g第七章混凝土构件受扭性能

第七章混凝土构件受扭性能,混凝土结构基本原理,一、工程实例,平衡扭转-静定问题,约束扭转-超静定问题,受扭构件中通常也配置纵筋和箍筋以抵御扭矩,二、纯扭构件的破坏特征1.素混凝土纯扭构件,素混凝土纯扭构件,先在某长边中点开裂,形成一螺旋形裂缝，一裂即坏,三边受拉，一边受压,.,纯扭构件的承载力无腹筋构件一个素混凝土矩形截面构件承受扭矩的作用，加载初始阶段，截面剪应力按弹性分布，最大剪应力发生在截面长边中间，若忽略截面上正应力，则最大主拉应力发生在同一位置，与纵轴成45角。扭矩增大，剪应力增加，出现塑性变形，当主拉应力达后，构件首先在侧面（长边）中部出现斜裂缝，垂直主拉应力，然后两端同时沿45方向延伸，并转向短边侧面，当三侧面裂缝贯通后，沿第四侧面（长边）撕裂，形成翘曲的扭转破坏面，构件断成两截，而其他位置一般不再发生裂缝。构件极限扭矩等于或稍大于开裂扭矩。,可见,混凝土受扭破坏前，塑性变形有一定发展，但不充分。受扭时混凝土处于二轴拉压状态，抗拉强度远低于单轴抗压强度,分析表明：受纯扭时，裂缝沿与纵轴成45角出现在一个侧面，并延伸到底面与顶面的受拉区，破坏时三个面的裂缝相互贯通，另外第四侧面受有主压应力，但在该主压应力的垂直方向受有主拉应力，最后发生撕裂破坏。,二、纯扭构件的破坏特征1.钢筋混凝土纯扭构件,钢筋混凝土纯扭构件,开裂前钢筋中的应力很小,开裂后不立即破坏，裂缝可以不断增加，随着钢筋用量的不同，有不同的破坏形态,有腹筋构件纵筋和箍筋构成了腹筋扭矩很小时，剪应力分析与弹性分析一致，腹筋基本不起作用。当截面侧面（长边）混凝土主拉应力达到混凝土抗拉强度，出现45方向斜裂缝，与箍筋相交的腹筋拉应力突然增大。扭矩增大,斜裂缝数量增多，形成间距大致相等的平行裂缝组，逐渐延伸至构件各侧面，成为多重螺旋状表面裂缝，并由表面深入截面内部，外层混凝土退出工作，腹筋承当更大的扭矩，扭转角增大加快，抗扭刚度逐渐降低。当腹筋达到屈服强度时，裂缝加宽，相邻腹筋随之屈服，扭转角加快发展，当斜裂缝一条宽度超过其他裂缝，成为临界斜裂缝，扭矩不再加大，而扭转角继续增大，达到极限扭矩。,.,最终破坏形态：三面螺旋形受拉裂缝、一面（截面长边）受压的斜扭破坏面。,二、纯扭构件的破坏特征1.钢筋混凝土纯扭构件,破坏形态,少筋破坏：裂后钢筋应力激增，构件破坏,适筋破坏：裂后钢筋应力增加，继续开裂，钢筋屈服，混凝土压碎，构件破坏,超筋破坏：裂后钢筋应力增加，继续开裂，混凝土压碎，构件破坏，钢筋未屈服,部分超筋破坏:裂后钢筋应力增加，继续开裂，混凝土压碎，构件破坏，纵筋或箍筋未屈服,设计时应避免出现,三、纯扭构件的开裂扭矩1.矩形截面纯扭构件,弹性材料,理想弹塑性材料,矩形截面的抗扭塑性抵抗矩，亦可用砂堆比拟导出。,三、纯扭构件的开裂扭矩,弹性解：圆形截面承受纯扭矩作用，截面保持平截面，正应力为零，剪应力沿半径线性分布。,截面极惯性矩,圆形截面受扭弹性抵抗矩,.,矩形截面在纯扭矩作用下，截面翘曲，不在保持平截面，当受约束时，截面出现正应力，截面剪应力不再线性分布，形心和四角剪应力为零，周边剪应力曲线分布，最大剪应力发生在长边中点。,矩形截面受扭弹性抵抗矩,塑性解：理想塑性材料受纯扭矩，当截面剪应力均达到材料极限强度时，为极限扭矩，由极限平衡理论，得：圆形截面：,圆形截面受扭塑性抵抗矩,矩形截面受扭塑性抵抗矩,矩形截面：,.,三、纯扭构件的开裂扭矩1.