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1、.1純扭構(gòu)件純扭構(gòu)件(1)試驗研究分析)試驗研究分析 1)無筋矩形截面)無筋矩形截面 在純扭矩作用下,無筋矩形截面混凝土構(gòu)件開裂前具有與均質(zhì)彈性材料類似的性質(zhì),截面長邊中點剪應力最大,在截面四角點處剪應力為零。當截面長邊中點附近最大主拉應變達到混凝土的極限拉應變時,構(gòu)件就會開裂。隨著扭矩的增加,裂縫與構(gòu)件縱軸線成450角向相鄰兩個面延伸,最后構(gòu)件三面開裂,一面受壓,形成一空間扭曲斜裂面而破壞。自開裂至構(gòu)件破壞的過程短暫,破壞突然,屬于脆性破壞,抗扭承載力很低。 當扭矩很小時,混凝土未開裂,鋼筋拉應力也很低,構(gòu)件受力性能類似于無筋混凝土截面。隨著扭矩的增大,在某薄弱截面的長邊中點
2、首先出現(xiàn)斜裂縫,此時扭矩稍大于開裂扭矩Tcr。斜裂縫出現(xiàn)后,混凝土卸載,裂縫處的主拉應力主要由鋼筋承擔,因而鋼筋應力突然增大。當構(gòu)件配筋適中時,荷載可繼續(xù)增加,隨之在構(gòu)件表面形成連續(xù)或不連續(xù)的與縱軸線成約3555的螺旋形裂縫。扭矩達到一定值時,某一條螺旋形裂縫形成主裂縫,與之相交的縱筋和箍筋達到屈服強度,截面三邊受拉,一邊受壓,最后混凝土被壓碎而破壞。破裂面為一空間曲面。 2)鋼筋混凝土矩形截面)鋼筋混凝土矩形截面 (2)截面破壞的幾種形態(tài))截面破壞的幾種形態(tài)1)少筋破壞)少筋破壞 當縱筋和箍筋中只要有一種配置不足時便會出現(xiàn)此種破壞。斜裂縫一旦出現(xiàn),其中配置不足的鋼筋便會因混凝土卸載很快屈服,
3、使構(gòu)件突然破壞。破壞屬于脆性破壞,類似于粱正截面承載能力時的少筋破壞。設計中通過規(guī)定抗扭縱筋和箍筋的最小配筋率來防止少筋破壞; 2)適筋破壞)適筋破壞 如前所述,當構(gòu)件縱筋和箍筋都配置適中時出現(xiàn)此種破壞。從斜裂縫出現(xiàn)到構(gòu)件破壞要經(jīng)歷較長的階段,有較明顯的破壞預兆,因而破壞具有一定的延性。 3)部分超筋破壞)部分超筋破壞 當縱筋或箍筋其中之一配置過多時出現(xiàn)此種破壞。破壞時混凝土被壓碎,配置過多的鋼筋達不到屈服,破壞過程有一定的延性,但較適筋破壞的延性差。 4)超筋破壞)超筋破壞 當縱筋和箍筋都配置過多時出現(xiàn)此種破壞。破壞時混凝土被壓碎,而縱筋和箍筋都不屈服,破壞突然,因,而延性差,類似于梁正截面
4、設計時的超筋破壞。設計中通過規(guī)定最大配筋率或限制截面最小尺寸來避免。 (3)矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩)矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩 矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩Tcr按下式計算 式中 0.7考慮到混凝土非完全塑性材料的強度降低 系數(shù); f t混凝土抗拉強度設計值; Wt截面抗扭抵抗矩,按下式計算 ttcrWfT7 . 0)3(62bhbWt 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。(4)純扭構(gòu)件抗扭承載力計算)純扭構(gòu)件抗扭承載力計算 1)矩形截面)矩形截面 根據(jù)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(gòu)件抗扭承載力計算公式如下 式中 fyv抗扭箍筋抗拉
5、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(nèi)表面所圍成的截面面積; corstyvttuAsAfWfTT12 . 135. 0corcorcorAbhbcor, 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; yvycorststlffuAsA1 fy縱向鋼筋抗拉強度設計值; 根據(jù)試驗,當0.52.0時,破壞時縱筋和箍筋都能達到屈服。但為了穩(wěn)妥起見,規(guī)范規(guī)定0.61.7。當=0.2左右時,效果最佳。因此設計時通常取=1.21.3。 Ast1對稱布置的全部縱向鋼筋截面面積;U cor截面核芯部分周長。 2)T形
