钢筋砼压弯剪扭构件抗扭刚度研究

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摘要：本文在已有试验的基础上，给出了便于查用的构件抗扭刚度-扭转角退化曲线；通过对试验数据及抗扭刚度计算公式的参数分析，探讨了轴压比、偏心距、纵横钢筋配筋强度比、剪扭比及弯扭比等诸多因素对构件抗扭刚度的影响。

关键词：钢筋砼；抗扭刚度

高层建筑结构在地震作用下的扭转严重影响着高层建筑的结构安全，当结构平面布置不对称时，扭转效应更为明显，因此现行高规增加了对结构偏心扭转的限制。现有的矩阵位移法与近似计算法等结构扭转计算方法均未深入构件层次，未考虑构件开裂后抗扭刚度的降低，然而，随着结构扭转幅度的增大，处于压弯剪扭复杂应力状态下的构件抗扭刚度会不断退化，可能导致扭转效应增大，从而加剧结构的破坏，因此压弯剪扭构件抗扭刚度是研究结构整体扭转性能的基础。目前构件抗扭试验大都集中在承载力方面，建立了一系列强度相关方程，而对构件的抗扭刚度关注较少。

1抗扭刚度总体退化规律

1）构件初始扭转角

构件开裂前，在复杂应力作用下，其内部已有部分裂缝开展，构件初始抗扭刚度约为弹性抗扭刚度的0.8倍，即Kt0=0.8GIt（1）。式中：G为混凝土的剪切模量，取G=0.4E，E为混凝土的弹性模量；截面的抗扭惯性矩It=αβ4；GIt称为构件的弹性抗扭刚度。

2）构件抗扭刚度总体退化规律

构件开裂后，抗扭刚度会随着扭转角的增大而不断降低。孙黄胜等曾对9根截面尺寸为250mm×250mm的钢筋混凝土柱（740mm长）进行抗震扭转性能试验，得到8根有效试件，将其退化系数加权平均可得到压弯剪扭构件抗扭刚度退化规律（见图1）。图中纵坐标为退化后的割线刚度与初始刚度Kt0=0.8GIt的比值，横坐标为构件扭转角与初始刚度对应的位移角θ0的比值。

从图1中可以看出，构件抗扭刚度起初退化严重，当构件扭转角为2倍初始刚度对应的位移角时，刚度退化50%；随着扭转角的进一步增大，退化幅度减少，最终稳定至0.2倍初始刚度左右。需要说明的是，图2是对试验数据做加权平均得到的，具有普遍性，能大致反映压弯剪扭构件刚度退化的规律。

2抗扭刚度影响因素

高层建筑结构中的构件于压弯剪扭复杂应力状态下，国内外学者的大量试验研究表明：轴压力、弯矩、剪力的存在，对构件开裂前的扭转刚度的影响可以忽略不计。构件开裂后，抗扭刚度退化与纵筋和箍筋的配筋率、纵横钢筋配筋强度比、构件上作用荷载比例和截面尺寸有关。为简便起见，本文通过试验数据的对比来分析轴压比、偏心距等因素的影响，对基于空间变角桁架模型推导的抗扭刚度计算公式进行参数分析，探讨纵横钢筋配筋强度比、剪扭比及弯扭比等影响因素。图2为不同偏心距下轴压比对构件退化规律的影响，图3为不同轴压比下偏心距对抗扭刚度退化的影响。

4）剪扭比

取纵横钢筋配筋强度比ζ=1，变化剪扭比η的取值，以纯扭（η=0即）时的构件抗扭刚度为基准，可得剪扭比η对抗扭刚度的影响。从图5中可以看出，剪力的存在使得构件抗扭刚度降低，且随着剪扭比的增大而不断退化，当剪扭比为0.5时，构件抗扭刚度退化60%。

5）弯扭比

实际工程中，柱子配筋一般都是采用对称配筋（即As=A's），于是式（6）第一项为零，很难反映弯矩（或弯扭比）对构件抗扭刚度的影响，但有试验表明，弯矩的存在亦使得构件抗扭刚度降低，弯扭比愈大，退化愈严重。

通过对试验数据及抗扭刚度计算公式的参数分析，探讨了构件抗扭刚度的各种影响因素。纵横钢筋强度比在1附近时构件的抗扭刚度最大，轴压比、偏心距、剪扭比与弯扭比的增大使得构件抗扭刚度降低。在已有试验的基础上，提出了构件的初始刚度对应的位移角，并给出了抗扭刚度总体退化规律曲线，方便适用，进而可考虑构件开裂后抗扭刚度的降低对结构整体扭转性能的影响。

参考文献

[1]邱政和.压力和扭矩共同作用下钢筋混凝土异形柱的抗扭性能研究[D].华侨大学：华侨大学，2011

[2]李海仁，蒋琼.钢筋混凝土偏压构件的抗扭强度及其优化设计[J].山西建筑，2008，（1）