混凝土结构与砌体结构原理7第七章PPT课件.ppt

第七章受扭构件承载力计算 第七章受扭构件承载力计算 1 学习目标 1 了解受扭构件的分类和开裂 破坏机理 3 掌握弯剪扭构件承载力设计计算方法 2 了解矩形截面纯扭构件承载力计算 4 了解钢筋混凝土受扭构件的构造要求 5 掌握雨篷的设计方法和构造要求 第七章受扭构件承载力计算 2 第二节矩形截面纯扭构件承载力计算 第三节弯剪扭构件承载力计算 第四节雨篷 第一节概述 在钢筋混凝土结构中 仅承受扭矩作用的纯扭构件在实际工程中很少 一般都是在弯矩 剪力 扭矩共同作用下的复合受扭构件 3 第七章受扭构件承载力计算 第一节概述 按照构件的受力状态分类 受扭构件分为纯扭 剪扭 弯扭和弯剪扭四种情况 其中以弯剪扭最为常见 受扭构件是指在截面上具有扭矩作用的构件 4 第七章受扭构件承载力计算 受扭构件的工程的应用吊车梁 框架中的边梁 雨蓬梁等 都属于弯剪扭复合受扭构件 4 边梁示意图 吊车梁示意图 第七章受扭构件承载力计算 第二节矩形截面纯扭构件承载力计算 5 由材料力学可知 矩形截面纯扭构件在其截面上剪应力分布如下图所示 最大剪应力发生在截面长边中点 一 钢筋混凝土矩形纯扭构件的开裂扭矩 由于受扭构件混凝土即将出现裂缝时 混凝土极限拉应变很小 钢筋的应力很小 钢筋的配置对构件提高开裂扭矩作用不大 因此在进行开裂扭矩计算时可忽略钢筋的影响 按素混凝土构件进行计算 第七章受扭构件承载力计算 按照弹性理论 当主拉应力即最大剪应力达到混凝土的抗拉强度值时 构件即将出现裂缝 此时的扭矩为开裂扭矩 6 混凝土材料并非理想弹塑性材料 故 混凝土结构设计规范 偏于安全地取 根据受扭钢筋配筋量的不同可分为以下三种类型的破坏形态 7 二 纯扭构件承载力计算 第七章受扭构件承载力计算 1 配筋方式 受扭构件一般都采用封闭受扭箍筋与受扭纵筋形成的空间骨架来承担扭矩 抗扭钢筋示意图 2 破坏形态 少筋破坏 适筋破坏 超筋破坏 8 预防措施 通过计算确定受扭钢筋和受扭箍筋 第七章受扭构件承载力计算 破坏特征 在扭矩作用下 构件出现螺旋状裂缝 裂缝处原来由混凝土承担的拉力将转由钢筋承担 直到受扭纵筋及箍筋均达到屈服强度后 混凝土才被压碎 构件破坏有较明显的预兆 属于延性破坏 1 适筋破坏 产生条件 受扭纵筋与受扭箍筋的配置适中 受扭承载力取决于受扭钢筋配筋量数量 9 预防措施 限制受扭钢筋最小配筋率和最大箍筋间距 第七章受扭构件承载力计算 破坏特征 由于钢筋不足以承担混凝土开裂后转移来的拉力 使裂缝迅速向相邻面延伸 最后构件受压破坏 破坏过程迅速而突然 属于脆性破坏 2 少筋破坏 产生条件 受扭箍筋和受扭纵筋配置过少或配筋间距过大 受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度 10 预防措施 限制受扭钢筋的最大配筋率或构件最小截面尺寸 第七章受扭构件承载力计算 破坏特征 构件受扭开裂后 螺旋裂缝多而密 在纵筋和箍筋均未达到屈服强度时 构件由于裂缝之间混凝土被压碎而破坏 坏过程迅速而突然 属于脆性破坏 3 超筋破坏 产生条件 受扭箍筋和受扭纵筋配置过多 受扭承载力取决于截面尺寸和混凝土抗压强度 11 第七章受扭构件承载力计算 3 矩形截面纯扭构件的受扭承载力 钢筋混凝土纯扭构件的受扭承载力由混凝土的抗扭承载力Tc和箍筋与纵筋的受扭承载力Ts两部分构成 Tu Tc Ts 混凝土的受扭承载力和箍筋与纵筋的受扭承载力并非彼此完全独立的变量 而是相互关联的 纵筋与箍筋强度比 第七章受扭构件承载力计算 3 