混凝土结构设计原理按新规范GB编写受扭构PPT课件.ppt

第8章受扭构件的受力性能与设计 第8章受扭构件的受力性能与设计 本章主要内容8 1概述8 2纯扭构件的受力性能与承载力计算8 3弯剪扭构件的受力性能与承载力计算8 4矩形截面压弯剪扭构件的受力性能与承载力计算8 5矩形截面拉弯剪扭构件的受力性能与承载力计算8 6受扭构件承载力计算公式的适用条件与构造规定8 7受扭构件承载力计算流程图与例题 混凝土结构设计原理 第2版 配套课件 邵永健主编 北京大学出版社2013年8月出版 1 8 1概述 平衡扭转和协调扭转 一 受扭构件的概念 截面上有扭矩作用 且扭矩值不可忽略的构件 二 受扭构件的分类 纯扭剪扭弯扭土木工程中少见 拉扭拉弯剪扭弯剪扭 压弯剪扭 土木工程中常见 第8章受扭构件的受力性能与设计 2 扭矩由荷载直接引起 其值可由平衡条件直接求出 1 平衡扭转 1 平衡扭转的概念 2 平衡扭转的实例 第8章受扭构件的受力性能与设计 3 mt 框架边梁 边梁的抗扭刚度大时 mt就大 2 协调扭转 1 协调扭转的概念 2 协调扭转的实例 在超静定结构 其扭矩值需变形协调条件才能确定 第8章受扭构件的受力性能与设计 4 第8章受扭构件的受力性能与设计 5 第8章受扭构件的受力性能与设计 6 8 2纯扭构件的受力性能与承载力计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 2 1纯扭构件的受力性能 1 素混凝土纯扭构件的受力性能 7 第8章受扭构件的受力性能与设计 T 首先在截面长边中点出现45 方向的裂缝 很快就形成三面开裂 一面受压的空间扭曲破坏面 构件断裂成两半而破坏 承载力低 脆性破坏 8 1 受扭钢筋的组成 S 第8章受扭构件的受力性能与设计 2 钢筋混凝土纯扭构件的受力性能 9 1 裂缝出现前的性能 与素混凝土构件相近 开裂前 受力性能大体符合弹性扭转理论 钢筋应力很低 T 关系呈线性 开裂前 最大剪应力tmax发生在截面长边中点 适筋破坏 T kN m rad mm 第8章受扭构件的受力性能与设计 2 钢筋混凝土纯扭构件的受力性能 10 开裂时 裂缝截面砼退出工作 钢筋应力明显增大 开裂后 扭转刚度明显降低 T 关系呈非线性 开裂后 混凝土受压 受扭纵筋和箍筋受拉 开裂后 裂缝呈螺旋状 构件长边上有一条裂缝向顶面与底面发展成为临界裂缝 2 裂缝出现后的性能 针对适筋受扭构件 第8章受扭构件的受力性能与设计 11 最后 与临界裂缝相交的箍筋和纵筋屈服 另一个长边上的混凝土压坏 构件达到极限扭矩 第8章受扭构件的受力性能与设计 12 纯扭构件的四种破坏形态 1 适筋破坏 箍筋和纵筋的配置 均合适时 2 部分超筋破坏 箍筋纵筋 一种合适一种过多时 3 超筋破坏 箍筋和纵筋的配置 均过多时 4 少筋破坏 箍筋和纵筋的配置 均过少时 第8章受扭构件的受力性能与设计 13 1 按弹性理论计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 2 2纯扭构件开裂扭矩的计算 假定混凝土为理想弹性材料 T作用下的弹性剪应力分布见右图 14 第8章受扭构件的受力性能与设计 三面开裂 一面受压 15 假定混凝土为理想弹塑性材料 当截面上各点应力均达到ft时 见右图 截面处于开裂的临界状态 2 按塑性理论计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 16 3 规范 计算公式 第8章受扭构件的受力性能与设计 混凝土既非理想的弹性材料 又非理想的塑性材料 规范 综合试验结果 按下列公式计算纯扭构件的开裂扭矩 17 1 矩形截面 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 2 2受扭构件的截面受扭塑性抵抗矩计算 b h 18 bf b 6hf 及bf b 6hf 第8章受扭构件的受力性能与设计 2 T形 I形截面 19 第8章受扭构件的受力性能与设计 3 箱形截面 t w tw 20 8 2 4纯扭构件的受扭承载力计算 计算理论有 变角空间桁架模型 斜弯理论 变角空间桁架模型 1 基本假定 1 混凝土只承受压力 2 纵筋与箍筋只承受拉力 3 忽略中心部分混凝土的抗扭作用 第8章受扭构件的受力性能与设计 1 构件受扭的工作机理 21 变角空间桁架模型 第8章受扭构件的受力性能与设计 2 模型的组成 30 60 22 第8章受扭构件的受力性能与设计 23 第8章受扭构件的受力性能与设计 24 2 Tu用q表示Tu 2qAcor 3 令 第8章受扭构件的受力性能与设计 25 5 将q代入Tu 2qAcor得 由ctg2 可见 斜压杆角度 随z而变化 