構(gòu)件斜截面受剪性能與設(shè)計(jì)課件

1、課件審查：周鐵鋼課件審查：周鐵鋼 概述概述純扭構(gòu)件扭曲截面承載力計(jì)算純扭構(gòu)件扭曲截面承載力計(jì)算 復(fù)合受扭構(gòu)件承載力計(jì)算復(fù)合受扭構(gòu)件承載力計(jì)算純扭構(gòu)件扭曲截面承載力計(jì)算純扭構(gòu)件扭曲截面承載力計(jì)算 復(fù)合受扭構(gòu)件承載力計(jì)算復(fù)合受扭構(gòu)件承載力計(jì)算1 1 受扭構(gòu)件在工程中的應(yīng)用受扭構(gòu)件在工程中的應(yīng)用 受扭構(gòu)件所受扭矩分為受扭構(gòu)件所受扭矩分為(a) 平衡扭矩平衡扭矩 和和 (b) 協(xié)調(diào)扭矩協(xié)調(diào)扭矩 純扭構(gòu)件很少，大部分為彎、剪、扭共同工作。純扭構(gòu)件很少，大部分為彎、剪、扭共同工作。 平衡扭矩平衡扭矩 由荷載直接作用，可用平衡條件直接求得的扭矩稱平衡扭矩由荷載直接作用，可用平衡條件直接求得的扭矩稱平衡扭矩

2、。如。如廠房中受吊車橫向剎車力作用的吊車梁、雨蓬梁、曲梁和螺旋樓梯都廠房中受吊車橫向剎車力作用的吊車梁、雨蓬梁、曲梁和螺旋樓梯都屬于這一類扭矩作用的構(gòu)件。屬于這一類扭矩作用的構(gòu)件。 協(xié)調(diào)扭矩協(xié)調(diào)扭矩 在超靜定結(jié)構(gòu)中，由變形協(xié)調(diào)使截面產(chǎn)生的扭矩稱協(xié)調(diào)扭矩在超靜定結(jié)構(gòu)中，由變形協(xié)調(diào)使截面產(chǎn)生的扭矩稱協(xié)調(diào)扭矩 。如。如現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中的邊主梁，當(dāng)次梁在荷載作用下受彎變形時(shí)，邊主梁對(duì)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中的邊主梁，當(dāng)次梁在荷載作用下受彎變形時(shí)，邊主梁對(duì)次梁梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生約束作用，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，可以確定次梁梁端次梁梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生約束作用，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，可以確定次梁梁端由于主梁的彈性約束作用而引起的負(fù)彎矩，

3、該負(fù)彎矩即為主梁所承受的由于主梁的彈性約束作用而引起的負(fù)彎矩，該負(fù)彎矩即為主梁所承受的扭矩作用。扭矩作用。1 1 試驗(yàn)研究分析試驗(yàn)研究分析 （1）矩形截面素混凝土純扭構(gòu)件的受扭性能）矩形截面素混凝土純扭構(gòu)件的受扭性能 a 當(dāng)外扭矩較小時(shí)，受力情況類似于彈性體，如圖當(dāng)外扭矩較小時(shí)，受力情況類似于彈性體，如圖 a 。 b 隨扭距增大，首先在長(zhǎng)邊中點(diǎn)達(dá)到隨扭距增大，首先在長(zhǎng)邊中點(diǎn)達(dá)到 ；由于混凝土的塑性性能，；由于混凝土的塑性性能，構(gòu)件并未開裂，如構(gòu)件并未開裂，如圖圖b。 c 隨扭矩增大，塑性應(yīng)力重分布，逐漸充分。最后，在構(gòu)件長(zhǎng)邊首先出現(xiàn)與隨扭矩增大，塑性應(yīng)力重分布，逐漸充分。最后，在構(gòu)件長(zhǎng)邊首先出

