《受扭构件计算》PPT课件.ppt

1 第七章 受扭构件承载力计算 2 本章主要内容 7 1概述7 2受扭构件试验研究7 3矩形截面纯扭构件的承载力计算7 4受弯剪扭构件承载力的计算7 5受扭构件的构造要求 3 7 1概述 平衡扭转扭矩不随构件刚度变化 协调扭转扭矩与刚度变化相关 规范所提出的受扭承载力计算公式主要是对平衡扭转而言 由外荷载直接作用产生的扭转 扭矩课由静力平衡条件求出 与构件的抗扭刚度无关 超静定结构中由于变形的协调使截面产生的扭转 4 7 2受扭构件试验研究 7 2 1矩形截面素混凝土纯扭构件试验研究 5 1抗扭配筋的形式 最理想的配筋方式是在靠近构件表面处设置呈45 走向的螺旋形钢筋 但施工不便 反向扭矩失效 分解为竖向 封闭箍筋 和水平 沿周边均匀对称布置的纵筋 组成抗扭骨架 受扭 开裂 要配抗扭钢筋 形成大约45 方向的螺旋式裂缝 7 2 2钢筋混凝土受扭构件试验研究 6 2钢筋混凝土受扭构件试验研究 破坏特征与纵筋和箍筋的数量有关 1 纵筋和箍筋数量过少时 少筋构件 脆性破坏 裂缝一旦出现 由于钢筋过少 不能承受混凝土开裂卸载传来的主拉应力 很快屈服 构件立即破坏 破坏扭矩接近于开裂扭矩 2 纵筋和箍筋的配置适当 适筋构件 延性破坏 混凝土开裂后抗扭钢筋承担拉应力 构件不会立即破坏 形成多条45度螺旋斜裂缝 纵筋和箍筋应力不断增加 最终在某薄弱部位屈服 最后构件三面开裂 一面混凝土压碎破坏 形成空间扭曲破坏面 7 设计时要做到使构件破坏有征兆 且承载力高 材料充分利用 只能采用 2 3 两种 避免 1 4 两种 同时抗扭纵筋和箍筋应合理搭配 2钢筋混凝土受扭构件试验研究 3 箍筋或纵筋中一种数量过多部分超筋破坏 具有塑性破坏特征 混凝土开裂后 配置适量的钢筋首先屈服 受压边混凝土压碎 配置过多的钢筋不屈服 4 纵筋和箍筋都配置过多完全超筋构件 脆性破坏 混凝土开裂后 抗扭钢筋受力 混凝土形成多而密的螺旋裂缝 在箍筋和纵筋屈服前混凝土压碎破坏 8 概念 纵筋和箍筋配筋强度比 反映两种钢筋合理用量比的参数 注 均匀布置的抗扭纵筋全部截面面积 箍筋只计算单肢截面面积 9 概念 纵筋和箍筋配筋强度比 10 7 3纯扭构件承载力计算 7 3 1素混凝土纯扭构件 1弹性分析法截面某一点处剪应力值达到极限强度 则认为整个构件破坏 截面长边中点处剪应力为 从试验知按弹性理论导出外边缘 max时的扭矩比实测扭矩低很多 用弹性分析方法低估了素混凝土的抗扭承载力 11 2塑性分析法 Wt 截面抗扭塑性抵抗矩 对于矩形截面为 截面破坏时 材料塑性充分发展 各点应力均达到材料的强度 截面上各点剪应力均达到ft 混凝土并非理想塑性材料 故实际梁的抗扭承载力介于弹性分析和塑性分析结果之间 3规范计算方法 7 3 1素混凝土纯扭构件 高估了其受扭承载力 12 推导 矩形截面抗扭塑性抵抗矩 纯扭构件理想塑性分布图 13 推广 T形和工字形截面抗扭塑性抵抗矩 14 7 3 2钢筋砼矩形截面纯扭构件承载力计算 迄今为止 钢筋砼受扭构件扭曲截面受扭承载力的计算 主要以变角空间桁架模型和斜弯理论 扭曲破坏面极限平衡理论 为基础的两种计算方法 砼设计规范 采用的前者 公路桥梁规范 采用的后者 试验分析和理论研究表明 在裂缝充分发展且钢筋应力接近屈服强度时 截面核心砼退出工作 从而实心截面的钢筋砼受扭构件可以假想为一箱形截面构件 如图P164图7 6所示 此时 具有螺旋形裂缝的砼外壳 纵筋和箍筋共同组成空间桁架以抵抗扭矩 变角空间桁架模型的基本假定有 1 砼只承受压力 具有螺旋形裂缝的砼外壳组成桁架的斜压杆 其倾角为 2 纵筋和箍筋只承受拉力 分别为桁架的弦杆和腹杆 3 忽略核心砼的受扭作用及钢筋的销栓作用 15 7 3 2钢筋砼矩形截面纯扭构件承载力计算 由此 按变角度空间桁架模型理论可得出这样四个基本的静力平衡方程 如P164图7 6所示 分别为 16 7 3 2钢筋砼矩形截面纯扭构件承载力计算 规范 对矩形截面钢筋砼纯扭构件的承载力的计算采用的变角空间桁架模型 根据该理论 则截面能承担的扭矩设计值应为 但该公式计算结果与试验结果并不完全符合 因为该理论假设构件开裂后砼完全失去作用 而事实上 由于砼骨料之间的咬合力 只要裂缝宽度开展受到钢筋的制约 砼就仍具有一定的受扭承载力 对于配筋较少的构件 公式计算值较试验值偏低 当配筋较多时 由于纵筋和箍筋有时不能同时屈服 公式计算值又会比试验值高 其中此处Acor指剪力流路线所围成面积 