[分享]邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究

发表于2018-08-30     817人浏览     1人跟帖     总热度:256  

声明:本文纯属作者个人技术观点,与其他单位无关。
作者简介:邱明兵
《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008编委
《建筑桩基技术规范应用手册》2010年,第三作者
《建筑地基沉降控制与工程实例》2011年
《建筑结构震害机理与概念设计 》2011年
国家一级注册结构工程师(2003年)
注册土木工程师(岩土)(2005年)
高级工程师
中国土木工程学会土力学及岩土工程分会桩基础学术委员会委员
中国工程建设标准化协会地基基础专业委员会委员
本人前些日发表了《纯扭构件会不会出现超筋破坏???》,文中提到:对于受扭构件,纵向纤维处于受拉状态,界面上没有一拉一压的平衡。其极限破坏模式就是拉坏,要说的话,钢筋越多越好。所以说不上“超筋”。
这段话收到质疑。
我查看了有关资料,发现上述说法确有不妥之处,在此更正如下。
 
实际上,纯扭构件在受力初期,主拉应力和主压应力都是跟构件轴线成一定角度。由于是纯扭,主拉应力等于主压应力。混凝土材料抗压强度是抗拉强度大致10倍,因此,纯扭构件首先是受拉破坏。
但是,对已钢筋混凝土构件,极限破坏的定义,常常是钢筋屈服和混凝土受压破坏;仅仅截面外边缘受拉破坏尚未达极限破坏。
极限破坏模式,可能会用多种“极限破坏模式”来解释,各个研究者有不同研究角度。一般来说,我会用规范编委提供的极限破坏模型,因规范上只提到试验依据,没找到明确的极限破坏模型资料。所以本文引用“变角度空间桁架模型”。
在外边缘混凝土受拉形成裂缝后,纯扭构件从弹性进入弹塑性状态,这时才开始逼近极限状态。在这种状态下,箍筋和纵筋受拉,保护层区域的混凝土壳受压。
邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究_1
从这个模型看,在极限状态下,保护层区域的混凝土壳与纵筋箍筋形成新的空间拉压平衡单元,力学模型还是比较简单明了。
本人常讲:“概念为先,机理为本”,机理之一就是要弄清楚“极限破坏”状态,这次还是阴沟里翻了船,很是抱歉。
下面是陈睦锋整理的一段文字。
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(即邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究_2)。
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(邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究_3)和最小箍筋配筋率(邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究_4)。
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
邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究_5
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。构件破坏时候由于破坏时候,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
邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究_6
综上所述,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。
本人反复强调:概念为先,机理为本。
我们作为工程师,把每一个技术细节都搞清楚,不管这个技术细节是多大或者多小,是不是已经成熟,都可以深度谈论。
前两天一位朋友说:成熟的技术也可以被推翻重来嘛!
技术质疑,按照这个“概念为先,机理为本”原则来进行,大家都能获得进步!
抱歉!
谢谢!

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 发表于2018-08-30   |  只看该作者      

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邱博士更正:纯受扭构件的超筋问题深究

蒋德华

山东 滨州 | 工程造价

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