第6章+钢筋溷凝土受扭构件承载力计算.ppt

第六章钢筋混凝土受扭构件承载力的计算。本章重点了解扭转构件的分类以及扭转构件的开裂和破坏机理。掌握受扭构件的设计和计算方法；熟悉公路桥涵工程与建筑工程在受扭构件计算方面的异同；熟悉钢筋混凝土受扭构件的结构要求。6.1概述，两种类型的扭转构件：平衡扭转和协调扭转，构件中的扭矩可直接从静态载荷平衡中计算，无论构件的刚度如何，如图所示支撑悬臂板梁、偏心载荷下的梁(箱形梁、吊车梁)，称为平衡扭转。对于平衡扭转，扭转构件必须提供足够的扭转承载能力，否则它不能与作用扭矩平衡而造成损坏。在超静定结构中，如果扭矩是由相邻构件的变形约束产生的，则扭矩的大小与扭转构件的扭转刚度有关，称为协调扭转。对于协调扭转，由于受扭构件在受力过程中的非线性，扭矩的大小与构件在受力阶段的刚度比有关，不是一个固定值，因此有必要考虑内力的重新分配进行扭矩计算。第八章抗扭构件、纯混凝土抗扭构件和6.2抗扭构件的试验研究。在扭矩的作用下，横截面上的任何一点都只有剪应力。矩形截面受扭构件的最大剪应力tmax出现在截面长边的中点，由剪应力引起的主拉应力和主压应力分别与纵轴成45。和135。其尺寸等于剪应力，当主拉应力达到混凝土的抗拉强度时，在构件的薄弱部分形成裂缝，并且裂缝沿着主压应力的轨迹迅速延伸。对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件失效，失效面呈现空间扭曲曲面。钢筋混凝土纯扭构件的扭力杆有两种：扭力纵杆和扭力箍筋，两者缺一不可，扭力纵杆应沿构件截面周边均匀布置。当主拉应力达到混凝土的抗拉强度时，在构件的薄弱部分形成裂缝，拉力释放到钢筋。随着载荷的增加，裂纹沿着主压应力轨迹迅速扩展，并形成许多新的裂纹。部件表面形成连续的螺旋裂纹。当接近极限扭矩时，部件长边上的裂纹发展成临界裂纹，并延伸到短边。箍筋和纵向钢筋与空间裂缝相交屈服，最后另一侧长边混凝土受压破坏达到极限扭矩。构件的抗扭承载力与抗扭钢筋的数量有关。抗扭钢筋由两部分组成：抗扭箍筋和抗扭纵向钢筋。这两种钢筋的数量，即相对强度，对构件的承载力有一定的影响。试验表明，当抗扭箍筋相对较小时，抗扭强度受抗扭箍筋控制，即纵向配筋越多，抗扭强度提高越慢。当纵向钢筋较少时，扭转强度由扭转纵向钢筋控制。根据配筋率的不同，受扭构件的破坏模式也可分为合适配筋破坏、欠配筋破坏、局部过配筋破坏和过配筋破坏。适当的钢筋失效：箍筋和纵向钢筋配置正确。与临界(斜)裂缝相交的钢筋可以首先屈服，然后混凝土被压碎，具有一定的延展性。破坏时的极限扭矩与加固量有关。钢筋损伤小：当箍筋和纵向钢筋数量过少时，钢筋不足以承受混凝土开裂后释放的拉应力。一旦开裂，扭转角将迅速增加，因此6.3建筑工程中受扭构件承载力的计算，6.3.1纯受扭构件承载力的计算，开裂扭矩等于构件即将开裂时截面中心单位面积内力之和。因此，开裂扭矩与构件即将开裂时截面上的应力有关。混凝土既不是弹性的，也不是完全塑性的，弹性和塑性理论分析都不合适。规范给出的开裂扭矩计算公式是利用塑性材料的应力分布近似计算的，但应乘以折减系数。根据塑性理论，横截面上的剪应力分布分为四个区域，如图所示。将极限剪应力取为ft，可以分别计算每个区域的合力和它与横截面质心的耦合。总塑性极限扭矩可由下式求得：截面的扭转塑性阻力矩，矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算，规范给出的纯扭构件承载力计算公式为：公式中的系数是根据试验得到的，是取试验点的下包络线。钢筋强度比z，试验表明，当0.5z2.0时，纵向钢筋和箍筋在受扭破坏时基本能达到屈服强度。然而，由于加固量的不同，屈服的顺序是顺序的。规范建议取0.6z1.7，设计中通常取z=1.01.3。2.丁字形和工字形纯扭构件承载力的计算。有效法兰宽度应满足bfb 6hf和bfb 6hf，hw/b6的条件。3。箱形截面钢筋混凝土纯扭构件，封闭箱形截面，其抗扭能力与相同尺寸的实心截面基本相同。在实际工程中，当截面尺寸较大时，通常采用箱形截面来减轻结构自重，如桥梁中常用的箱形截面梁。为了防止箱形截面壁厚过薄对应力产生不利影响，规定了壁厚twbh/7和hw/tw6。6.3.2弯剪扭构件承载力计算，1。矩形截面受弯受剪受扭构件承载力计算时，扭矩使纵向钢筋拉应力和弯曲钢筋拉应力叠加，使钢筋拉应力增大，从而降低抗弯承载力。然而，由扭矩和剪切力产生的剪切应力总是叠加在构件的一侧，因此承载力总是小于单独作用的剪切力和扭矩。