《受扭构件承载力》PPT课件

1,1.了解钢筋混凝土纯扭构件的受力特点,第八章受扭构件承载力,2.理解变角空间桁架机理,3.掌握矩形截面纯扭、弯剪扭构件的计算方法,4.掌握受扭构件配筋的主要构造要求,学习要求,2,扭转的类型,平衡扭转：,协调扭转：,雨蓬梁，吊车梁,平面折梁，边框架主梁,6.1纯扭构件的试验结果,3,一、弹性匀质材料的纯扭构件裂缝出现前，钢筋混凝土纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻合。由于开裂前受扭钢筋的应力很低，可忽略钢筋的影响。矩形截面受扭构件在扭矩T作用下截面上的剪应力分布情况，最大剪应力tmax发生在截面长边中点,4,理想匀质构件的受扭裂缝从主拉应力最大处开始,对匀质材料，理想的受扭裂缝应当呈螺旋形。,螺旋形裂缝,pt,pt,5,由材料力学知，构件侧面主拉应力stp和主压应力scp相等。主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件中某个薄弱部位形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件破坏，破坏面呈一空间扭曲曲面。,二、素混凝土纯扭构件,6,三、钢筋混凝土纯扭构件的破坏形态,由前述主拉应力方向可见，受扭构件最有效的配筋应形式是沿主拉应力迹线成螺旋形布置。但螺旋形配筋施工复杂，且不能适应变号扭矩的作用。实际受扭构件的配筋是采用箍筋与抗扭纵筋形成的空间配筋方式。,抗扭箍筋与抗扭纵筋必须同时设置，相互匹配。,1.受扭钢筋的形式,7,开裂前，T-q关系基本呈直线关系开裂后，由于部分混凝土退出受拉工作，构件的抗扭刚度明显降低，T-q关系曲线上出现一不大的水平段。开裂后受扭钢筋将承担扭矩产生的拉应力，荷载可以继续增大，T-q关系沿斜线上升，裂缝不断向构件内部和沿主压应力迹线发展延伸，在构件表面裂缝呈螺旋状。,2.钢筋混凝土纯扭构件的破坏形态,（1）适筋破坏,8,当接近极限扭矩时，在构件长边上有一条裂缝发展成为临界裂缝，并向短边延伸，与这条空间裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服，T-q关系曲线趋于水平。最后在另一个长边上的混凝土受压破坏，达到极限扭矩。,9,对于箍筋和纵筋配置都合适的情况，与临界（斜）裂缝相交的钢筋都能先达到屈服，然后混凝土压坏，与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性。极限扭矩与配筋量有关。(2)少筋破坏配筋数量过少时，配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，与受弯少筋梁类似，呈脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。(3)超筋破坏当箍筋和纵筋配置都过大时，则会在钢筋屈服前混凝土就压坏，为受压脆性破坏。受扭构件的这种超筋破坏称为完全超筋，受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。(4)部分超筋破坏由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成，当两者配筋量相差过大时，会出现一个未达到屈服、另一个达到屈服的部分超筋破坏情况。,10,6.2.1开裂扭矩,按弹性理论,按塑性理论,考虑混凝土的弹塑性性质,截面受扭塑性抵抗矩,6.2矩形截面纯扭构件的承载力,11,一、变角空间桁架模型,对比试验表明，在其他参数均相同的情况下，钢筋混凝土实心截面与空心截面构件的极限受扭承载力基本相同。,开裂后的箱形截面受扭构件，其受力可比拟成空间桁架：纵筋为受拉弦杆，箍筋为受拉腹杆，斜裂缝间的混凝土为斜压腹杆。,6.2.2矩形截面纯扭构件受扭承载力计算,12,设达到极限扭矩时混凝土斜压杆与构件轴线的夹角为f，斜压杆的压应力为sc，则箱形截面长边板壁混凝土斜压杆压应力的合力为，,同样，短边板壁混凝土斜压杆压应力的合力为，,Ch和Cb分别沿板壁方向的分力为，,Vh和Vb对构件轴线取矩得受扭承载力为，,13,设箍筋和纵筋均达到屈服，由Ch的竖向分力与箍筋受力的平衡得，,由Ch的水平分力与纵筋受力平衡的得，,两式消去Ch和hcor得，,14,当z=1.0时，斜压杆角度等于45，而随着z的改变，斜压杆角度也发生变化，故称为变角空间桁架模型。