第六章：钢筋混凝土受扭构件承载力计算.ppt

1、广东工业大学华立学院 建筑学部,混凝土结构设计原理 (第6章电子教案),进入,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,第 6 章 钢筋混凝土受扭构件承载力计算,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,本章重点,了解受扭构件的分类和受扭构件开裂、破坏过程 ；,掌握受扭构件的设计计算方法 ；,熟悉公路桥涵工程与建筑工程关于受扭构件计算的相同与不同之处 ；,熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,土木工程 受扭构件 的特点： 一般均为 弯、剪、 扭构件 。,6.1.1

2、土木工程中常见的受扭构件,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,6.1.2 平衡扭转与协调扭转,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,平衡扭转 扭转由荷载引起，内扭矩为平衡外扭矩所必需，如上述各梁。,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,协调扭转或附加扭转 扭转由变形引起，并由变形连续条件所决定。如与次梁相连的边框架的主梁扭转。,本章主要讨论平衡扭转计算。 协调扭转可用构造钢筋或内力重分布方法处理。,平衡扭转的扭矩不随构件的刚度变化而变化，而协调扭转的扭矩与刚度变化相关。,实际构件受扭的情况

3、：,纯扭、剪扭、弯扭、弯剪扭 梁,地震荷载作用下的角柱承受扭矩 柱,两类扭转的差别：,试验表明：,当tpft长边中点先裂，然后延伸至上、下短边，形成三面受拉、一面受压的空间扭曲脆性破坏面。,T,tp,6.1.3构件的开裂扭矩,一 矩形截面构件的开裂扭矩,6.1.4 抗扭配筋的形式,受扭,最理想的配筋方式是在靠近表面处设置呈45走向的螺旋形钢筋，但,分解为竖向(箍筋)和水平(纵筋)组成抗扭骨架。,施工不便,反向扭矩失效,要配抗扭钢筋,开裂,形成大约45方向的螺旋式裂缝,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,6.1.5 抗弯、抗扭钢筋的形式,抗弯 - 纵向钢筋；

4、抗剪 箍筋或箍筋+弯筋； 抗扭 箍筋+沿截面周边 均匀布置的纵筋， 且箍筋与纵筋的比 例要适当。,6.1.6 受扭构件分类,纯扭 剪扭 土木工程中少见； 弯扭 弯剪扭：土木工程中常见 。,6.2受扭构件的试验研究,砼开裂前钢筋应力很小 , 开裂时钢筋应力突然增大 , 构件的破坏特征与配筋有关: (1)少筋破坏: 配筋太少时,砼开裂并退出工作后,箍筋和纵筋立即屈服,构件发生脆性破坏 (2)适筋破坏: 配筋适中时, 砼开裂后,钢筋应力增大但不屈服,随着扭矩的增大 , 构 件先后出现多条螺旋性钭裂缝, 当扭矩达到 破坏扭矩时, 纵筋和箍筋先后受拉屈服, 形成三面受拉且钢筋屈服, 第四面砼受压破坏的空

5、间扭曲破坏面.,(3)超筋破坏:,当配筋过多时 ,结构破坏时砼受压破坏而纵筋和箍筋均未屈服 ,破坏时其变形及裂缝宽度均较小, 属于脆性破坏.,(4)部分超筋破坏:,当抗扭纵筋和抗扭箍筋中, 有一种配得适中,而另种配得太多时, 就会发生部分超筋破坏 :,当纵筋太多时:箍筋屈服、纵筋不屈服,而 砼受压破坏.,当箍筋太多时:纵筋屈服、箍筋不屈服,而 砼受压破坏.,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,6.3.1 纯扭构件承载力计算,理想弹塑性材料纯扭构件承载力,若将砼视为理想的弹性材料, 纯扭构件截面上的剪应力流的分布如上图, 当截面上最大剪应力达到砼的抗拉强度时,

6、 结构达到砼即将开裂极限状态. 根据材料力学公式,结构开裂扭矩值为:,TCR=Wft,W 截面受扭弹性抵抗矩,若将砼视为理想的塑性材料 , 当截面上最大剪应力达到砼的抗拉强度时 , 结构材料进入塑性阶段 , 即将出现裂缝的极限状态下 , 由于材料塑性截面上应力完全重分布 , 截面上各点的应力均达到砼的抗拉强度 ft , 根椐塑性理论 , 可将截面上剪应力划分为四个部分 , 各部剪应力的合力分别作用在其作用面的形心上 , 如下图所示 :,ft,F1,F2,F2,F1,L2,L1,h,b,ft,ft,ft,ft,Tcr =F1l1+F2l2 (A) F1=0.5(0.5b)bft F2=0.5(h

7、-b)+h(0.5b)ft l1=h-2(0.5b)/3 l2=b-2c2 c2 梯形的形心到长边的距离.,把F1、 F2、L1、L2代入(A)式即得:,Tcr=ftb2(3h-b)/6 令Wt=b2(3h-b)/6 Wt 截面抗扭塑性抵抗矩,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,塑性状态下能抵抗的扭矩为：,式中： Wt 截面抗扭塑性抵抗矩;对于矩形截面 h为截面长边边长;b为截面短边边长。,素混凝土纯扭构件,说明:,如按塑性材料计算偏大; 如按弹性材料计算偏小; 试验证明可取素砼纯扭构件的抗扭承载力为: TCR=0.7Wtft,由于混凝土并非理想塑性材料，故

