钢筋混凝土结构受扭结构计算

钢筋混凝土结构受扭构件承载力计算 吊车梁 承受作用在垂直于构件轴线平面内扭矩 受扭构件受力特点 屋面梁 承受作用在构件轴线平面内弯矩 4 屋面梁 6 吊车梁 水电站厂房 一般梁主应力 裂缝方向 破坏面 配筋形式 正截面破坏 M V作用 纵向钢筋防止正截面破坏 抗剪钢筋防止斜截面破坏 纯弯段 剪弯段 剪应力大小 方向 主拉应力方向与构件轴线成45 最大值在截面长边中点 素砼构件当主拉应力达到ft时 截面长边中点开裂 裂缝与构件轴线成45 破坏面为空间扭曲面 主应力及裂缝方向 纯扭矩形截面主应力及裂缝方向 破坏面 重要知识点 裂缝表面展开图 箍筋与纵筋形成的空间配筋 两者缺一不可 保持构件抗扭时内力平衡 缺了一种就无法达到内力平衡状态 最有效的配筋应沿主拉应力迹线成螺旋形布置 但施工复杂 且不能适应变号扭矩作用 配筋形式 空间扭曲破坏面 重要知识点 弯剪扭复合受力构件 胸墙 位于闸孔上部的挡水墙 工程中纯扭构件很少 一般为弯 剪 扭复合受力构件 灯泡贯流泵站 当水闸设计挡水位高于泄流控制水位且差值较大时 为减小闸门高度 设置胸墙 矩形截面纯扭构件承载力 矩形截面弯剪扭构件承载力 Tu 弯剪扭构件受扭承载力 带翼缘截面 简化成矩形截面组合 按矩形截面设计 第一节钢筋混凝土受扭构件的破坏形态及开裂扭矩第二节钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算第三节钢筋混凝土构件在弯 剪 扭共同作用下承载力计算 本章内容 少筋破坏 适筋破坏 超筋破坏 矩形截面纯扭构件破坏形态 破坏形态主要取决于配筋量 截面长边中点先出现一条45 的斜裂缝 形成三面开裂 一面受压的空间扭曲面 破坏时与斜裂缝相交的钢筋屈服甚至被拉断 受扭承载力取决于砼的抗拉强度及截面尺寸 破坏扭矩约等于开裂扭矩 属于脆性破坏 少筋破坏 限制抗扭钢筋最小值 配筋量过少 矩形截面纯扭构件破坏形态 出现第一条裂缝后抗扭钢筋就发挥作用 与临界斜裂缝相交的钢筋都能达到屈服 形成三面开裂一边受压的空间扭曲面 最后第四个面混凝土被压碎而破坏 具有一定的延性 受扭承载力与配筋量有关 适筋破坏 进行受扭承载力计算 箍筋和纵筋配置都适量 矩形截面纯扭构件破坏形态 1 抗扭钢筋屈服前 相邻两条45 螺旋裂缝间砼先压坏 为受压脆性破坏 完全超筋破坏 受扭承载力取决于砼的抗压强度及截面尺寸 2 控制箍筋和纵筋合适的比例 超筋破坏 1 控制截面尺寸及砼强度 1 箍筋和纵筋配置量都过大 2 箍筋和纵筋配筋量相差过大 2 箍筋 纵筋 未达到屈服 纵筋 箍筋 达到屈服的部分超筋破坏 矩形截面纯扭构件破坏形态 试验表明 0 5 z 2 0 破坏时纵筋和箍筋基本都能屈服 规范 建议取0 6 z 1 7 设计中通常取z 1 2 Ast 沿截面周边均匀对称布置的全部纵筋面积 Ast 沿截面周边布置的单肢箍筋面积 ucor 截面核心部分的周长 防止部分超筋破坏 配筋强度比 配筋强度比z 纵筋和箍筋的体积比和强度比的乘积 重要知识点 各种破坏的承载力和延性 开裂扭矩几乎相同 与配筋量无关 计算开裂扭矩忽略钢筋作用 矩形截面纯扭构件破坏形态 矩形截面纯扭构件开裂扭矩 1 开裂扭矩和破坏扭矩是衡量抗扭能力的两个指标 