4、現(xiàn)與構(gòu)件縱軸呈構(gòu)件縱軸呈45450 0斜裂縫，并很快向兩窄面發(fā)展，最后形成三面開裂一面受壓的斜裂縫，并很快向兩窄面發(fā)展，最后形成三面開裂一面受壓的空間扭曲破壞面，表現(xiàn)出明顯的脆性?？臻g扭曲破壞面，表現(xiàn)出明顯的脆性。maxtptf（2）矩形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受扭性能）矩形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受扭性能 破壞形態(tài)：破壞形態(tài)： a 當(dāng)箍筋與縱筋適當(dāng)時(shí)，發(fā)生適筋受扭破壞；縱筋，箍筋先屈服，后混凝土被當(dāng)箍筋與縱筋適當(dāng)時(shí)，發(fā)生適筋受扭破壞；縱筋，箍筋先屈服，后混凝土被壓碎壓碎 。 b 當(dāng)鋼箍與縱筋配置過少，或箍筋間距過大，其破壞與素混凝土構(gòu)件破壞相似，當(dāng)鋼箍與縱筋配置過少，或箍筋間距過大，其破壞與

5、素混凝土構(gòu)件破壞相似，呈脆性破壞，稱為少筋受扭破壞（限制最小配筋率和最大箍筋間距）。呈脆性破壞，稱為少筋受扭破壞（限制最小配筋率和最大箍筋間距）。 c 當(dāng)兩種鋼筋均過量時(shí)，混凝土被壓碎，為脆性破壞，稱為超筋受扭破壞（限當(dāng)兩種鋼筋均過量時(shí)，混凝土被壓碎，為脆性破壞，稱為超筋受扭破壞（限制最大配筋率或最小截面尺寸）。制最大配筋率或最小截面尺寸）。 d 當(dāng)鋼箍和縱筋中一種配置合適，另一種配置過多，稱為部分超筋受扭破壞，當(dāng)鋼箍和縱筋中一種配置合適，另一種配置過多，稱為部分超筋受扭破壞，有一部分塑性，但較小（受扭縱筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比有一部分塑性，但較?。ㄊ芘たv筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比適中）。適中）。2 2

6、 鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的開裂扭矩鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的開裂扭矩 （1）矩形截面純扭構(gòu)件）矩形截面純扭構(gòu)件矩形截面純扭構(gòu)件開裂扭矩：近似等于素混凝土受扭構(gòu)件，且最大主拉應(yīng)力發(fā)生在截面矩形截面純扭構(gòu)件開裂扭矩：近似等于素混凝土受扭構(gòu)件，且最大主拉應(yīng)力發(fā)生在截面 長(zhǎng)邊的中點(diǎn)長(zhǎng)邊的中點(diǎn) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范偏于安全地取偏于安全地取tW2(3)6tbWhb0.7crttTfW2( 3)6c rtttbTfhbf W: 受扭構(gòu)件截面受扭塑性抵抗矩受扭構(gòu)件截面受扭塑性抵抗矩（2）T形形形截面純扭構(gòu)件形截面純扭構(gòu)件crttTf WttwtftfWWWWtwtftfWWW、2()2ftffhWbb

7、分別為腹板、受壓翼緣、受拉翼緣部分的受扭塑性抵抗矩分別為腹板、受壓翼緣、受拉翼緣部分的受扭塑性抵抗矩 當(dāng)翼緣較大時(shí)，以上公式應(yīng)滿足當(dāng)翼緣較大時(shí)，以上公式應(yīng)滿足：2(3)6twbWhb 2()2ftffhWbb6ffbbh6ffbbh及及3 3 純扭構(gòu)件的受扭承載力純扭構(gòu)件的受扭承載力 （1）純扭構(gòu)件的力學(xué)模型）純扭構(gòu)件的力學(xué)模型空間桁架模型空間桁架模型（2）純扭構(gòu)件的受扭承載力）純扭構(gòu)件的受扭承載力矩形截面矩形截面: ,混凝土的抗扭作用混凝土的抗扭作用 ; 箍筋與縱筋的抗扭作用箍筋與縱筋的抗扭作用 10 .3 51 .2y vS Vuttc o rfATTf WASucsTTTcTsT 混凝土

8、的抗扭能力混凝土的抗扭能力 （ 同前）。同前）。 箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 箍筋單肢截面面積。箍筋單肢截面面積。箍筋間距。箍筋間距。 受扭縱筋與箍筋的強(qiáng)度比（沿截面核心周長(zhǎng)單位長(zhǎng)度內(nèi)的抗扭縱筋與沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向受扭縱筋與箍筋的強(qiáng)度比（沿截面核心周長(zhǎng)單位長(zhǎng)度內(nèi)的抗扭縱筋與沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的單側(cè)抗扭箍筋強(qiáng)度之比）。單位長(zhǎng)度內(nèi)的單側(cè)抗扭箍筋強(qiáng)度之比）。規(guī)范規(guī)定：規(guī)范規(guī)定：值取值范圍為值取值范圍為0.61.7 當(dāng)當(dāng)1.7時(shí)，取時(shí)，取1.7 一般一般取取1.2左右較為合理。左右較為合理。0.35ttfWttfWyvf1stAS1 1 剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算 22221