6、或工字形截面形或工字形截面 對于T形或工字形截面構(gòu)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 )3(62bhbWtw)(22bbhWfftf)(22bbhWfftftftftwtWWWW截面總的受扭塑性抵抗矩為 有效翼緣寬度應滿足有效翼緣寬度應滿足bf b+6hf 及及bf b+6hf的條件,且的條件,且hw/b6。bbfh
7、fhfhwhbf8.1.2 8.1.2 矩形截面復合受扭構(gòu)件矩形截面復合受扭構(gòu)件 (1) 試驗研究分析及主要結(jié)論試驗研究分析及主要結(jié)論 在彎矩、剪力和扭矩共同作用下,鋼筋混凝土構(gòu)件的受力狀態(tài)極為復雜,構(gòu)件破壞特征及其承載力與所作用的外部荷載條件和內(nèi)在因素有關(guān)。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(nèi)在條件系指構(gòu)件的截面形狀、尺寸、配筋及材料強度等。根據(jù)外部條件和內(nèi)部條件的不同,構(gòu)件可能出現(xiàn)以下幾種破壞形態(tài)。 1)彎型破壞)彎型破壞 在配筋適當?shù)臈l件下,扭彎比較小時,裂縫首先在構(gòu)件彎曲受拉的底面出現(xiàn),然后向兩側(cè)面發(fā)展,破壞時底面和兩側(cè)面開裂,形成螺旋形扭曲
8、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)扭型破壞)扭型破壞 當扭彎比和扭剪比都比較大且構(gòu)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(gòu)件頂部由扭矩產(chǎn)生的拉應力超過彎矩所產(chǎn)生的壓應力,使頂部首先開裂,裂縫向兩側(cè)延伸,破壞時頂部及兩側(cè)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(gòu)件底面受壓而破壞。 3)剪扭型破壞)剪扭型破壞 當剪力和扭矩都較大時,由于剪力與扭矩所產(chǎn)生的剪應力的相互迭加,首先在其中一個側(cè)面出現(xiàn)裂縫,然后向頂面和底面擴展,使該側(cè)面、頂面和底面形成扭曲破壞面,與之相交的縱
9、筋與箍筋都達到其抗拉屈服強度,最后使另一側(cè)面被壓碎而破壞。 式中 t 剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系數(shù),0.5t1.0。 . 一般復合受扭構(gòu)件corstyvtttuAsAfWfTT12 . 135. 001.510.2(1)ttWVTbh000.7(1.5)1.25svuttyvAVVf bhfhs 在用以上各式進行計算時,當t 1.0時,不考剪力對混凝土受扭承載力的影響,即取t =1.0。由此可知混凝土抗剪與抗扭相關(guān)曲線由三條直線所組成。 受扭承載力公式仍采用式05 .015 .1bhWTVttcorstyvtttuAsAfWfTT12 . 135. 000.25cctVTfbhWttfWT
10、bhV7 . 00 (2)截面尺寸限制及最小配筋率)截面尺寸限制及最小配筋率 1)截面尺寸限制條件)截面尺寸限制條件為了避免超筋破壞,構(gòu)件截面尺寸應滿足下式要求 2)構(gòu)造配筋問題)構(gòu)造配筋問題 構(gòu)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(gòu)造配筋。 最小配筋率:配箍率必須滿足以下最小配箍率要求 抗扭縱筋最小配筋率為yvtsvsvsvffbsA28. 0min,min,min 0.6stltstlyAfTbhVb f(3)簡化計算的條件)簡化計算的條件 1)不進行抗剪計算的條件)不進行抗剪計算的條件:一般構(gòu)件00.35tVf bh受集中荷載作用(或以集中荷載為主)的矩形截面獨立構(gòu)件 00.
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