故称变角空间桁架模型 在30 60 之间 纵筋越多 越小 推导Tu时 假定纵筋与箍筋都已屈服 推导结果的意义在于确定了钢筋分担受扭承载力的基本变量 5 几点说明 第8章受扭构件的受力性能与设计 26 2 矩形截面纯扭构件的受扭承载力计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 27 其中 第8章受扭构件的受力性能与设计 28 3 T形 I形截面纯扭构件的受扭承载力计算 1 划分截面 2 分配扭矩 3 按分配到的扭矩分别进行受扭承载力计算 腹板 受压翼缘 受拉翼缘 第8章受扭构件的受力性能与设计 29 4 箱形截面纯扭构件的受扭承载力计算 其中 Wt 第8章受扭构件的受力性能与设计 30 纯扭构件的截面限制条件构造配筋条件最小配筋率等 将在最后一起介绍 第8章受扭构件的受力性能与设计 31 8 3弯剪扭构件的受力性能与承载力计算 在一个侧面上剪应力方向一致 从而导致承载力小于剪力和扭矩单独作用时的承载力 扭矩对受弯承载力的影响 扭矩对受剪承载力的影响 第8章受扭构件的受力性能与设计 32 破坏形态由 1 弯型破坏 8 3 1弯剪扭构件的受力性能 发生条件 M V T间的比例关系 和配筋情况 主要有三种 决定 第8章受扭构件的受力性能与设计 33 顶部纵筋先屈服 底部混凝土后压碎 发生条件 破坏特征 T较大 M V均较小 且顶部纵筋小于底部纵筋 2 扭型破坏 第8章受扭构件的受力性能与设计 34 裂缝先从该侧面中点出现 然后向顶面和底面延伸 随着该侧面与斜裂缝相交的箍筋和纵筋首先屈服 最后另一侧混凝土压碎而破坏 发生条件 M较小 V T较大 且T和V引起的剪应力方向一致的侧面配筋较少时 破坏特征 3 剪扭型破坏 第8章受扭构件的受力性能与设计 35 第8章受扭构件的受力性能与设计 弯扭相关曲线 图中 fyAs fy A s 36 1 剪扭相关性 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 3 2剪扭构件的承载力计算 37 2 受扭承载力降低系数 t 相关曲线的简化 t的计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 1 矩形截面剪扭构件 38 用V T代替Vc Tc并代入Vc0 Tc0的表达式 t的计算公式 第8章受扭构件的受力性能与设计 39 第8章受扭构件的受力性能与设计 2 T形和I形截面剪扭构件 一般剪扭构件 集中荷载作用下的独立剪扭构件 是指 腹板部分的 t 与矩形截面的区别 40 第8章受扭构件的受力性能与设计 3 箱形截面剪扭构件 一般剪扭构件 集中荷载作用下的独立剪扭构件 与矩形截面的区别 41 第8章受扭构件的受力性能与设计 3 剪扭构件的承载力计算 1 剪扭构件的承载力计算方法 规范 GB50010采取 混凝土部分相关 钢筋部分不相关 的原则 即钢筋部分采取直接叠加的方法 42 第8章受扭构件的受力性能与设计 同时 假定有腹筋剪扭构件混凝土部分的相关性与无腹筋剪扭构件一样 43 第8章受扭构件的受力性能与设计 对纯扭计算公式中混凝土项乘以 t 就得到剪扭构件的受扭承载力计算公式 对纯剪计算公式中混凝土项乘以 1 5 t 就得到剪扭构件的受剪承载力计算公式 因此只需 44 2 矩形截面剪扭构件的承载力计算 1 一般剪扭构件 受剪承载力 受扭承载力 2 集中荷载作用下的独立剪扭构件 t 第8章受扭构件的受力性能与设计 45 3 T形和工形截面剪扭构件的承载力计算 a V全由腹板承担 V T的分配 b T按截面受扭塑性抵抗矩分配给腹板和上 下翼缘 配筋计算 a 腹板在V Tw作用下按剪扭构件计算 b 上 下翼缘分别在T f Tf作用下按纯扭构件计算 VT Tf VTw T f 第8章受扭构件的受力性能与设计 46 4 箱形截面剪扭构件的承载力计算 一般剪扭构件 受剪承载力 受扭承载力 集中荷载作用下的独立剪扭构件 受剪承载力 受扭承载力计算公式 第8章受扭构件的受力性能与设计 式中b 2tw 47 一般剪扭构件 集中荷载作用下的独立剪扭构件 第8章受扭构件的受力性能与设计 反映箱形截面 48 8 3 3弯扭构件的承载力计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 规范 GB50010直接采用叠加的方法 1 在M作用下按受弯构件计算所需的受弯纵筋 2 在T作用下按纯扭构件计算所需的受扭纵筋和受扭箍筋 相应钢筋直接叠加 49 8 3 4弯剪扭构件的承载力计算 适于矩形 T形 形 箱形截面 1 当V 0 35ftbh0或V 0 875ftbh0 1 时 可仅按受弯正截面和纯扭计算 1 可简化的情况 