《受扭构件的扭曲》PPT课件.ppt

1,第4章 受扭构件的扭曲 截面承载力 4.1 概述 一.工程实例：吊车梁，框架结构的边梁，如图（6-1）。 二.扭转分类：1.平衡扭转-静定受扭构件（如吊车梁）； 2.协调扭转-超静定受扭构件（如边梁），与抗扭刚 度有关且会产生内力重分布。 4.2 纯扭构件的试验研究 一. 裂缝出现前的性能（如图6-2所示） 1.开裂前符合材料力学（或圣维南原理）的规律； 2.混凝土即将开裂时，材料进入弹塑性阶段。,2,二. 裂缝出现后的性能（如下图所示） 1.根据材料力学可确定主拉应力方向，当主拉应力大于混凝土抗拉 强度时，混凝土即开裂； 2.理论上应沿主拉应力方向布置钢筋。但为施工方便，将该主拉应 力分解为水平和竖直方向的两个分力，从而实际布置抗扭纵筋和 抗扭箍筋。,3,3.受力特征 （1）沿截面长边中点出现裂缝，三边受拉一边受压形成空间曲面； （2）配置受扭钢筋后，可能出现四种破坏形态： A.纵筋和箍筋合适（适筋）：钢筋先受拉屈服，然后混凝土压碎； B.纵筋或箍筋过多（部分超筋）：纵筋或箍筋不能受拉屈服，然后 混凝土压碎； C.纵筋和箍筋均过多（完全超筋）：纵筋和箍筋均不能受拉屈服， 然后混凝土压碎；（脆性） D.纵筋和箍筋均太少（少筋筋）：混凝土开裂后纵筋和箍筋立即受 拉屈服，构件破坏；（脆性）,4,8.3 纯扭构件的截面承载力 一.开裂扭矩的计算 1.计算原理：（1）根据塑性力学理论建立基本公式（6-1）； （2）考虑混凝土弹塑性性质引进混凝土抗拉强度降 低系数0.7； （3）修正公式（6-2）。 2.计算公式：（6-2）和截面抗扭塑性抵抗矩（6-3）（6-4）（6-5）（6-6）（6-7） 二.扭曲截面受扭承载力的计算 1.研究理论方法（自学） （1）变角度空间桁模型；（2）扭曲破坏面极限平衡理论。 2.模型实验和统计分析,5,三.按混凝土结构设计规范的配筋计算方法 （一）计算方法的原理：主要依据试验统计分析。 （二）计算公式 1.矩形截面 （1）公式：（6-9）； （2）说明：A.关于（6-9），该式可变化为： 上式中的分子表示核心混凝土截面 单位周长上纵向受扭钢筋拉应力的合力；分母表示 单位间距内受扭箍筋拉应力的合力；因此，（6-9） 的物理意义可理解为上述两个单位合力之比； B.公式（6-9）中各符号的说明见书上；,6,C.公式（6-9）右边的两项应视为混凝土和受扭钢筋共 同抵抗的扭矩； D.关于 的取值，为确保全部受扭钢筋屈服，应在0.6到 1.7之间，一般取1.0。 （3）轴向压力和扭矩共同作用下的抗扭计算公式为（6-13） （6-14），即轴 向压力能有限提高受扭构件的抗扭承载力。 2.箱形截面 引进箱形截面壁厚影响系数，对矩形截面抗扭计算公式的第一项作了调整。 3.T形和I形截面 （1）计算原则：按腹板完整性原则划分为若干矩形；,7,（2）计算方法：各矩形截面承担的扭矩按塑性抵抗矩进行分配。 （三）适用条件 1.为避免少筋，受扭纵筋和受扭箍筋必须大于各自的最小配筋率； 2.为防止超筋，对构件尺寸有基本要求（以后讨论）。 8.4 弯剪扭构件的扭曲截面承载力 一.试验研究和破坏形态 1.影响因素 （1）荷载：扭弯比（T/M）和扭剪比（T/Vb）； （2）截面尺寸、配筋及材料强度。 2.