矩形截面纯扭构件,混凝土材料并非理想弹塑性材料，故可取,三、纯扭构件的开裂扭矩2.T形、I形截面纯扭构件,简化成三棱柱,对T形I形截面的受扭构件，可分成若干个矩形求Tcri。再求和Tcri。,划分原则：首先满足较宽板带的完整性。以T形截面为例,试验表明，挑出部分不应超过翼缘厚度的3倍,三、纯扭构件的开裂扭矩3.闭口薄壁纯扭构件,砂堆体积=相应实心砂堆体积将空心部分看作是实心而得的砂堆体积,得出Wt,四、矩形截面纯扭构件承载力1.基本假定,*箱形截面：忽略核心区混凝土的作用,*变角度空间桁架,*混凝土开裂后不承受拉力,*忽略混凝土斜杆的抗剪作用,*忽略纵筋和箍筋的销栓作用,四、矩形截面纯扭构件承载力2.承载力计算分析,定义剪力流,剪力流中心线所包围的面积,抗扭承载力,四、矩形截面纯扭构件承载力2.承载力计算分析,纵筋的拉力,对隔离体ABCD,相应其它三个面的隔离体,四、矩形截面纯扭构件承载力2.承载力计算分析,纵筋的拉力,如果配筋适中，纵筋可以屈服,四、矩形截面纯扭构件承载力2.承载力计算分析,箍筋的拉力,对斜裂缝上半部分的隔离体ACD,如果配筋适中，箍筋亦可以屈服,四、矩形截面纯扭构件承载力2.承载力计算分析,纵筋与箍筋的配筋强度比,纵筋与箍筋配筋强度比,四、矩形截面纯扭构件承载力2.承载力计算分析,抗扭承载力的计算公式,反映配筋对抗扭承载力的贡献，对任意形状的薄壁构件可导出类似的公式,五、实用抗扭承载力计算公式1.矩形截面,考虑混凝土和钢筋的共同贡献，经回归分析得出实用计算公式,为保证纵、箍筋均能屈服，建议取0.61.7，当1.7时，取=1.7，常用值的区间为1.01.3(1.2),箍筋内皮所包围的面积，取截面尺寸减去保护层厚度算得,五、实用抗扭承载力计算公式1.矩形截面,防止少筋破坏,防止超筋破坏,线性插值,五、实用抗扭承载力计算公式2.T形、I形截面,将截面分成若干个矩形截面，求Tui,注意翼缘抗扭抵抗矩的计算,五、实用抗扭承载力计算公式3.箱形截面,五、抗扭承载力计算公式应用1.基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面-设计步骤,五、抗扭承载力计算公式应用1.基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面-构造要求,纵筋沿截面均匀布置，否则亦可能出现局部超筋，对设计题可能会出现不安全的结果,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,五、抗扭承载力计算公式应用1.基于承载力的截面设计,T形截面或I形截面-设计步骤,将截面分成若干个矩形,五、抗扭承载力计算公式应用1.基于承载力的截面设计,T形截面或I形截面-配筋构造,五、抗扭承载力计算公式应用2.既有构件截面承载力(截面复核),矩形截面或箱形截面,按纵筋均匀布置的原则，确定抗扭纵筋的截面积,五、抗扭承载力计算公式应用2.既有构件截面承载力(截面复核),T形截面或I形截面,步骤和矩形截面类似，不予赘述！,剪力与扭矩共同作用，总会使一个侧面及其附近剪应力或主拉应力增大，因此开裂扭矩降低，随剪力与扭矩的相对值变化，出现下列破坏形态：（1）扭剪比较大主要受扭矩影响，在一个剪应力叠加的侧面出现斜裂缝，然后沿斜向延伸到顶面与底面，形成螺旋形裂缝，一般三面受拉，另一侧面受压区成梯形（上宽（窄）下窄（宽），最后在该侧面发生混凝土撕裂破坏。