第5章受扭构件的扭曲承载力.ppt

1、1,第5章 受扭构件承载力计算 5.0 概述 一.工程实例：吊车梁，框架结构的边梁，如图5-1。 二.扭转分类：1.平衡扭转静定受扭构件（如吊车梁）； 2.协调扭转超静定受扭构件（如边梁）， 与抗扭刚度有关，且会产生内力重分布。,2,5.1 纯扭构件承载力计算 一.受力特点 1.开裂前符合材料力学的规律； 2.混凝土即将开裂时，材料进入弹塑性阶段。,素混凝土构件的受扭,钢筋混凝土梁的受扭,3,1）无筋矩形截面 在纯扭矩作用下，无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与均质弹性材料类似的性质，截面长边中点剪应力最大，在截面四角点处剪应力为零。当截面长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就

2、会开裂。随着扭矩的增加，裂缝与构件纵轴线成450角向相邻两个面延伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂，破坏突然，属于脆性破坏，抗扭承载力很低。,4,(a) 弹性理论 (b) 塑性理论,扭剪应力分布,5,当扭矩很小时，混凝土未开裂，钢筋拉应力也很低，构件受力性能类似于无筋混凝土截面。随着扭矩的增大，在某薄弱截面的长边中点首先出现斜裂缝，此时扭矩稍大于开裂扭矩Tcr。斜裂缝出现后，混凝土卸载，裂缝处的主拉应力主要由钢筋承担，因而钢筋应力突然增大。当构件配筋适中时，荷载可继续增加，随之在构件表面形成连续或不连续的与纵轴线成约3555的螺旋形裂缝。扭矩

3、达到一定值时，某一条螺旋形裂缝形成主裂缝，与之相交的纵筋和箍筋达到屈服强度，截面三边受拉，一边受压，最后混凝土被压碎而破坏。破裂面为一空间曲面。,2）钢筋混凝土矩形截面,6,二. 裂缝出现后的性能（如下图所示） 1.根据材料力学可确定主拉应力方向，当主拉应力大于混凝土抗拉 强度时，混凝土即开裂； 2.理论上应沿主拉应力方向布置钢筋。但为施工方便，将该主拉应 力分解为水平和竖直方向的两个分力，从而实际布置抗扭纵筋和 抗扭箍筋。,7,三.矩形截面纯扭构件开裂扭矩的计算 1. 根据塑性力学理论建立基本公式 2.考虑混凝土弹塑性性质引进混凝土抗拉强度降低系数0.7； 3.修正公式 四.矩形截面纯扭构件

4、配筋计算 1.实验分析 （1）配筋对提高构件的开裂扭矩作用不大； （2）配筋的多少对构件承担的极限扭矩有很大影响。 （3）配置受扭钢筋后，可能出现四种破坏形态：,8,A.纵筋和箍筋合适（适筋）：钢筋先受拉屈服，然后混凝土压碎； B.纵筋或箍筋过多（部分超筋）：某一种配置过多的纵筋或箍筋不能受拉屈服，然后混凝土压碎； C.纵筋和箍筋均过多（完全超筋）：纵筋和箍筋均不能受拉屈服，混凝土压碎；（脆性） D.纵筋和箍筋均太少（少筋）：混凝土开裂后纵筋和箍筋立即受拉屈服，构件破坏；（脆性）,9,2.纵筋和箍筋的配筋强度比 （1）公式：（5-9）；,10,（2）说明： A.关于（5-9），该式可变化为：

5、上式中的分子表示核心混凝土截 面单位周长上纵向受扭钢筋拉应力的合力；分母表 示单位间距内受扭 箍筋拉应力的合力；因此（5-9）的物理意义可理解为上述两个单位合力之比； B.关于 的取值，为确保全部受扭钢筋屈服，应在 0.6 1.7之间，一般取1.01.2。,11,3.纯扭构件承载力计算： （1）计算公式： （2）说明： A.公式右边的两项应视为混凝土和受扭钢筋分 别抵抗的扭矩； B.公式后半部分为箍筋与纵筋抗扭承载力，应保证抗扭 钢筋处于适筋或部分超筋状态； C.公式前半部分为截面混凝土承担的部分扭矩，注意与 开裂扭矩的比较；,12,五.构造要求 1.抗扭箍筋必须为封闭式，沿周边均匀布置； 2

6、.抗扭箍筋末端弯钩及锚固要求，弯折至少10d； 3.箍筋的直径、间距符合抗剪时的要求； 4.抗扭纵筋沿截面均匀对称布置，截面四角必须设置纵 筋，间距不应大于200mm和梁的宽度； 5.纵筋的接头及锚固应满足受拉钢筋的构造要求。,13,5.2 弯、剪、扭构件承载力计算 一、试验研究分析及主要结论 在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，钢筋混凝土构件的受力状态极为复杂，构件破坏特征及其承载力与所作用的外部荷载条件和内在因素有关。其中外部荷载条件，通常以扭弯比 （=T/M）和扭剪比（=T/（Vb）表示；所谓内在条件系指构件的截面形状、尺寸、配筋及材料强度等。根据外部条件和内部条件的不同，构件可能出现以下几种

7、破坏形态。 1）弯型破坏 在配筋适当的条件下，扭弯比较小时，裂缝首先在构件弯曲受拉的底面出现，然后向两侧面发展，破坏时底面和两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的纵筋及箍筋都达到受拉屈服强度，最后使处于弯曲受压的顶面压碎而破坏。,14,2）扭型破坏 当扭弯比和扭剪比都比较大且构件顶部纵筋少于底部纵筋时，尽管弯矩作用使顶部纵筋受压，但由于顶部纵筋少于底部纵筋，在构件顶部由扭矩产生的拉应力超过弯矩所产生的压应力，使顶部首先开裂，裂缝向两侧延伸，破坏时顶部及两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的钢筋达到其抗拉屈服强度，最后使构件底面受压而破坏。 3）剪扭型破坏 当剪力和扭矩都较大时，由于

8、剪力与扭矩所产生的剪应力的相互迭加，首先在其中一个侧面出现裂缝，然后向顶面和底面扩展，使该侧面、顶面和底面形成扭曲破坏面，与之相交的纵筋与箍筋都达到其抗拉屈服强度，最后使另一侧面被压碎而破坏。,15,式中 t 剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数,0.5t1.0。,剪扭构件的受剪承载力公式,剪扭构件的受扭承载力公式,16,计算时，当混凝土受扭承载力降低系数t 1.0时，不考剪力对混凝土受扭承载力的影响，即取t =1.0。由此可知混凝土抗剪与抗扭相关曲线由三条直线所组成。,受扭承载力公式仍采用式,17,（2）截面尺寸限制及最小配筋率 1）截面尺寸限制条件,为了避免超筋破坏，构件截面尺寸应满足下式要求,2）构造配筋问题 构造配筋的界限：当满足下式要求时，箍筋和抗扭纵筋可采用构造配筋。,18,最小配筋率：配箍率必须满足以下最小配箍率要求,抗扭纵筋最小配筋率为,19,（3）简化计算的条件,1）不进行抗剪计算的条件：,一般构件,受集中荷载作用（或以集