结构设计原理 chapter受扭构件承载力计算.ppt

第七章受扭构件承载力计算 教学目的和要求 1 掌握矩形截面纯扭构件的受力性能 破坏特点 计算公式及适用条件 2 掌握弯剪扭构件的计算方法 教学重点与难点 1 重点 纯扭构件的承载力 弯剪扭构件的承载力计算 2 难点 弯剪扭构件的承载力计算 弯梁桥 斜梁 5 1纯扭构件的破坏特征和承载力计算 5 1 1矩形截面纯扭构件开裂扭矩 开裂前 认为只有混凝土承担扭矩 按匀质弹性材料考虑 弹性状态剪力分布图 由于混凝土不是理想的弹性材料 所以按上图计算的开裂扭矩是偏低的 截面受扭弹性抵抗矩 如果按理想塑性材料考虑 只有当截面上的所有应力都达到材料的强度时 才会开裂 塑性状态剪力分布图 截面的抗扭塑性抵抗矩 混凝土不是理想塑性材料 因此根据试验结果需乘以一个降低系数 破坏面呈一空间扭曲曲面 受扭钢筋 纵向受扭钢筋 受扭箍筋 5 1 2矩形截面纯扭构件的破坏特征 纵向钢筋与箍筋形成的空间骨架 1 受扭构件的破坏形态 根据配置钢筋数量的不同 受扭构件的破坏形态也可分为 适筋破坏 少筋破坏 超筋破坏和部分超筋破坏 1 适筋破坏 箍筋和纵筋配置都合适 与临界 斜 裂缝相交的钢筋 然后混凝土压坏 与受弯适筋梁的破坏类似 具有一定的延性 都能先达到屈服 适筋破坏属于延性破坏 构件的极限扭矩主要取决于配筋的数量和构件的截面尺寸 2 少筋破坏 当配筋数量过少时 一旦开裂 将导致扭转角迅速增大 构件随即破坏 与受弯少筋梁类似 呈受拉脆性破坏特征 属脆性破坏 极限扭矩与截面尺寸和混凝土抗拉强度有关 3 超筋破坏 箍筋和纵筋配置都过大 在钢筋屈服前混凝土就压坏 为受压脆性破坏 与受弯超筋梁类似 4 部分超筋破坏 箍筋和受扭纵筋两部分配置不协调 破坏时只有部分纵筋或箍筋屈服 属于脆性破坏 构件的极限扭矩取决于构件的截面尺寸和混凝土的抗压强度 当抗扭箍筋配置相对于抗扭纵筋较少时 构件破坏时箍筋屈服而纵筋可能达不到屈服强度 当抗扭纵筋配置相对抗扭箍筋较少时 构件破坏时纵筋屈服而箍筋可能达不到屈服强度 部分超筋破坏的延性比适筋构件差一些 但还不是完全超筋 在设计中允许使用 但是不够经济 纵筋和箍筋的配筋强度比 规范 建议取0 6 z 1 7 将不会发生 部分超筋破坏 设计中通常取z 1 0 1 2 5 1 4矩形截面纯扭构件的承载力计算 限制条件 见P116 5 2矩形截面弯剪扭构件的承载力计算 扭矩使纵筋产生拉应力 与受弯时钢筋拉应力叠加 使钢筋拉应力增大 从而会使受弯承载力降低 而扭矩和剪力产生的剪应力总会在构件的一个侧面上叠加 因此承载力总是小于剪力和扭矩单独作用的承载力 T M T V 钢筋混凝土结构在弯扭及弯剪扭共同作用下 属于空间受力问题 试验表明 在弯矩 剪力和扭矩的共同作用下 各项承载力是相互关联的 其相互影响十分复杂 试验研究可知 弯 扭共同作用的矩形截面构件 主要有三种破坏类型 弯型破坏 弯矩对构件截面的破坏起主要作用 发生如同受弯构件的弯曲破坏 扭型破坏 扭矩对构件截面起主要作用 破坏从上部纵筋受扭屈服开始 混凝土压碎区在截面的下边缘 弯扭型破坏 构件的截面高宽比较大 侧面的抗扭纵筋配置较弱或箍筋数量相对较少时 则有可能发生截面一侧的纵筋首先受扭屈服而破坏 混凝土压碎区发生在截面另一侧的破坏 剪 扭共同作用的矩形截面构件 主要有三种破坏类型 5 2 2弯剪扭构件的配筋计算方法 实际工程中 真正的纯扭或剪扭构件很少见 大多是弯 剪 扭构件 其受力状态十分复杂 直接提出公式很难 公路桥规 采用叠加计算的截面设计简化方法 1 剪扭构件承载力计算 为剪扭构件的混凝土受扭承载力的降低系数 1 剪扭构件抗剪承载力按下列公式计算 2 剪扭构件抗扭承载力 限制条件 见P1202 3 弯剪扭构件承载力计算 按受弯构件单独计算在弯矩作用下所需的受弯纵向钢筋截面面积 配置在受拉区 2 按剪扭构件计算抗剪承载力需要的抗剪箍筋 3