（2）扭剪比较小主要受剪力影响，首先出现自下而上的弯剪裂缝，沿两侧面朝斜上方发展。破坏时截面顶部为一梯形剪压区，剪应力叠加一侧斜裂缝发展较高，压区高度稍小。,六、剪扭构件的破坏特征,.,（3）扭剪比中等同时受剪力、扭矩影响，首先在剪应力叠加面出现斜裂缝，往斜向延伸到顶面和底面以及另一侧面下部，破坏时截面侧边形成一个三角形的剪压区，为扭剪破坏。,六、剪扭构件的破坏特征,七、弯剪扭构件的破坏特征,V不起控制作用，且T/M较小，配筋适量时,斜裂缝首先在弯曲受拉的底部开裂，再发展到两侧面，形成扭曲破坏面。顶面无裂缝,破坏时，底部受拉纵筋已屈服弯型破坏,七、弯剪扭构件的破坏特征,V不起控制作用，T/M较大，且AsAs时,由M引起的As的压力不足以抵消T引起的As中的拉力,由于AsAs，As先受拉屈服，之后构件底部受压，扭型破坏,七、弯剪扭构件的破坏特征,M不起控制作用,V、T的共同工作使得一侧混凝土剪应力增大，一侧混凝土应力减小,剪应力大的一侧先受拉开裂，裂缝向顶面和底面扩展，另一侧面受压，最后剪扭型破坏。T很小时，仅发生剪切破坏,八、弯扭作用时截面的承载力,弯扭构件的抗扭承载力,纯扭构件的抗扭承载力,弯扭构件的抗弯承载力,纯弯构件的抗弯承载力,八、弯扭作用时截面的承载力,实用的承载力计算方法,确定弯扭钢筋后，分别计算其抗弯和抗扭承载力，不考虑弯、扭的相关作用,九、剪扭作用时截面的承载力,V引起的剪应力,T引起的剪应力,只考虑Vc、Tc的相关性，不考虑Vs、Ts的相关性,得出公式后再用试验验证,九、剪扭作用时截面的承载力,扭剪构件混凝土对抗扭承载力的贡献,V引起的剪应力,T引起的剪应力,纯扭构件混凝土对抗扭承载力的贡献,扭剪构件混凝土对抗剪承载力的贡献,纯剪构件混凝土对抗剪承载力的贡献,九、剪扭作用时截面的承载力,扭剪构件受扭承载力降低系数,九、剪扭作用时截面的承载力,扭矩对抗剪承载力无影响,剪力对抗扭承载力无影响,十、弯剪扭构件实用计算公式1.均布荷载下的矩形截面及T形、I形截面构件,弯和扭分开计算,抗弯钢筋布置在构件的受拉区，抗扭纵筋沿截面均匀布置,剪和扭考虑混凝土部分的相关关系,十、弯剪扭构件实用计算公式2.集中荷载为主的矩形截面独立构件,其他和上一节相同,十、弯剪扭构件实用计算公式,(1)当,(均载)，或,(集中荷载)，,可忽略剪力作用，仅按纯弯与纯扭分别计算。,(2)当,，或,(箱形截面)，,可忽略扭矩作用，仅按受弯与受剪分别计算。,十一、弯剪扭构件承载力公式应用1.基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面为例-步骤一：扭剪钢筋,分别按照扭、剪公式计算相应配筋,十一、弯剪扭构件承载力公式应用1.基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面为例-步骤二：受弯钢筋,按照单筋矩形截面受弯构件的正截面承载力计算公式计算受弯钢筋（纵筋）,十一、弯剪扭构件承载力公式应用1.基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面为例-步骤三：截面配筋,（抗剪箍筋+抗扭箍筋）,十一、弯剪扭构件承载力公式应用2.既有构件截面承载力,