矩形截面纯扭构件的受扭承载力 12 根据适筋破坏形态 承载力计算公式为 为保证纵筋 箍筋均能屈服 建议取0 6 1 7 1 7时 取 1 7 常用值为1 0 1 3 式中 13 第七章受扭构件承载力计算 为了避免受扭钢筋配置过多 防止出现超筋破坏 应符合下式要求 4 计算公式的适用条件 1 受扭配筋的上限 注意 当不满足上式时 应加大构件截面尺寸或提高混凝土强度等级 14 第七章受扭构件承载力计算 为了防止配筋过少而产生少筋破坏 2 受扭配筋的下限 2 受扭纵筋应满足最小配筋率的要求 1 受扭箍筋应满足最小配筋率的要求 式中 V为剪力设计值 对纯扭构件V 1 0 Back 承载力复核 15 构造配筋界限 当符合下式要求时 上式表明 构件的混凝土足以能够抵抗扭矩 可不进行受扭承载力计算 仅需按 受扭箍筋 纵筋的最小配筋率 配置构造钢筋 第七章受扭构件承载力计算 受扭配筋的下限 Back 承载力复核 16 6 构造要求 受扭纵筋沿截面均匀布置 且在截面四角必须设置纵筋 纵筋间距不应大于200mm和截面短边长度 受扭纵筋的接头与锚固均应按受拉钢筋的构造要求处理 受扭箍筋带135 的弯钩 当采用复合箍时 位于内部的箍筋不应计入受扭箍筋的面积 1 受扭纵筋 受扭箍筋 第七章受扭构件承载力计算 第七章受扭构件承载力计算 三 矩形截面纯扭构件的设计应用 截面设计 17 步骤一 验算截面尺寸 调整构件截面尺寸或提高混凝土强度等级 不满足 18 第七章受扭构件承载力计算 三 矩形截面纯扭构件的设计应用 截面设计 步骤三 确定箍筋直径和间距 步骤四 确定受扭钢筋 第七章受扭构件承载力计算 四 矩形截面纯扭构件的设计应用 承载力复核 19 步骤一 复核截面尺寸 第七章受扭构件承载力计算 四 矩形截面纯扭构件的设计应用 承载力复核 20 步骤四 复核承载力 复核承载力是否满足要求 21 第七章受扭构件承载力计算 第三节弯剪扭构件承载力计算 试验表明 受弯构件同时受到扭矩作用时 扭矩的存在使纵筋产生拉应力 加重了受弯构件纵向受拉钢筋的负担 使其应力提前到达屈服强度 因而降低了受弯承载能力 一 扭矩对受弯 受剪构件承载力的影响 承载力之间的相关性 1 弯矩和扭矩的相关性 22 第七章受扭构件承载力计算 2 剪力和扭矩的相关性 试验表明 对于同时受到剪力和扭矩作用的构件 由于二者的剪应力在构件的一个侧面上是相互叠加的 所以承载力低于剪力或扭矩单独作用时的承载力 工程上把这种相互影响的性质称为构件各承载力之间的相关性 23 第七章受扭构件承载力计算 试验表明 在弯矩 剪力和扭矩的共同作用下 各项承载力相互关联 相互影响十分复杂 二 弯剪扭构件的承载力 规范 建议的简化方法 1 弯扭作用时 不考虑弯 扭的相关作用 分别计算其抗弯和抗扭承载力 对钢筋混凝土矩形截面弯剪扭构件 其纵向钢筋应按弯扭构件的受弯 受扭承载力分别计算所需的纵筋面积之和配置 24 第七章受扭构件承载力计算 2 弯剪扭作用时 按剪扭构件的承载力和弯扭构件的承载力分别考虑 为了防止混凝土双重利用而降低承载能力 规范 规定采用混凝土受扭承载力降低系数来考虑剪扭共同作用的影响 其纵向钢筋应按弯扭构件的受弯 受扭承载力分别计算所需的纵筋面积之和配置 其箍筋应按剪扭构件的受剪 受扭承载力分别计算所需的箍筋截面面积之和进行配置 25 第七章受扭构件承载力计算 当集中荷载为主时 当 t1 0时 取 t 1 0 当均布荷载为主时 混凝土受扭承载力降低系数计算公式为 26 第七章受扭构件承载力计算 规定 对于钢筋混凝土矩形截面弯剪扭构件 