2 当T 0 175ftWt或T 0 175 hftWt时 可仅按受弯正截面和受剪斜截面计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 50 2 一般情况 4 在M作用下 按受弯正截面计算受弯纵向钢筋As 3 在V T作用下 按剪扭构件受扭承载力计算受扭纵向钢筋Astl 2 在V T作用下 按剪扭构件受扭承载力计算受扭箍筋Ast1 1 在V T作用下 按剪扭构件受剪承载力计算受剪箍筋Asv1 第8章受扭构件的受力性能与设计 51 8 4矩形截面压弯剪扭构件的受力性能与承载力计算 ZX 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 4 1轴向压力N对受扭承载力的影响 可减小纵筋的拉应变 可抑制裂缝的出现和开展 可增加混凝土的咬合作用 可增加纵筋的销栓作用 但当N 0 65fcA时 随着N的增加 构件的受扭承载力将会逐步下降 轴向压力 提高受扭承载力 52 8 4 2压扭构件的承载力计算 ZX 第8章受扭构件的受力性能与设计 当N 0 3fcA时 取N 0 3fcA 53 8 4 3压弯剪扭构件的承载力计算 ZX 1 一般情况 第8章受扭构件的受力性能与设计 1 在V T作用下 按剪扭构件受剪承载力计算受剪箍筋Asv1 54 3 在V T作用下 按剪扭构件受扭承载力计算受扭纵向钢筋Astl 第8章受扭构件的受力性能与设计 4 在N M作用下 按偏压正截面计算纵向钢筋As A s 55 2 可简化的情况 当T 0 175ft 0 035N A Wt时 可仅按偏压和斜截面受剪计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 56 8 5矩形截面拉弯剪扭构件的受力性能与承载力计算 ZX 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 5 1轴向拉力N对受扭承载力的影响 可增加纵筋的拉应变 可促进裂缝的出现和开展 可消弱混凝土的咬合作用 可消弱纵筋的销栓作用 轴向拉力 降低受扭承载力 57 8 5 2拉扭构件的承载力计算 ZX 第8章受扭构件的受力性能与设计 当N 1 75ftA时 取N 1 75ftA 58 8 5 3拉弯剪扭构件的承载力计算 ZX 1 一般情况 2 在V T作用下 按剪扭构件受扭承载力计算受扭箍筋Ast1 第8章受扭构件的受力性能与设计 1 在V T作用下 按剪扭构件受剪承载力计算受剪箍筋Asv1 59 3 在V T作用下 按剪扭构件受扭承载力计算受扭纵向钢筋Astl 第8章受扭构件的受力性能与设计 3 在N M作用下 按偏拉正截面计算纵向钢筋As A s 60 2 可简化的情况 当T 0 175ft 0 1N A Wt时 可仅按偏拉和斜截面受剪计算 第8章受扭构件的受力性能与设计 61 8 6 1计算公式的适用条件 8 6受扭构件承载力计算公式的适用条件与构造规定 第8章受扭构件的受力性能与设计 62 第8章受扭构件的受力性能与设计 1 上限值 截面限制条件 避免超筋破坏 hw b 或hw tw 4时 hw b 或hw tw 6时 4 6之间 线性插值 63 第8章受扭构件的受力性能与设计 64 第8章受扭构件的受力性能与设计 2 下限值 构造配筋条件 当时 可不进行剪扭承载力计算 但必须按构造要求配置纵向钢筋和箍筋 N 0 3fcA 65 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 6 2受扭构件钢筋的构造规定1 最小配筋率 1 箍筋的最小配筋率 66 2 受扭纵向钢筋的最小配筋率 第8章受扭构件的受力性能与设计 67 2 纵向钢筋的构造 沿截面周边均匀对称布置 截面四角必须布置受扭纵筋 间距应 200mm和b 锚固和搭接应符合受拉钢筋的要求 第8章受扭构件的受力性能与设计 68 直径 h 800 d 8 h 800 d 6 间距 同受弯构件 见P131表 形式 做成封闭型 沿截面周边布置 箍筋末端应弯折135 弯折后的直线长度应 10倍箍筋直径 第8章受扭构件的受力性能与设计 3 箍筋的构造要求 69 第8章受扭构件的受力性能与设计 8 7受扭构件承载力计算流程图与例题 矩形截面纯扭构件的截面设计流程图 见P284图8 19矩形截面弯剪扭构件的截面设计流程图 见P285图8 20矩形截面纯扭构件的截面复核流程图 见P286图8 21矩形截面弯剪扭构件的截面复核流程图 见P287图8 22计算例题见教材 例8 1 例8 4 70 本章小结 1 有关受力性能 1 受扭钢筋的组成 受扭纵筋和受扭箍筋 2 纯扭构件四种破坏形态 少 适 超和部分超筋 空