按变角度空间桁架模型取为位于截面角部纵筋中心连线缩所围面积 17 7 3 2钢筋砼矩形截面纯扭构件承载力计算 为了与斜截面抗剪承载力计算公式相协调 规范 最终以变角空间桁架模型为理论基础 确定有关基本变量 根据国内试验资料的统计分析给出如下经验公式 其中0 6 1 7 注 后者表示钢筋的受扭作用 系数小于理论值2的主要原因是 该公式考虑了砼的抗扭作用 又Acor计算值取值不同 此处Acor用截面核心面积计算 另建立规范公式时 包括了少量部分超配筋构件的试验点 此外 公式的系数1 2和0 35 是在统计试验资料的基础上 考虑了可靠指标值的要求 由试验点偏下限得出 18 注 最小配筋率和最小截面 1最小配筋率 最小抗剪扭配箍率 不必进行抗扭承载力计算 按构造要求配置抗扭箍筋 最小抗扭纵筋配筋率 19 7 3 3T形工字形截面纯扭构件承载力计算 首先 扭矩按各部分塑性抵抗矩进行分配 即 再分别按矩形截面纯扭构件进行计算 20 7 4 1剪扭构件承载力计算 7 4弯剪扭构件承载力计算 无腹筋构件的剪 扭相关性符合1 4圆规律 有腹筋梁 认为混凝土部分提供的抗扭 抗剪承载力之间也符合1 4圆相关性 1剪扭相关性 21 用三折线 AB BG GD 代替1 4圆弧线 用相关系数 t表示受扭承载力降低系数 2剪扭相关性简化计算 AB段 当Tc 0 5Tco 即Tc 0 175ftwt 忽略扭矩对砼抗剪强度影响 按受弯构件斜截面抗剪公式计算 由抗剪确定箍筋数量 GD段 当Vc 0 5Vco即Vc 0 35fcbh0 忽略剪力对混凝土抗扭强度的影响 按纯扭构件公式受扭承载力公式计算 由抗扭确定箍筋数量 22 2剪扭相关性简化计算 一般荷载作用 BG段 考虑剪扭的相关性 一般剪扭构件 23 其抗剪和抗扭承载力公式分别为 最终梁的箍筋 2剪扭相关性简化计算 一般荷载作用 24 2剪扭相关性简化计算 集中荷载作用 BG段 考虑剪扭的相关性 集中荷载剪扭构件 25 其抗剪和抗扭承载力公式分别为 最终梁的箍筋 2剪扭相关性简化计算 集中荷载作用 26 1 最小截面 3公式适用条件 不满足时 增大截面尺寸或提高混凝土强度 2 满足下列条件可不进行抗扭和抗剪计算 按构造要求配置箍筋和纵筋 27 构件的抗弯能力与抗扭能力之间存在相关性 1影响弯扭相关性的主要因素 1 截面上下部纵筋数量的比值2 截面高宽比3 纵筋与箍筋的强度比4 沿截面侧边纵筋数量5 弯矩与扭矩比 7 4 2矩形截面弯扭构件承载力计算 28 2弯扭构件的破坏形式 1 弯形破坏 M T较大时发生 M起控制作用时发生 破坏特征 下部纵筋屈服 上部混凝土压碎 弯矩增加 抗扭承载力下降 2 扭形破坏 M T较小时发生 T起控制作用时发生 破坏特征 先截面上部纵筋受扭屈服 后截面下边缘混凝土压碎 弯矩适当增加 有利于提高构件抗扭承载力 3 弯扭形破坏 截面高宽比较大 侧边抗扭纵筋较少 或箍筋数量相对较少时发生 破坏特征 截面一个侧边的纵筋或箍筋在扭矩作用下先屈服 后另一侧混凝土被压碎而破坏 弯矩与抗扭承载力无关 29 3弯扭构件承载力简化计算 对弯扭构件采用简便实用的 叠加法 进行设计 即先对构件截面先分别按抗弯和抗扭进行计算 然后将所需纵筋数量叠加 而箍筋用量则由受扭箍筋所决定 30 先按受弯构件求Asm 按剪 扭构件求A sv1 s及Astl 梁底配筋As Asm 平均分配到底边的Astl 7 4 3矩形截面弯剪扭构件承载力计算 处于弯 剪 扭共同作用下的钢筋砼构件 其受力状态是十分复杂的 构件的破坏特征及其承载力与荷载条件及构件的内在因素有关 31 小结 矩形截面弯剪扭承载力计算步骤 1截面尺寸限制条件验算 防止完全超筋破坏 不满足时 增大截面尺寸或提高混凝土强度 32 小结 矩形截面弯剪扭承载力计算步骤 2可不进行剪扭承载力计算的条件验算 按构造要求配置抗扭纵筋和箍筋 包括抗扭纵筋最小配筋率 均匀布置要求 锚固要求 最小配箍率要求 箍筋直径 间距 形式等 33 小结 矩形截面弯剪扭承载力计算步骤 3可不进行抗剪承载力计算的条件验算 可仅按受弯构件正截面承载力和纯扭构件承载力分别计算 4可不进行抗扭承载力计算的条件验算 可仅按受弯构件正截面承载力和斜截面抗剪承载力计算 34 小结 矩形截面弯剪扭承载力计算步骤 5进行抗剪扭承载力计算 35 小结 矩形截面弯剪扭承载力计算步骤 6叠加单肢抗剪箍筋和抗扭箍筋 选配箍筋 7按受弯构件正截面承载力计算抗弯纵筋 8将抗扭纵筋沿