榆林學(xué)院建筑工程學(xué)院混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力PPT課件

1、7.2 7.2 純扭構(gòu)件的試驗研究純扭構(gòu)件的試驗研究7.2.1 7.2.1 裂縫出現(xiàn)前的性能裂縫出現(xiàn)前的性能裂縫出現(xiàn)前，鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受力性能，大體上符合圣維南彈性扭轉(zhuǎn)理論。圖7-2 開裂前的性能第1頁/共26頁7.2.2 7.2.2 裂縫出現(xiàn)后的性能裂縫出現(xiàn)后的性能圖7-3 扭矩扭轉(zhuǎn)角曲線圖7-4 鋼筋混凝土受扭試件的螺旋形裂縫展開圖注：圖中所注數(shù)字是該裂縫出現(xiàn)時的扭矩值(kNm)，未注數(shù)字的裂縫是破壞時出現(xiàn)的裂縫。第2頁/共26頁圖7-5 純扭構(gòu)件縱筋和箍筋的扭矩-鋼筋拉應(yīng)變曲線第3頁/共26頁7.2.3 7.2.3 破壞形態(tài)破壞形態(tài) 受扭構(gòu)件的破壞形態(tài)與受扭縱筋和受扭箍筋配筋率的大

2、小有關(guān)，可分為適筋破壞、部分超筋破壞、超筋破壞和少筋適筋破壞、部分超筋破壞、超筋破壞和少筋破壞破壞四類。 對于正常配筋條件下的鋼筋混凝土構(gòu)件，在扭矩作用下，縱筋和箍筋先到達屈服強度，然后混凝土被壓碎而破壞。這種破壞與受彎構(gòu)件適筋梁類似，屬延性破壞類型。此類受扭構(gòu)件稱為適筋受扭構(gòu)件適筋受扭構(gòu)件。 若縱筋和箍筋不匹配，兩者配筋比率相差較大，例如縱筋的配筋率比箍筋的配筋率小得多，則破壞時僅縱筋屈服，而箍筋不屈服；反之，則箍筋屈服，縱筋不屈服，此類構(gòu)件稱為部分超筋受扭構(gòu)件部分超筋受扭構(gòu)件。 第4頁/共26頁7.2.3 7.2.3 破壞形態(tài)破壞形態(tài) 部分超筋受扭構(gòu)件破壞時，亦具有一定的延性，但較適筋受扭

3、構(gòu)件破壞時的截面延性小。 當(dāng)縱筋和箍筋配筋率都過高，致使縱筋和箍筋都沒有達到屈服強度，而混凝土先行壓壞，這種破壞和受彎構(gòu)件超筋梁類似，屬脆性破壞類型。這種受扭構(gòu)件稱為超筋受扭構(gòu)件超筋受扭構(gòu)件。 若縱筋和箍筋配置均過少，一旦裂縫出現(xiàn)，構(gòu)件會立即發(fā)生破壞。此時，縱筋和箍筋不僅達到屈服強度而且可能進入強化階段，其破壞特性類似于受彎構(gòu)件中的少筋梁，稱為少筋受扭構(gòu)件少筋受扭構(gòu)件，屬脆性破壞類型。在設(shè)計中應(yīng)避免少筋和超筋受扭構(gòu)件。第5頁/共26頁7.3 7.3 純扭構(gòu)件的扭曲截面承載力純扭構(gòu)件的扭曲截面承載力7.3.1 7.3.1 開裂扭矩開裂扭矩圖7-6 矩形截面受扭構(gòu)件圖7-7 扭剪應(yīng)力分布根據(jù)塑性力

4、學(xué)理論，可把截面上的扭剪應(yīng)力劃分成四個部分，如圖7-7(c)。若混凝土為理想彈塑性材料第6頁/共26頁 若混凝土為彈性材料，則當(dāng)最大扭剪應(yīng)力或最大主拉應(yīng)力達到混凝土抗拉強度ft時，構(gòu)件開裂，從而開裂扭矩 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范取混凝土抗拉強度降低系數(shù)為0.7，故開裂扭矩設(shè)計值的計算公式為第7頁/共26頁7.3.2 7.3.2 按變角度空間桁架模型的扭曲截面受扭承載力計算按變角度空間桁架模型的扭曲截面受扭承載力計算圖7-8 變角度空間桁架模型第8頁/共26頁 變角度空間桁架模型的基本思路是，在裂縫充分發(fā)展且鋼筋應(yīng)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(gòu)件可以用一個空心