其纵向钢筋应按弯扭构件的受弯 受扭承载力分别计算所需的纵筋面积之和配置 其箍筋应按剪扭构件的受剪 受扭承载力分别计算所需的箍筋截面面积之和进行配置 规范 把弯剪扭构件的承载力按剪扭构件的承载力和弯扭构件的承载力分别考虑 27 第七章受扭构件承载力计算 1 剪扭构件承载力计算 1 受扭承载力 2 受剪承载力 当均布荷载为主时 当集中荷载为主时 选择箍筋的直径和间距 28 第七章受扭构件承载力计算 2 弯扭构件承载力计算公式 1 受弯承载力 2 受扭承载力 弯扭纵筋的叠加 a 受弯纵筋 b 受扭纵筋 c 纵筋叠加 纵筋的叠加 29 第七章受扭构件承载力计算 3 确定是否可忽略剪力或扭矩 简化计算 可忽略剪力 扭矩的情况 可不进行受剪 受扭承载力计算 仅按构造要求配置箍筋和受扭钢筋 但仍需进行受弯纵筋的计算 截面设计 承载力复核 当符合下式要求时 30 第七章受扭构件承载力计算 可忽略剪力的情况 或以集中荷载为主 当符合下式要求时 以均布荷载为主 可忽略剪力的影响 不进行受剪承载力计算 按受弯承载力和受扭承载力分别进行计算 3 确定是否可忽略剪力或扭矩 简化计算 Back 承载力复核 31 第七章受扭构件承载力计算 可忽略扭矩的情况 可忽略扭矩的影响 不进行受扭承载力计算 按受弯承载力和受剪承载力分别进行计算 当符合下式要求时 3 确定是否可忽略剪力或扭矩 简化计算 Back 承载力复核 第七章受扭构件承载力计算 32 4 计算公式的适用条件 1 截面尺寸限制条件 为了避免发生超筋破坏 规范 在试验的基础上 规定了截面的限制条件 当时 当时 当时 按线性内插法确定 当不满足上式时 应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级 Back 承载力复核 第七章受扭构件扭曲截面承载力 33 箍筋的配筋率应满足 2 最小配筋率 为了防止配筋过少而产生少筋破坏 受扭箍筋和纵筋应分别满足最小配筋率的要求 纵向钢筋的配筋率应满足 Back 34 第七章受扭构件承载力计算 三 设计计算方法 通常有截面设计和承载力复核两种情况 1 截面设计 已知 构件的截面尺寸和材料强度等级 以及弯矩设计值 剪力设计值 扭矩设计值 求 进行截面配筋设计 35 第七章受扭构件承载力计算 可忽略扭矩的情况 截面设计的主要步骤 验算截面尺寸 验算是否应按计算配置剪扭钢筋 确定计算方法 即是否可简化计算 可忽略剪力和扭矩的情况 可忽略剪力情况 36 第七章受扭构件承载力计算 计算箍筋和抗扭纵筋的用量 忽略剪力和扭矩时 计算钢筋用量 忽略剪力时 计算钢筋用量 根据弯矩 剪力和扭矩设计值计算钢筋用量 忽略扭矩时 计算钢筋用量 验算是否符合构造要求 37 第七章受扭构件承载力计算 2 承载力复核 已知 构件的截面尺寸 材料强度等级和截面配筋 以及弯矩设计值 剪力设计值 扭矩设计值 求 进行承载力复核 38 第七章受扭构件承载力计算 可忽略扭矩的情况 按受弯承载力复核 承载力复核的主要步骤 验算截面尺寸 验算构造配筋条件 是否可简化承载力复核 可忽略剪力情况 可忽略剪力和扭矩时 按受弯承载力复核 39 第七章受扭构件承载力计算 承载力复核 忽略剪力时 按受扭承载力复核和按受弯承载力复核 验算是否符合构造要求 根据弯矩 剪力和扭矩设计值承载力复核 40 第七章受扭构件承载力计算 雨篷发生整体倾覆破坏 第四节雨篷 雨篷由雨篷板和雨篷梁两部分组成 雨篷梁受弯 剪 扭发生破坏 雨篷板在跟部发生受弯断裂破坏 二 破坏形式 一 组成 雨篷示意图 41 第七章受扭构件承载力计算 雨篷板 按