试验表明，斜压杆角度在3060之间。,由以上推导可见，混凝土斜压杆角度取决于纵筋与箍筋的配筋强度比z。,15,规范受扭承载力计算公式,为避免配筋过多产生超筋脆性破坏,为防止少筋脆性破坏,16,抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比,规范建议取0.6z1.7，将不会发生“部分超筋破坏”设计中通常取z=1.01.3,受扭计算中对称布置在截面周边的全部抗扭纵筋的截面面积；,受扭纵筋的抗拉强度设计值；,截面核芯部分的周长，,17,18,2.截面抗扭塑性抵抗矩,3.验算截面尺寸,截面尺寸符合要求,4.计算抗扭箍筋箍筋选用8,Ast1=50.3mm2,取s=100mm0.2%，取min=0.24%minbh=0.24%200400=192mm2As=428mm2不属少筋梁。5.选配钢筋原底部抗扭纵筋212,As=226mm2抗扭纵筋与抗弯纵筋之和:226+428=654mm2纵筋318,As=763mm2,25,26,2.在剪扭共同作用下，为避免主压应力方向混凝土的抗力被重复利用，用系数来考虑在剪扭双重作用下混凝土的承载力降低；,试验表明：在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，各项承载力是相互关联的，其相互影响十分复杂。设计中通常简化为：,1.抗弯所需的纵筋要单独计算，在弯曲受拉区抗弯纵筋要与抗扭纵筋叠加；,3.近似采用抗剪和纯扭计算公式分别计算抗扭箍筋与抗剪箍筋，然后叠加。,27,剪扭作用剪扭作用下混凝土项的相关关系,剪扭构件的混凝土强度降低系数,28,剪扭作用下受剪承载力和受扭承载力计算公式,受剪承载力：,受扭承载力：,或,29,对于矩形截面弯剪扭构件，规范规定：,（1）当,或,时，可按,受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力分别进行计算。,（2）当,时，可按受弯构件的正截面受弯,承载力和斜截面的受剪承载力分别进行计算。,（3）其它情况按弯剪扭构件进行承载力计算。,30,矩形截面弯剪扭构件的承载力计算可按以下步骤进行：,。,按受弯构件单独计算在弯矩作用下所需的受弯纵向钢筋截面面积,及,(2)按抗剪承载力计算需要的抗剪箍筋,或,31,(3)按抗扭承载力计算需要的抗扭箍筋,(4)按抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比关系，确定抗扭纵筋,32,(5)按照叠加原则计算抗弯剪扭总的纵筋和箍筋用量,受弯纵筋As和As,抗扭箍筋：,抗扭纵筋：,33,6.4受扭构件的构造要求,1截面限制条件,当,时,当,时,当,时,按线性内插法确定,34,2.最小配筋率,（1）受扭纵筋的最小配筋率,其中当,2时，取,=2,（2）受剪及受扭箍筋最小配箍率,弯剪扭构件纵筋最小配筋率应取受弯及受扭纵筋最小配筋率叠加值,35,(3)构造配筋条件,规范规定：对弯剪扭构件，当符合下列条件时，,可不进行构件的受剪扭承载力计算，按构造配置纵向钢筋,和箍筋即可。,36,4.构造要求,（1）纵筋,受扭纵筋应对称设置于截面的周边；伸入支座长度应按充分利用强度的受拉钢筋考虑。,（2）箍筋,箍筋的最大间距要满足表5-2要求；,箍筋要采用封闭式。,37,38,截面尺寸符合要求,39,(2)验算可否忽略剪力,须进行扭矩剪扭承载力计算,不能忽略剪力,(3)验算可否忽略扭矩,不能忽略扭矩,(4)验算是否需要进行剪扭承载力计算,40,(5)计算受弯纵筋,As=1fcbh0/fy=1.011.93000.104565/300=699mm2,0.45ft/fy=0.451.27/300=0.19%0.2%，取min=0.2%minbh=0.2%300600=360mm2As=699mm2不属少筋梁。暂不选配钢筋,待计算抗扭纵筋后统一配置,41,(6)计算抗剪箍筋,剪扭构件的混凝土强度降低系数,取t=1.0。采用双肢箍，由,得：,即：,42,(7)计算抗扭箍筋,取,43,(8)计算总箍筋（抗剪箍筋与抗扭箍筋之和）,