受扭構件扭曲截面承載力.ppt

1、第八章 受扭構件 截面承載力計算,8.1 概述,扭轉也是一種基本構件,兩類扭轉問題 平衡扭轉-扭矩計算是靜定問題 協(xié)調扭轉-扭矩計算是超靜定問題,協(xié)調扭轉,超靜定結構中，扭矩是由相鄰構件的變形受到約束而產生的，扭矩大小與受扭構件的抗扭剛度有關。 對于約束扭轉，由于受扭構件在受力過程中的非線形性質，扭矩大小與構件受力階段的剛度比有關，不是定值，需要考慮內力重分布進行扭矩計算,8.2 純扭構件的試驗研究 8.2.1 裂縫出現前的性能 裂縫出現前， 純扭構件的受力與彈性扭轉理論基本吻合。 開裂前受扭鋼筋的應力很低，可忽略鋼筋的影響。 矩形截面受扭構件在扭矩T作用下截面剪應力分布。 最大剪應力 發(fā)生在

2、截面長邊中點,由材料力學知，構件側面的主拉應力tp和主壓應力cp相等。 主拉應力和主壓應力跡線沿構件表面成螺旋型。 當主拉應力達到ft時，在構件中某個薄弱部位形成裂縫，裂縫沿著壓應力跡線迅速延伸。 對于素混凝土構件，開裂會迅速導致構件破壞，破壞面呈一空間扭曲曲面,8.2.2 裂縫出現后的性能,由前述主拉應力方向可見,受扭構件最有效的配筋形式是沿主拉應力跡線成螺旋型布置。 但螺旋形配筋施工復雜，且不能適應變號扭矩的作用。 實際受扭構件的配筋是采用封閉箍筋與抗扭縱筋形成的空間配筋形式,開裂前，T-關系基本呈直線關系。 開裂后，由于部分混凝土退出受拉工作，構件的抗扭剛度明顯降低，T-關系曲線出現一不

3、大的水平段。 對配筋適量的構件，開裂后受扭鋼筋將承擔扭矩產生的拉應力，荷載可以繼續(xù)增大，T-關系沿斜線上升，裂縫不斷向構件內部和沿主壓應力跡線發(fā)展延伸，在構件表面裂縫呈螺旋狀,當接近極限扭矩時，在構件長邊上有一條裂縫發(fā)展成為臨界裂縫，并向短邊延伸，與這條空間裂縫相交的箍筋和縱筋達到屈服，T-關系曲線趨于水平。 最后在另一個長邊上的混凝土受壓破壞，達到極限扭矩,一、試驗結果,二、破壞特征 按照配筋率的不同，受扭構件的破壞形態(tài)可分為適筋破壞，少筋破壞和部分超筋破壞、超筋破壞。 對于箍筋和縱筋配置都合適的情況，與臨界（斜）裂縫相交的鋼筋都能先達到屈服，然后,混凝土壓壞，與受彎適筋梁的破壞類似，具有一

4、定的延性。破壞時的極限扭矩與配筋率有關。 當配筋數量過少時，配筋不足以承擔混凝土開裂后釋放的拉應力，一旦開裂，將導致扭轉角迅速增大，與受彎少筋梁類似，呈受拉脆性破壞特征，受扭承載力取決于混凝土的抗拉強度。 當箍筋和縱筋配置都過大時，則會在鋼筋屈服前混凝土就壓壞，為受壓脆性破壞。受扭構件的這種超筋破壞稱為完全超筋，受扭承載力取決于混凝土的抗壓強度。 由于受扭鋼筋由箍筋和受扭縱筋兩部分鋼筋組成，當兩者配筋量相差過大時，會出現一個未達到屈服、另一個達到屈服的部分超筋破壞情況,配筋強度比 由于受扭鋼筋由封閉箍筋和受扭縱筋兩種鋼筋組成，受扭性能和極限承載力不僅與配筋量有關，還與縱筋和箍筋的配筋強度比有關

5、,矩形截面開裂扭矩按彈性理論，當主拉 應力 時,按塑性理論，對理想彈塑性材料，截面上某一點達到強度時并不立即破壞而是保持極限應力繼續(xù)變形，扭矩仍可增加，直到截面上各點應力均達到極限強度，才達到極限承載力,8.3 純扭構件的扭曲截面承載力 8.3.1 開裂扭矩的計算,此時截面上的剪應力分布為四個區(qū)。 取極限剪應力為ft，分別計算各區(qū)的合力及其對截面形心的力矩之和，求得塑性極限扭矩,若混凝土為彈性材料，則當最大扭剪應力或最大主拉應力達到混凝土抗拉強度ft時構件開裂，此時開裂扭矩為,實際上混凝土材料既非完全彈性，也不是理想彈塑性，而是介于兩者之間的彈塑性材料。 達到開裂極限狀態(tài)時截面的應力分布介于彈

6、性和理想彈塑性之間，因此開裂扭矩也是介于Tcr,e和Tcr,p之間。 Tcr ,根據實驗結構，修正系數在0.870.97之間 規(guī)范為偏于安全取0.7 Wt稱為受扭構件的截面受扭塑性抵抗矩,8.3.2 扭曲截面受扭承載力的計算 變角度空間桁架模型理論 試驗分析和理論研究表明，在裂縫充分發(fā)展且鋼筋應力接近屈服強度時，截面核心混凝土退出工作，從而實心截面的鋼筋混凝土受扭構件可以假想為一箱形截面構件。 模型假定： 1、混凝土只承受壓力，具有螺旋形裂縫的混凝土外殼組成桁架的斜壓桿，其傾角為 ； 2、縱筋和箍筋只承受拉力，分別為桁架的弦桿和腹桿； 3、忽略核心混凝土的受扭作用及鋼筋的銷栓作用,由推導得出適