9、cctcocoVTVT 由無腹筋剪扭構(gòu)件的試驗(yàn)得知其相關(guān)關(guān)系大致為由無腹筋剪扭構(gòu)件的試驗(yàn)得知其相關(guān)關(guān)系大致為1/4圓：圓： 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范將為了簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范將1/4圓簡(jiǎn)化為三線段，由圖可以看出圓簡(jiǎn)化為三線段，由圖可以看出當(dāng)當(dāng) 時(shí)，取時(shí)，取當(dāng)當(dāng) 時(shí)，取時(shí)，取當(dāng)當(dāng) 時(shí)，取時(shí)，取5 . 0t000.5 . 0.5 . 07 . 035. 0bhWTVbhWTVbhfWfTVVTTVTTVVttcctttccococcccoccoct5 . 1t5 . 0, 0 . 15 . 05 . 0, 0 . 1t0 . 15 . 0t5 . 1tt5 . 1與與 聯(lián)立，得：聯(lián)立，得：01.510.5.t

10、tWVTbh1.5t 矩形剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算試驗(yàn)證明，當(dāng)構(gòu)件中既有剪力、又有扭矩作用時(shí)，構(gòu)件矩形剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算試驗(yàn)證明，當(dāng)構(gòu)件中既有剪力、又有扭矩作用時(shí)，構(gòu)件的抗剪承栽力及抗扭承載力均有所降低，即二者存在相關(guān)性（承載力之間的性）。的抗剪承栽力及抗扭承載力均有所降低，即二者存在相關(guān)性（承載力之間的性）。 規(guī)范采用了部分相關(guān)（混凝土），部分疊加（鋼筋）的計(jì)算公式規(guī)范采用了部分相關(guān)（混凝土），部分疊加（鋼筋）的計(jì)算公式 。矩形截面一般剪扭構(gòu)件受剪及受扭承載力表達(dá)式分別為：矩形截面一般剪扭構(gòu)件受剪及受扭承載力表達(dá)式分別為：0010.7 (1.5)1.250.351.2svuttyvyvStuttt

11、corAVVf bhfhSfATTf WAS對(duì)集中荷載作用下的獨(dú)立剪扭構(gòu)件：對(duì)集中荷載作用下的獨(dú)立剪扭構(gòu)件： 0001 .7 5(1 .5)11 .510 .2 (1).svutty vttAVVf b hfhSWVTb h2 2 彎扭構(gòu)件承載力計(jì)算彎扭構(gòu)件承載力計(jì)算（1）彎扭承載力相關(guān)關(guān)系）彎扭承載力相關(guān)關(guān)系 在扭矩和彎矩共同作用下的破壞在扭矩和彎矩共同作用下的破壞特征及承載力和扭彎比特征及承載力和扭彎比 、截面尺寸、配筋形式及數(shù)量有關(guān)。截面尺寸、配筋形式及數(shù)量有關(guān)。a 對(duì)稱配筋時(shí)，彎扭承載力相關(guān)曲線對(duì)稱配筋時(shí)，彎扭承載力相關(guān)曲線為橢圓，無量綱后為為橢圓，無量綱后為1/4圓圓 ：/T Mb

12、非對(duì)稱配筋時(shí)，根據(jù)梁截面四周的配筋情況以及扭彎比的不同，分三種破壞式：非對(duì)稱配筋時(shí)，根據(jù)梁截面四周的配筋情況以及扭彎比的不同，分三種破壞式： a）扭型破壞。彎矩較小時(shí)彎曲受壓區(qū)壓應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)的拉應(yīng)力相抵消，提高抗扭承載力扭型破壞。彎矩較小時(shí)彎曲受壓區(qū)壓應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)的拉應(yīng)力相抵消，提高抗扭承載力 。 b）彎型破壞。彎矩再增大，受拉區(qū)縱筋影響變大，破壞特征與純彎構(gòu)件相仿彎型破壞。彎矩再增大，受拉區(qū)縱筋影響變大，破壞特征與純彎構(gòu)件相仿 。 c） 彎扭型破壞。梁側(cè)向縱筋和箍筋配置不足，而梁高寬比較大，承載力由側(cè)邊鋼筋控制。彎扭型破壞。梁側(cè)向縱筋和箍筋配置不足，而梁高寬比較大，承載力由側(cè)邊鋼筋控制。 相關(guān)曲