8、实际梁的扭矩抗力介于弹性分析和塑性分析结果之间,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,式中： s 箍筋间距; Ast1 抗扭箍筋单肢截面面积; Acor 截面核心部分面积, Acor = bcor hcor; z 抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比值;,钢筋混凝土纯扭构件,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,式中： Astl 全部抗扭纵筋截面面积; ucor 截面核心部分周长, ucor = 2(bcor + hcor)。,为了保证抗扭纵筋和箍筋都能充分被利用，规范要求：,0.61.7 (6-6),实验表明：当0.5 2.0 纵

9、筋和箍筋均能发挥 作用,当 = 1.2， 纵筋和箍筋的用量比最佳,设计时，可先按式（6-6）假定一个值，然后由式（6-4）求Ast1 ，再由式（6-5）求Astl 。,0.61.7 (6-6),单肢箍筋截面积,下标是st1“.,抗扭纵筋总面积,下标是stL“.,单肢箍筋截面积下标是st1“.,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,剪力的存在会降低 截面的抗扭能力； 同样，扭矩的存在 也会降低截面的抗 剪能力。,6.3.2 剪扭构件承载力计算,剪扭相关性,其中:,Vc0 抗剪承载力计算公式中的砼作用项:,Vc0=0.7ftbh0,Tc0 纯扭构件抗扭承载 力公式

10、中的砼作用项:Tco=0.35ftwt,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,规范经简化后的结果为 ： （1）当Tc/Tco 0.5时，即T 0.175ftWt时，可忽略扭 矩影响，按纯剪构件设计； （2）当Vc/Vco 0.5时，即V 0.35ftbh0时，可忽略剪 力影响，按纯扭构件设计； （3）当T0.175ftWt和V 0.35ftbh0时，要考虑剪扭的相 关性。,考虑剪扭相关性的计算,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,式中： t 剪扭构件中混凝土受扭承载力降低系数：,当 t 1.0时，取t1.0。 特点：（1）规

11、范变全线段剪扭相关为部分线段相关； （2）承载力降低体现在混凝土的抗剪和抗扭上。,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,若为集中荷载作用下的独立梁，式（6-7）应改为：,式中，,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,弯、扭构件承载力计算,不考虑弯扭相关性，分别按纯弯和纯扭构件计算和 配筋，然后将钢筋面积叠加。,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,弯、剪、扭构件承载力计算,弯矩 按纯弯构件计算； 剪力 按剪、扭构件计算； 扭矩 验算是否要考虑剪、扭相关性。 分别计算，然后将钢筋面积叠加。,混凝

12、土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,T形和I形截面弯、剪、扭构件,弯矩按纯弯计算； 剪力由腹板单独承担； 扭矩由腹板和翼缘共同承受。,计算原则,假设,Wtw 腹板截面抗扭塑性抵抗矩,Wtf 受拉翼缘截面抗扭塑性抵抗矩,Wtf 受压翼缘截面抗扭塑性抵抗矩,Tw 腹板截面承受的扭矩设计值,Tf 受拉翼缘截面承受的扭矩设计值,Tf 受压翼缘截面承受的扭矩设计值 T 扭矩荷载设计值.,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,扭矩分配：按抗扭塑性抵抗矩的比值来分,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,式中，

13、,截面各部分受力： 翼缘 纯扭； 腹板 剪扭； 全截面弯剪扭分别配筋再叠加。,2,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,箱形截面,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,z 值仍按公式（6-9）计算 ，且应0.6z 1.7符合的 要求 ，当z1.7 时，取z1.7 。,剪扭构件,式中： 箱形截面壁厚系数， 当 1.0 时，取 1.0 ; Wt 箱形截面壁厚, 其值不应小于bh/7。,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,式中： t 按式（6-11）计算；Wt 应以 ft代替。,集中力作用下的独立

14、剪扭构件：,弯剪扭构件,像矩形、T形和I形截面一样，弯矩按纯弯构件计 算剪力和扭矩按剪扭构件计算。,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,压弯剪扭构件,受扭构件公式使用条件及构造要求,为了防止超筋,要求截面尺寸满足,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,为了防止少筋,要求：,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,可按构造配置抗扭纵筋和箍筋的条件,纵筋的配筋率应不小于受弯时的最小配筋率和受扭时最小配筋率之和。,构造要求,受扭箍筋应采用封闭式箍筋，做法见下图。,受扭钢筋应对称设置于截 面周边，角点处应有纵筋。,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,6.4.1 矩形和箱形截面纯扭构件,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,6.4.2 矩形和箱形截面剪扭和弯剪扭构件,剪扭构件,混凝土结构设计原理,第 6 章,主 页,目 录,上一章,下一章,帮 助,64.3 矩形和箱形截面受扭构件截面尺寸应满 足的条件,弯剪扭构件,弯矩按纯弯计算，剪