7、筋受扭構件扭曲截面受扭承載力計算公式,式中 為受扭構件縱筋與箍筋的配筋強度比,4）純扭構件抗扭承載力計算,1）矩形截面 根據變角度空間模型或扭曲破壞面極限平衡理論，矩形截面純扭構件抗扭承載力計算公式如下,式中 fyv抗扭箍筋抗拉強度設計值； Ast1抗扭箍筋的單肢截面面積， s 抗扭箍筋的間距； Acor截面核芯部分面積，即由箍筋內表面所圍成的截面面積,bcor， hcor分別為核芯部分短邊及長邊尺寸； 縱向鋼筋與箍筋的配筋強度之比,2）帶翼緣截面（T形或工字形截面,對于T形或工字形截面構件，規(guī)范將其劃分為若干個矩形截面，然后按矩形截面分別進行配筋計算。矩形截面劃分的原則是首先保證腹板截面的完

8、整性，然后再劃分受壓和受拉翼緣，如圖所示。劃分的矩形截面所承擔的扭矩，按其受扭抵抗矩與截面總受扭抵抗矩的比值進行分配,對腹板、受壓和受拉翼緣部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩Wtw、Wtf和Wtf分別按下列公式計算,截面總的受扭塑性抵抗矩為,有效翼緣寬度應滿足bf b+6hf 及bf b+6hf的條件，且hw/b6,帶翼緣截面,箱形截面（Hollow Section) 封閉的箱形截面，其抵抗扭矩的作用與同樣尺寸的實心截面基本相同。 實際工程中，當截面尺寸較大時，往往采用箱形截面，以減輕結構自重，如橋梁中常采用的箱形截面梁。 為避免壁厚過薄對受力產生不利影響，規(guī)定壁厚twbh/7，且 Hw/tw6,8

9、.1.2 矩形截面復合受扭構件,1） 試驗研究分析及主要結論 在彎矩、剪力和扭矩共同作用下，鋼筋混凝土構件的受力狀態(tài)極為復雜，構件破壞特征及其承載力與所作用的外部荷載條件和內在因素有關。其中外部荷載條件，通常以扭彎比 （=T/M）和扭剪比（=T/（Vb）表示；所謂內在條件系指構件的截面形狀、尺寸、配筋及材料強度等。根據外部條件和內部條件的不同，構件可能出現以下三種破壞形態(tài),1）彎型破壞 在配筋適當的條件下，扭彎比較小時，裂縫首先在構件彎曲受拉的底面出現，然后向兩側面發(fā)展，破壞時底面和兩側面開裂，形成螺旋形扭曲破壞面，與之相交的縱筋及箍筋都達到受拉屈服強度，最后使處于彎曲受壓的頂面壓碎而破壞,2

10、）扭型破壞 當扭彎比和扭剪比都比較大且構件頂部縱筋少于底部縱筋時，盡管彎矩作用使頂部縱筋受壓，但由于頂部縱筋少于底部縱筋，在構件頂部由扭矩產生的拉應力超過彎矩所產生的壓應力，使頂部首先開裂，裂縫向兩側延伸，破壞時頂部及兩側面開裂，形成螺旋形扭曲破壞面，與之相交的鋼筋達到其抗拉屈服強度，最后使構件底面受壓而破壞,3）剪扭型破壞 當剪力和扭矩都較大時，由于剪力與扭矩所產生的剪應力的相互迭加，首先在其中一個側面出現裂縫，然后向頂面和底面擴展，使該側面、頂面和底面形成扭曲破壞面，與之相交的縱筋與箍筋都達到其抗拉屈服強度，最后使另一側面被壓碎而破壞,8.4.2 按混凝土結構設計規(guī)范的配筋計算方法 1、對

11、于剪力和扭矩共同作用下的矩形截面一般剪扭構件 （1）剪扭構件的受剪承載力 （2）剪扭構件的受扭承載力,式中 t 剪扭構件混凝土受扭承載力降低系數,0.5t1.0,對于集中荷載作用下獨立的鋼筋混凝土剪扭構件,受扭承載力公式仍采用式,在用以上各式進行計算時，當t 1.0時，不考慮剪力對混凝土受扭承載力的影響，即取t =1.0。 2、箱形截面鋼筋混凝土一般剪扭構件,1）剪扭構件的受剪承載力,2）剪扭構件的受扭承載力,對于集中荷載作用下獨立的箱形截面剪扭構件,3、T形和I字型截面剪扭構件的受剪承載力 同矩形截面，注意分區(qū)（教材P201） 對于彎扭構件截面的配筋計算，規(guī)范采用按純扭和純彎分別計算縱筋和箍

12、筋，然后疊加的方法。因此，彎扭構件的箍筋用量由受扭箍筋決定，縱筋數量為受彎和受扭所需縱筋截面面積之和。 彎剪扭構件配筋計算的一般原則： 縱向鋼筋應按受彎構件的正截面受彎承載力和剪扭構件的受扭承載力分別按所需的鋼筋截面面積和相應位置進行配置; 箍筋應按剪扭構件的受剪承載力和受扭承載力分別按所需的箍筋截面面積和相應位置進行配置,兩種特殊情況的計算 1、當 時，可僅按受彎構件和純扭構件分別進行計算； 2、當 時，可僅按受彎構件和純扭構件分別進行計算,2）截面尺寸限制及最小配筋率 1）截面尺寸限制條件,為了避免超筋破壞，構件截面尺寸應滿足下式要求,2）構造配筋問題 構造配筋的界限：當滿足下式要求時，箍筋和抗扭縱筋可采用構造配筋,最小配筋率：配箍