13、線為水平線相關(guān)曲線為水平線 。 （2）彎扭構(gòu)件的承載力計(jì)算）彎扭構(gòu)件的承載力計(jì)算 為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用簡(jiǎn)單的疊加法：首先擬定截面尺寸，然后采用簡(jiǎn)單的疊加法：首先擬定截面尺寸，然后按純扭構(gòu)件承載力公式計(jì)算所需要的抗扭縱筋和箍筋，按受扭要求配置；再按受彎構(gòu)件承按純扭構(gòu)件承載力公式計(jì)算所需要的抗扭縱筋和箍筋，按受扭要求配置；再按受彎構(gòu)件承載力公式計(jì)算所需要的抗彎縱筋，按受彎要求配置；對(duì)截面同一位置處的抗彎縱筋和抗扭載力公式計(jì)算所需要的抗彎縱筋，按受彎要求配置；對(duì)截面同一位置處的抗彎縱筋和抗扭縱筋，可將二者面積疊加后確定縱筋的直徑和根數(shù)。縱筋，可將二者面積疊加

14、后確定縱筋的直徑和根數(shù)。3 3 彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算（1）截面尺寸限制條件及構(gòu)造配筋要求）截面尺寸限制條件及構(gòu)造配筋要求 a 截面尺寸限制條件截面尺寸限制條件 為了保證結(jié)構(gòu)的截面尺寸及混凝土材料強(qiáng)度不致過小，使結(jié)構(gòu)在破壞時(shí)混凝土不為了保證結(jié)構(gòu)的截面尺寸及混凝土材料強(qiáng)度不致過小，使結(jié)構(gòu)在破壞時(shí)混凝土不首先壓壞，規(guī)范在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼筋混凝土剪扭構(gòu)件，規(guī)定了截面的限制條件：首先壓壞，規(guī)范在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼筋混凝土剪扭構(gòu)件，規(guī)定了截面的限制條件： 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，按線性內(nèi)插法確定。時(shí)，按線性內(nèi)插法確定。 b 構(gòu)造配筋界限構(gòu)造配筋界限 ，可按最小配筋率

15、配筋，可按最小配筋率配筋 4()wwwhbht或cctfWTbhV25. 08 . 00(/)6wwwhb htcctfWTbhV20. 08 . 004(/)6wwwhbht或00.7ttVTfbhWc c 最小配筋率最小配筋率 規(guī)范在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼筋混凝土規(guī)范在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼筋混凝土彎彎剪扭構(gòu)件，規(guī)定了箍筋和縱剪扭構(gòu)件，規(guī)定了箍筋和縱筋的最小配筋率：筋的最小配筋率： 箍筋的配筋率應(yīng)滿足：箍筋的配筋率應(yīng)滿足： 縱向鋼筋的配筋率應(yīng)滿足：縱向鋼筋的配筋率應(yīng)滿足： 當(dāng)當(dāng) ；對(duì)箱形截面構(gòu)件，式中的；對(duì)箱形截面構(gòu)件，式中的 應(yīng)以應(yīng)以 代替。代替。,min0.28svtsvsvyvAfbsf,min,min0.6tlttlyvAfTbhfVb22VbTVbT時(shí)取bnb（2）彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算）彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算 混凝土考慮剪扭的相關(guān)性；混凝土考慮剪扭的相關(guān)性；縱向鋼筋分別按受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力和剪扭構(gòu)縱向鋼筋分別按受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力和剪扭構(gòu)件的受扭承載力計(jì)算，面積疊加；箍筋分別按剪扭構(gòu)件的受剪和受扭承載力計(jì)算，面積件的受扭承載力計(jì)算，面積疊加；箍筋分別按剪扭構(gòu)件的受剪和受扭承載力計(jì)算，面積疊加。具體疊加方法見下表：疊加。具體疊加方法見下表