第2节 试验研究分析
1. 开裂前的应力状态
◆ 由材料力学知，构件侧面的主拉应力和主压应力 大小相等。 主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。
◆ 当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件中某个薄弱部位形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。
◆ 对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件破坏，破坏面呈一空间扭曲曲面。
◆对于钢筋混凝土构件，破坏特征主要与配筋量有关。

2.开裂后的应力状态

■ 开裂前，关系基本呈直线。
■ 开裂后，部分混凝土退出受拉工作，构件抗扭刚度明显降低， 关系曲线上出现一不大的水平段。
■ 对配筋适量的构件，开裂后受扭钢筋将承担扭矩产生的拉应力，荷载可继续增大，关系沿斜线上升，裂缝不断向构件内部和沿主压应力迹线发展延伸，构件表面裂缝呈螺旋状。

■ 当接近极限扭矩时，在构件长边上有一条裂缝发展成为临界裂缝，并向短边延伸，与这条空间裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服，关系曲线趋于水平。 最后处于受压区域的混凝土受压破坏，达到极限扭矩。

由前述主拉应力方向可见，受扭构件最有效的配筋形式应是沿主拉应力迹线成螺旋形布置。 但螺旋形配筋施工复杂，且不能适应变号扭矩的作用。 实际受扭构件的配筋是采用箍筋与抗扭纵筋形成的空间配筋方式。

钢筋混凝土受扭构件，破坏特征主要与配筋量有关。按照配筋率的不同，其破坏形态可分为适筋破坏、少筋破坏和超筋破坏。
（1）对箍筋和纵筋都配筋适量的构件，破坏过程与上相同，且破坏具有一定的延性。
（2）当配筋数量过少时，配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。
（3） 当箍筋和纵筋配置都过大时，则会在钢筋屈服前混凝土就压坏，为受压脆性破坏。受扭构件的这种超筋破坏称为完全超筋，受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。
（4）由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成，当两者配筋量相差过大时，会出现一个未达到屈服、另一个达到屈服的部分超筋破坏情况。

3.矩形截面开裂扭矩
按弹性理论，主拉应力

按塑性理论，截面上某一点达到强度时并不立即破坏，而是保持极限应力继续变形，扭矩仍可继续增加，直到截面上各点应力均达到极限强度，才达到极限承载力。此时截面上剪应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为 f_t，分别计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩。

◆ 混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介于两者之间的弹塑性材料。 达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也是介于T_cr,e和T_cr,p之间。
◆ 为简便实用，可按塑性应力分布计算，并引入修正降低系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。 根据实验结果，修正系数在0.87~0.97之间，《规范》为偏于安全起见，取 0.7。于是，开裂扭矩的计算公式为