题已作相应调整。)

978-7-111-49557-4-Chapter04-612.jpg

图 4.2.23

一钢筋混凝土T形截面简支梁,截面尺寸如图4.2.23所示,混凝土强度等级为C30,纵筋采用HRB400级钢筋,箍筋采用HPB300级钢筋,已知腹板受扭塑性抵抗矩Wtw=1.46×107mm3,受压翼缘受扭塑性抵抗矩Wtf′=1.75×106mm3

假定该梁某截面混凝土承受的剪力设计值V=110kN,as=40mm。试问,梁截面中腹板(非悬挑部分)与翼缘(两侧悬出部分)的混凝土分别承担的剪力设计值(依次为VwVf′),与下列何组数值最为接近?

(A)Vw=110kN,Vf′=0 (B)Vw=0,Vf′=110kN

(C)Vw=96.92kN,Vf′=23.08kN (D)Vw=107.2kN,Vf′=12.8kN

答案:(A)

因翼缘不承担剪力,故(A)正确。

(四)箱形截面剪扭构件

《混凝土结构设计规范》规定:

6.4.10 箱形截面钢筋混凝土剪扭构件的受剪扭承载力可按下列规定计算:

1.一般剪扭构件

1)受剪承载力

978-7-111-49557-4-Chapter04-613.jpg

2)受扭承载力

978-7-111-49557-4-Chapter04-614.jpg

式中 βt——按本规范公式(6.4.8-2)计算,但式中的Wt应代之以αhWt

αh——按本规范第6.4.6条的规定确定;

ζ——按本规范第6.4.4条的规定确定。

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