弯剪扭构件的破坏模式与三种外力与配筋条件的比例关系有关。主要有三种失效模式：弯曲失效：当弯矩较大，扭矩和剪力较小时，弯矩起主导作用，裂纹首先出现在弯曲拉伸底面，然后向两侧扩展。底部纵向钢筋同时受到弯矩和扭矩引起的拉应力的叠加。如果底部纵向钢筋不大，则破坏从底部纵向钢筋的屈服开始，承载力由底部纵向钢筋控制。此时，由于扭矩的存在，弯曲承载能力降低。当扭矩较大，弯矩和剪力较小，顶部纵向钢筋小于底部纵向钢筋时，就会发生扭转破坏。扭矩引起的顶部纵向钢筋的拉应力很大，而弯矩引起的压应力很小，因此顶部纵向钢筋的拉应力大于底部纵向钢筋的拉应力。构件的破坏是由于顶部纵向钢筋首先屈服，然后底部混凝土压碎，承载力由顶部纵向钢筋的拉应力控制。由于弯矩在顶部产生压应力，并抵消扭矩引起的一些拉应力，弯矩在一定程度上提高了抗扭承载力。然而，对于顶部和底部纵向肋的对称布置，底部纵向肋总是首先屈服，扭转破坏将规范抗弯、抗剪和抗扭构件的配筋计算非常复杂，因为在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，所有的承载力都是相互关联的。为了简化，规范在计算后分别偏置叠加弯曲所需的纵向钢筋和扭转所需的纵向钢筋。为了防止混凝土部分的抗力被再次用于剪扭作用，考虑到混凝土项的相关作用，箍筋的贡献采用简单叠加法。1、弯纵筋计算弯纵筋As和As按弯矩设计值m由正截面抗弯承载力计算确定。2.剪扭相互作用的剪扭配筋计算，规范采用混凝土部分承载力相关和配筋部分承载力叠加的方法。混凝土(无腹筋构件)部分承载力的相关性可近似取为1/4圆。图中Tc和Tco分别为剪扭构件和纯扭构件的抗扭承载力Vc，Vco分别为零扭矩剪扭构件和剪扭构件的抗剪承载力。取，bt和bv分别称为混凝土抗剪和抗扭构件抗扭承载力折减系数和混凝土抗剪承载力折减系数。有腹部肌肉成员。AB、BC和CD直线用于近似相关。截面AB，bv=Vc/Vc00.5，剪力影响不大，取Bt=TC/TC0=1.0；临界截面，bt=Tc/Tc00.5，扭矩影响不大，bv=VC/vc0=1.0；BC截面的直线为，用剪力和扭矩设计值的V/T代替Vc/Tc。对于一般剪切扭转构件(均布荷载下的构件)，对于集中荷载下的剪切扭转构件，6.3.4扭转构件计算公式的适用条件和结构要求1。区段限制条件，2。钢筋施工，1。当剪力V0.35ftbh0或Vftbh0时，可以分别计算正截面的抗弯承载力和纯扭构件的抗扭承载力。2.当扭矩T0.175 ftwt时，可以分别计算受弯构件正截面的抗弯承载力和斜截面的抗剪承载力。最小配筋率：对于弯剪扭构件，按面积计算的箍筋配筋率应防止因配筋不足而损坏，纵筋配筋率应为。3.钢筋的结构要求应为：受扭构件的箍筋应沿全长拉，因此箍筋应做成封闭式，箍筋端部应弯成135 ,弯成后的直长度不应小于箍筋直径的5倍。搅拌机箍筋间距应满足剪力最大箍筋间距的要求，且不大于截面短边尺寸。扭转纵向钢筋应沿截面圆周均匀布置。扭转纵筋应布置在截面的四角，纵筋之间的间距不应大于300 mm，扭转纵筋的搭接和锚固应根据受拉钢筋的构造要求进行处理。2。计算T形和工形截面弯剪扭构件的承载力，计算思路是：根据腹板、拉翼缘和压翼缘的塑性抗力矩，将总扭矩分配给腹板、拉翼缘和压翼缘；然后将受压翼缘和受拉翼缘计算为纯扭转构件，腹板计算为剪力和扭矩共同作用下的矩形截面，受弯纵向钢筋计算为普通受弯构件，钢筋叠加。6.3.3受压、受弯、受剪和受扭构件的承载力计算。对于在轴向压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下的钢筋混凝土矩形截面框架柱，配筋计算方法与弯、剪、扭构件相同，即根据轴向压力和弯矩计算正截面承载力，确定纵向配筋As和AS；根据抗剪和抗扭承载力，确定配筋6.4.3不能计算抗扭承载力的有条件截面尺寸应满足以下条件：满足以下条件，并根据结构配筋和6.4.4结构要求(略)，本章总结表明，纯扭转在建筑工程结构中很少见，结构在大多数情况下都受到弯矩、剪力和扭矩的共同作用。根据结构扭矩内力产生的原因，结构扭矩可分为两种类型：一种是平衡扭矩；第二种是协调扭转或附加扭转。根据配筋数量，抗扭构件可分为适当配筋、过配筋(或部分过配筋)和欠配筋构件。前者是延性破坏，后者是脆性破坏。前者适用于结构，而后者在结构设计中应避免。在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，矩形截面结构的应力状态和破坏模式非常复杂，这与结构的截面形状、尺寸、配筋形式、数量和材料强度有