混凝土结构第7章受扭构件强度与设计PPT课件.pptVIP

第7章受扭构件强度与设计 蒋秀根jiangxg 中国农业大学水利与土木工程学院土木工程系 1 第7章受扭构件强度与设计 7 1钢筋混凝土斜截面受扭强度7 2纯扭构件抗扭设计7 3弯剪扭压复合受力设计 2 7 1钢筋混凝土斜截面受扭强度 一 素混凝土截面抗扭强度1 弹性抗扭强度 1 破坏机理 2 截面扭转应力 3 一 素混凝土截面抗扭强度 3 截面弹性抗扭抵抗矩 4 一 素混凝土截面抗扭强度 4 截面抗扭强度 5 复杂截面的抗扭薄膜比拟原理截面极限抗扭强度为薄膜边缘斜率为极限抗剪强度的薄膜包围体积的两倍 5 一 素混凝土截面抗扭强度 2 塑性抗扭强度 1 破坏机理 6 一 素混凝土截面抗扭强度 2 截面扭转应力 截面扭转剪力均达到最大值 3 截面抗扭强度 7 一 素混凝土截面抗扭强度 4 复杂截面的抗扭砂堆比拟计算截面理想极限塑性扭矩 截面极限抗扭强度为边坡斜率 塑性极限扭矩为极限抗剪强度的砂堆体积的两倍 对于矩形截面 极限塑性抗扭强度可推导如下 8 一 素混凝土截面抗扭强度 矩形截面塑性极限抗扭强度 9 一 素混凝土截面抗扭强度 截面塑性抗扭抵抗矩 5 简单截面塑性抗扭抵抗矩 10 一 素混凝土截面抗扭强度 截面塑 弹性抗扭抵抗矩比 矩形截面抗扭抵抗矩值及其比较 11 一 素混凝土截面抗扭强度 组合截面塑性抗扭强度 6 组合截面的塑性抵抗矩截面组合 将复杂的组合截面划分成若干个独立的简单图形 矩形 截面的总体抗扭强度为各简单图形截面的抗扭强度之和 组合原则 为了得到截面的最大抗扭承载力 截面划分时从大到小依次保证矩形宽度 b 较大的图形完整 将截面划分成若干个独立矩形 12 一 素混凝土截面抗扭强度 任意截面塑性抗扭强度 7 截面抗扭强度 13 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 14 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 1 开裂强度 1 破坏机理开裂前钢筋的存在不降低混凝土的扭转应力 开裂前截面扭转应力分布界于弹性及完全塑性之间 混凝土的抗剪强度小于抗拉强度 混凝土极限受扭强度小于理想塑性抗扭强度 15 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 开裂扭矩 16 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 极限强度 1 破坏机理 约束扭转理论截面为了保持平截面而出现正应力 为了保证构件扭裂而不断 纵筋承担约束扭转产生的正 拉应力 箍筋承担约束扭转产生的剪应力 17 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 变角桁架理论扭转应力在截面外围最大 截面周边箍筋及纵筋抗扭 核心混凝土及中间箍筋 纵筋 的作用 可忽略不计 箍筋和周边纵筋形成抗扭的关键骨架桁架 但由于钢筋较细 不能抵抗弯曲和剪切 因此必须存在斜压杆形成空间桁架才能有效抗扭 裂缝间混凝土起斜压杆的作用 18 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 19 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 开裂后 形成斜向 螺旋 非封闭扭转裂缝 裂缝倾斜角度取决于配筋量 配筋特征值 构件受力类似于空间桁架 纵筋为弦杆 受拉 箍筋为垂直腹杆 受拉 裂缝间混凝土为斜腹杆 平行于裂缝受压 横截面上斜裂缝间混凝土承担的压力在轴向的压力分量与纵筋拉力平衡 决定了纵筋必然承担扭转应力参与抗扭 由此亦可得出结论 斜裂缝的方向与纵筋与箍筋的配筋比有关 20 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 横截面上斜裂缝间混凝土承担的压力在横向的压力分量与箍筋拉力平衡 形成环形封闭力 组成抗扭力偶 横截面的抗扭强度与箍筋 纵筋及残余 如核心 混凝土有关 21 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 2 抗扭强度理论公式 变角桁架模型 22 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 截面抗扭强度由斜裂缝通过截面两对边箍筋形成的力偶组成 1 设扭转斜裂缝与构件轴线的夹角为 侧边斜截面箍筋拉力为 23 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 长边箍筋的斜截面总拉力为 2 宽边箍筋的斜截面总拉力为 3 24 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 由空间桁架平衡条件 确定斜裂缝角度 由桁架节点平衡条件 