5、的箱形截面構(gòu)件來代替，它由螺旋形裂縫的混凝土外殼、縱筋和箍筋三者共同組成變角度空間桁架以抵抗扭矩。 變角度空間桁架模型的基本假定有：(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。第9頁/共26頁7.3.3 7.3.3 按按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的純扭構(gòu)件受扭承的純扭構(gòu)件受扭承載力計算方法載力計算方法圖7-9 受扭構(gòu)件截面(a)矩形截面(hb)；(b)T形、I形截面；(c)箱形截面（twt）1彎矩、剪力作用平面第10頁/共26頁(1)矩形截面鋼筋混凝土

6、純扭構(gòu)件受扭承載力計算公式矩形截面純扭構(gòu)件的受扭承載力按下式計算：10.351.2yvstcoruttf A ATfWs10.61.7stlystcoryvA sfA uf2corcorcorubhcorcorcorAb h圖7-10 計算公式與實驗值的比較第11頁/共26頁(2)箱形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受扭承載力計算公式 實驗和理論研究表明，當(dāng)截面寬度和高度、混凝土強度及配筋完全相同時，一定壁厚箱形截面構(gòu)件的受扭承載力與實心截面構(gòu)件是相同的。1220.3(2 )1(3)3(2 )66styvuhttcorwhhhwthhhwhwAfTfWAstbbtWbhbhbt第1

7、2頁/共26頁(3)T形和I形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受扭承載力計算公式圖7-11 T形和I形截面的矩形劃分方法twwttffttfftWTTWWTTWWTTW1) 腹板2) 受壓翼緣3) 受拉翼緣222(3)6()2()2twftffftffttwtftfbWhbhWbbhWbbWWWW計算受扭塑性抵抗矩時取用的翼緣寬度尚應(yīng)符合66ffffbbhbbh第13頁/共26頁7.4 7.4 彎剪扭構(gòu)件的扭曲截面承載力彎剪扭構(gòu)件的扭曲截面承載力7.4.1 7.4.1 破壞形態(tài)破壞形態(tài)圖7-12 彎剪扭構(gòu)件的破壞形態(tài)（a）彎型破壞；(b)扭型破壞；(c)剪扭型破壞第14頁/共26頁7.4.2 7.4.

8、2 按按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的配筋計算方法的配筋計算方法1 對于剪力和扭矩共同作用下的矩形截面一般剪扭構(gòu)件（1）剪扭構(gòu)件的受剪承載力000.7(1.5)svuttyvAVf bhfhs（2）剪扭構(gòu)件的受扭承載力10.351.2stcorutttyvA ATfWfs010.5ttWVT bh對集中荷載作用下的獨立剪扭構(gòu)件，其受剪承載力計算式應(yīng)改為：001.75(1.5)1svuttyvAVf bhf hs第15頁/共26頁2 箱形截面鋼筋混凝土一般剪扭構(gòu)件（1） 剪扭構(gòu)件的受剪承載力（2） 剪扭構(gòu)件的受扭承載力000.7(1.5)svuttyvAVf bhf h

9、s10.351.2styvuhtttcorAfTfWAs 01.51 0.2(1)ththWVT b h集中荷載作用下獨立的箱形截面剪扭構(gòu)件，其受剪承載力計算公式001.75(1.5)1svuttyvAVf bhf hs受扭承載力10.351.2styvuhtttcorAfTfWAs 第16頁/共26頁3 T形和I形截面剪扭構(gòu)件的承載力（1）剪扭構(gòu)件的受剪承載力，按公式（7-34）與式（7-36）或按式（7-37）與式（7-38）進行計算，但計算時應(yīng)將T及Wt分別以Tw及Wtw代替，即假設(shè)剪力全部由腹板承擔(dān)；（2）剪扭構(gòu)件的受扭承載力，可按純扭構(gòu)件的計算方法，將截面劃分為幾個矩形截面分別進行計