2 为防止少筋破坏需要确定抗扭钢筋的最小配筋率 配筋纯扭构件承担的极限扭矩不小于开裂扭矩 开裂判据 弹性理论 截面上一点应力达到极限强度即开裂 塑性理论 截面上各点应力均达到极限强度才开裂 截面剪应力分布分四个区 极限剪应力ft 计算各区合力及其对截面形心力偶之和 得塑性极限扭矩 Wt 截面受扭塑性抵抗矩 矩形截面纯扭构件开裂扭矩 Wte 截面受扭弹性抵抗矩 主拉应力stp tmax ft时 砼介于理想弹性和理想塑性之间的弹塑性材料 应力分布介于弹 塑性之间 开裂扭矩介于Tcr和Tcu之间 规范按塑性应力分布计算 引入降低系数0 7考虑砼应力非完全塑性分布的影响 钢筋砼开裂扭矩Tcr 矩形截面纯扭构件开裂扭矩 内力承载力材料本构关系 变角空间桁架模型 由静力平衡条件可得受扭承载力公式 矩形截面纯扭构件承载力 根据变角空间桁架模型理论 在试验统计分析基础上建立规范公式 Tc 砼受扭承载力Ts 抗扭钢筋受扭承载力 重要知识点 防止超筋破坏 防止少筋破坏 矩形截面纯扭构件承载力 1 规范公式 变角空间桁架理论 重要知识点 配筋形式和构造要求 受扭纵筋应沿截面周边均匀对称布置 截面四角必须布置 间距不大于200mm或截面宽度b 受扭纵筋的搭接和锚固均应按受拉钢筋的构造要求处理 受扭纵筋 纵筋 箍筋缺一不可 箍筋间距应满足受剪最大箍筋间距要求 不采用四肢箍筋 由空间桁架模型可知 受扭箍筋在整个长度上均受拉力 箍筋应做成封闭型 箍筋末端应弯折135 弯折后直线长度不应小于10倍箍筋直径 箍筋 配筋形式和构造要求 矩形截面纯扭 矩形截面弯剪扭 Tu 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 反之亦然 扭矩和剪力产生的剪应力总会在构件的一个侧面上叠加 承载力总是小于剪力和扭矩单独作用的承载力 弯剪扭构件的承载力 弯剪扭构件的承载力 1 实际上存在着M T及V T相关性 2 为简化计算 规范对弯 扭独立计算 然后叠加纵筋 3 对剪扭作用为避免砼的抗力被重复利用 考虑砼部分的V T相关性 VT相关性 Tc 无腹筋梁剪扭共同作用抗扭承载力 Tc0 无腹筋梁纯扭作用抗扭承载力 Vc 无腹筋梁剪扭共同作用抗剪承载力 Vc0 无腹筋梁纯剪作用抗剪承载力 矩形截面剪扭承载力 定性分析砼受剪承载力因扭矩的存在而降低 砼受扭承载力因剪力的存在而降低 折减多少 砼剪扭承载力关系取1 4圆 折线abcd代替1 4圆 bc段 bt的范围为0 5 1 0 砼受扭承载力降低系数 定量分析 砼受扭承载力降低系数 纵坐标 剪扭构件抗扭承载力Tc 剪扭构件抗剪承载力Vc 目标 重要知识点 砼部分承载力剪扭相关 为何钢筋部分不考虑相关性 矩形截面剪扭承载力 受弯纵筋As和A s 抗扭箍筋 抗扭纵筋 抗剪箍筋 M 弯剪扭构件的承载力 重要知识点 受弯纵筋As和A s 抗剪箍筋 抗扭纵筋 抗扭箍筋 钢筋分别按弯 剪扭计算 剪扭考虑砼承载力相关 相同部位钢筋迭加 重要知识点 带翼缘截面 1 简化成矩形截面组合 按矩形截面设计 2 受扭塑性抵抗矩近似取受压翼缘 受拉翼缘和腹板三个部分之和 3 划分为小块矩形截面 按各小块的受扭塑性抵抗矩比值的大小计算各小块矩形截面