破坏形态 （1）扭弯比较小时，底边先裂，两侧边后裂，顶边受压；,8,与螺旋裂缝相交的纵筋和箍筋均能受拉屈服，顶部混凝土受压 破坏，见图4-12（a）； （2）扭弯比和剪扭比均较大且顶部纵筋较少，在顶部，扭矩产生 的拉应力远大于弯矩产生的压应力，致使顶部受拉钢筋先屈 服，然后底部混凝土受压破坏，见图4-12（b）； （3）剪力和扭矩起控制作用时，截面长边中点先开裂，然后向顶 边和底边发展，致使另一长边受压破坏，见图4-12（c）； 二.按混凝土结构设计规范的配筋计算方法 1.计算原则 （1）试验统计分析后确定计算公式； （2）不考虑弯矩与剪力及扭矩的相关性；,9,（3）考虑剪力与扭矩的相关性且仅体现在相应的“混凝土项”； （4）由试验及分析可知：由于剪力（扭矩）的存在，将降低构件 的抗扭（抗剪）承载力，引进降低系数 。 2.矩形截面的计算公式 （1）受扭承载力计算（确定受扭钢筋） 计算公式为（6-23），其中，一般情况下 按公式（6-20）计算；集中力产生的剪力占总剪力的75%以上时， 按公式（6-21）计算； （2）受剪承载力计算（确定受剪钢筋） 计算公式为（6-22），其中，一般情况下 按公式（6-20）计算；集中力产生的剪力占总剪力的75%以上时， 按公式（6-21）计算； （3）受弯正截面承载力计算（确定受弯纵向钢筋）：同第四章。,10,3.T形截面和I字型截面类似。 4.关于考虑弯剪扭相关性的计算条件 （1）当 （一般荷载下）或 （以集中荷载为主）时，不考虑剪力对扭矩的影响，在计算公式（6-23）中取 =1； （2）当 时，不考虑扭矩对剪力的影响，在计算公式（6-22）中取 =0.5； 5.关于降低系数 的确定方法,11,8.5 在轴向压力、弯矩、剪力和纯扭共同作用下 钢筋混凝土矩形截面框架柱受扭承载力计算 一.轴向压力的影响：有限地提高受扭和受剪的承载力。 二.计算公式：（8-47）和（8-48）。 4.6 对属于协调扭转的钢筋混凝土构件 扭曲截面承载力 两种理论 1.零刚度设计法：认为构件开裂后，抗扭刚度降低，可忽略扭矩的作用，但应按构造配置受扭纵筋和箍筋且限制裂缝宽度； 2.扭矩设计值降低法：考虑裂缝出现后抗扭刚度的降低，对荷载产生的扭矩设计值调整（折减），我国采用此法。,12,8.7 构造要求 1.弯剪扭构件抵抗扭矩所需纵向钢筋的最小配筋率：公式（8-49）； 2.弯剪扭构件抵抗弯矩所需纵向钢筋的最小配筋率应符合受弯构件 正截面的最小配筋率的规定； 3.弯剪扭构件抵抗剪扭所需箍筋的最小配箍率：公式（8-50）； 4.抗扭纵筋沿截面周边均匀布置；抗扭箍筋沿截面周边布置（内部 的箍筋不计）； 5.为防止“超筋破坏”，弯剪扭构件应满足公式（8-51）的要求； 6.当满足公式（8-52）（弯剪扭构件）或公式（8-53）（压弯剪扭构件）时，可不进行剪扭相关性计算。,13,8.8 弯剪扭构件的设计步骤 一.按公式（4-51）确定截面尺寸； 二.按受弯构件正截面计算抵抗弯矩所需纵向受力钢筋 和 并满足受弯构件正截面最小配筋率的要求； 三.按弯剪扭构件计算抵抗剪力所需箍筋 ； 四.按弯剪扭构件计算抵抗扭矩所需箍筋 ； 五.按弯剪扭构件计算抵抗扭矩所需纵向钢筋 并满足公式 ，将 分配到各边。由图4-8（b），可求得分配到矩形截面长边的受 扭纵筋为 ；分配到矩形截面短边的受扭纵筋为 ；,14,六.构件纵向钢筋用量 1.顶部所需纵向钢