纵筋轴向拉力 箍筋周向拉力的合力与裂缝方向混凝土的压力平衡 可得到 4 或 4 25 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 或及 4 将箍筋侧边拉力带入 将 2 3 代入 有 5 26 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 带入箍筋 纵筋 夹角相互关系 将 4 代入 5 有 6 27 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 计算截面抗扭强度 将 6 代入 2 有 7 将 6 代入 3 有 8 28 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 2 抗扭强度理论公式 将 7 8 代入 1 有 9 29 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 3 抗扭强度中国规范公式 强度公式 抗扭强度组成 混凝土承担扭矩 取素混凝土截面抗扭强度的一半 30 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 钢筋承担扭矩 31 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 钢筋混凝土抗扭强度 其中 箍筋单肢面积 强度 间距 沿截面四周对称布置的纵筋总面积 强度 截面核心区宽度 高度 周长 面积 32 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 配筋体积强度比 33 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 限制条件 最大配筋率纯扭截面最大配筋限制 34 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 最小配筋率 35 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 平衡配筋率适筋范围 规范规定 最佳值 36 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 箍筋要求最小直径 同抗剪要求最大间距 同抗剪要求箍筋型式 封闭 1350弯钩 10d 100mm 锚固长度 纵筋要求对称 周边 均匀 间距不大于200mm及短边尺寸 37 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 钢筋混凝土梁的强度计算及其比较 38 二 钢筋混凝土截面抗扭强度 3 抗扭强度中国规范公式 39 7 2纯扭构件抗扭设计 一 强度公式的简化 40 7 2纯扭构件抗扭设计 二 抗扭设计计算1 计算截面几何参数及材料参数几何参数 41 7 2纯扭构件抗扭设计 刚度参数 材料参数 混凝土度 钢筋强度 42 7 2纯扭构件抗扭设计 最小配筋率 箍筋 纵筋 43 7 2纯扭构件抗扭设计 2 验算截面扭矩是否超筋3 选定配筋强度比 44 7 2纯扭构件抗扭设计 4 计算箍筋并验算 最小配筋率 45 7 2纯扭构件抗扭设计 5 选配箍筋并验算 箍筋最小直径 最大间距 计算箍筋实际配筋量6 按选定强度比 及实配箍筋 计算纵筋 总 配筋量 46 7 2纯扭构件抗扭设计 7 按对称原则选配纵筋选配原则 至少4根 直径可相同 对称布置 截面周边钢筋间距不大于200mm 47 7 3弯剪扭压复合受力设计 一 压扭复合抗扭强度机理 轴压力的存在减小了扭矩产生的主拉应力 提高了截面的抗扭强度压扭强度公式 48 二 弯扭复合受力强度 1 破坏机理 49 二 弯扭复合受力强度 2 弯扭相关强度 50 二 弯扭复合受力强度 51 二 弯扭复合受力强度 3 简化计算方法弯扭分别计算 混凝土分区工作 互不影响 钢筋简单叠加 52 三 剪扭复合受力强度 1 破坏机理扭矩与剪力的共同作用 使截面翼侧剪应力叠加提高 截面提前破坏 抗剪强度及抗扭强度均减低 53 三 剪扭复合受力强度 剪扭相关强度 54 三 剪扭复合受力强度 3 简化计算方法 1 基本原理混凝土按相关性原理分拆工作 分别抗扭和抗剪 钢筋按功能独立工作考虑 55 三 剪扭复合受力强度 2 简化方法 56 三 剪扭复合受力强度 57 三 剪扭复合受力强度 剪扭复合受力简化混凝土部分强度公式 58 三 剪扭复合受力强度 强度公式 59 三 剪扭复合受力强度 的计算 相关理论公式 相关简化公式 公式变换 假定 有 60 三 剪扭复合受力强度 令 有 即 61 四 弯剪扭复合受力设计 1 强度计算方法及公式 计算方法 抗弯计算独立抗弯强度计算 计算确定抗弯所需受拉钢筋及受压钢筋 62 四 弯剪扭复合受力设计 剪扭计算剪扭相关强度计算 分别计算确定抗剪所需箍筋及抗扭所需箍筋与纵筋 沿周边布置 6