10、算；腹板為剪扭構(gòu)件，可按公式（7-35）以及式（7-36）或式（7-38）進行計算，但計算時應(yīng)將T及Wt分別以Tw及Wtw代替；受壓翼緣及受拉翼緣為純扭構(gòu)件可按矩形截面純扭構(gòu)件的規(guī)定進行計算，但計算時應(yīng)將T及Wt分別以Tf及Wtf和Tf及Wtf代替。第17頁/共26頁4 剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系數(shù)t的依據(jù)圖7-13 剪扭承載力相關(guān)關(guān)系(a)無腹筋構(gòu)件；(b)有腹筋構(gòu)件混凝土承載力計算曲線第18頁/共26頁7.5 7.5 在軸向力、彎矩、剪力和扭矩共同作用下鋼在軸向力、彎矩、剪力和扭矩共同作用下鋼筋混凝土矩形截面框架柱受扭承載力計算筋混凝土矩形截面框架柱受扭承載力計算1 軸向力為壓力時(1

11、)受剪承載力001.75(1.5)0.071svuttyvAVf bhNf hs(2)受扭承載力10.350.071.2stcoruttttyvA ANTfWWfAs第19頁/共26頁2 軸向壓力為拉力時(1)受剪承載力0001.75(1.5)0.21svsvuttyvyvAAVf bhNf hf hss(2)受扭承載力110.3stcorstcorutttyvyvA AA ANTfWffAss第20頁/共26頁7.6 7.6 協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的鋼筋混凝土構(gòu)件扭曲截面承載力協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的鋼筋混凝土構(gòu)件扭曲截面承載力 協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的鋼筋混凝土構(gòu)件開裂以后，受扭剛度降低，由于內(nèi)力重分布將導(dǎo)致作

12、用于構(gòu)件上的扭矩減小。一般情況下，為簡化計算，可取扭轉(zhuǎn)剛度為零，即忽略扭矩的作用，但應(yīng)按構(gòu)造要求配置受扭縱向鋼筋和箍筋，以保證構(gòu)件有足夠的延性和滿足正常使用時裂縫寬度的要求，此即一些國外規(guī)范采用的零剛度設(shè)計法。我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范沒有采用上述簡化計算法，而是規(guī)定宜考慮內(nèi)力重分布的影響，將扭矩設(shè)計值T降低，按彎剪扭構(gòu)件進行承載力計算。第21頁/共26頁7.7 7.7 受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求1 受扭縱向鋼筋的構(gòu)造要求(1)為了防止發(fā)生少筋破壞，梁內(nèi)受扭縱向鋼筋的配筋率tl應(yīng)不小于其最小配筋率stl,min，即(2)受扭縱向受力鋼筋的間距不應(yīng)大于200mm和梁的截面寬度。(3)在截面

13、四角必須設(shè)置受扭縱向受力鋼筋，并沿截面周邊均勻?qū)ΨQ布置；當(dāng)支座邊作用有較大扭矩時，受扭縱向鋼筋應(yīng)按充分受拉錨固在支座內(nèi)。(4)在彎剪扭構(gòu)件中，配置在截面彎曲受拉邊的縱向受力鋼筋，其截面面積不應(yīng)小于按受彎構(gòu)件受拉鋼筋最小配筋率計算的截面面積與按受扭縱向鋼筋最小配筋率計算并分配到彎曲受拉邊的鋼筋截面面積之和。,min0.62stlttltlyAfTTbhVb fVb，其中第22頁/共26頁2 受扭箍筋的構(gòu)造要求(1)為了防止發(fā)生少筋破壞，彎剪扭構(gòu)件中，箍筋的配筋率sv不應(yīng)小于0.28ftfyv，即(2)受扭所需的箍筋應(yīng)做成封閉式，且應(yīng)沿截面周邊布置。當(dāng)采用復(fù)合箍時，位于截面內(nèi)部的箍筋不應(yīng)計入受扭所需的截面面積。(3)受扭所需箍筋的末端應(yīng)做成135彎鉤，彎鉤平直段長度不應(yīng)小于10d，d為箍筋直徑。10.28svtsvyvnAfbsf第23頁/共26頁 為了使彎剪扭構(gòu)件不發(fā)生在鋼筋屈服前混凝土先壓碎的超筋破壞，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，在彎矩、剪力和扭矩共同作用下，hw/b不大于6的矩形、T形、I形截面和hw/tw不大于6的箱形截面構(gòu)件(見圖7-9)，其截面尺寸應(yīng)符合下列條件：3 截面尺寸的構(gòu)造要求00/40.250.8/60.20.8/46wwwcctwwwcctwwwhbht