1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理混凝土第五章第五章第五章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計算鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計算混凝土第五章第五章第五章 受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力計算受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力計算 5. 0 概概 述述 5. 1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計算 5. 2 彎剪扭共同作用下矩形截面構(gòu)件承載力彎剪扭共同作用下矩形截面構(gòu)件承載力計算計算 5. 3 T形和形和I形截面受扭構(gòu)件形截面受扭構(gòu)件 5. 3 箱形截面受扭構(gòu)件箱形截面受扭構(gòu)件 5. 6 構(gòu)造要求構(gòu)造要求本節(jié)習(xí)題本節(jié)習(xí)題本節(jié)例題本節(jié)例題混凝土第五章圖5-1 平衡扭轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)圖例(a)(b)(c)

2、(d)He0MT=He0H邊框架主梁次梁5.0 概概 述述扭轉(zhuǎn)的類型平衡扭轉(zhuǎn)：雨蓬梁，吊車梁協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)：平面折梁，邊框架主梁曲梁受扭示意圖實際上，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生裂縫，還是由砼的主拉應(yīng)力超過ftd混凝土第五章平衡扭轉(zhuǎn)的扭矩不隨構(gòu)件的剛度變化而變化，而協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)的扭矩與剛度變化相關(guān)。實際構(gòu)件受扭的情況：純扭、剪扭、彎扭、彎剪扭 梁地震荷載作用下的角柱承受扭矩 柱兩類扭轉(zhuǎn)的差別：混凝土第五章純扭構(gòu)件在破壞特征和承載力計算純扭構(gòu)件在破壞特征和承載力計算5.1 裂縫出現(xiàn)前，鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受力性能，符合圣維南彈性扭轉(zhuǎn)理論。圖5-2所示為理論計算曲線與試驗曲線的對比關(guān)系。按彈性理論扭轉(zhuǎn)角?(deg/m)圖8-2

3、 開裂前的性能扭矩T(kNm)Tcr扭轉(zhuǎn)角（deg/m）圖5-2 開裂前性能1 1、 裂縫出現(xiàn)前的性能裂縫出現(xiàn)前的性能扭轉(zhuǎn)的實驗研究混凝土第五章2 2 裂縫出現(xiàn)后的性能裂縫出現(xiàn)后的性能 裂縫出現(xiàn)后，構(gòu)件截面的扭轉(zhuǎn)剛度降低，受扭鋼筋用量越少，構(gòu)件截面的扭轉(zhuǎn)剛度降低越多。圖 8-5 純 扭 構(gòu) 件 開 裂 后 的 性 能箍筋屈服縱筋屈服圖5-3 純扭構(gòu)件開裂后性能箍筋拉應(yīng)變)10(6s扭矩T(kNm)TuTcr扭轉(zhuǎn)角（deg/m）混凝土第五章5.1.1 5.1.1 矩形截面純扭構(gòu)件的開裂扭矩矩形截面純扭構(gòu)件的開裂扭矩試驗表明：當(dāng)tpft長邊中點先裂，然后延伸至上、下短邊，形成三面受拉，一面受壓的空

4、間扭曲面、脆性破壞。圖5-4 矩形截面受扭構(gòu)件T tp鋼筋砼受扭構(gòu)件開裂前鋼筋中的應(yīng)力很小，可按純扭構(gòu)件分析?；炷恋谖逭聫椥苑治觯?3(6)3(622maxbhbfbhbfTttcr認(rèn)為材料塑性充分發(fā)展，全截面從表面至中心達(dá)到max所計算的扭矩抗力。52 若砼為彈性材料，當(dāng)最大扭剪應(yīng)力或最大主拉應(yīng)力達(dá)到砼抗拉強度 ft 時，構(gòu)件開裂，開裂扭矩：hbafTtcr251 塑性分析矩稱為矩形截面抗扭抵抗其中tWbhb )3(62混凝土第五章圖5-5 扭剪應(yīng)力分布但混凝土即非彈性材料又非理想塑性材料，故實際梁的扭矩抗力按介于兩者之間的彈塑性材料考慮：素梁開裂扭矩計算公式：Tcr=0.7ftW t53

5、54對于矩形截面：)3(62bhbWt混凝土第五章5.1.2 5.1.2 鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的破壞特征鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的破壞特征1. 受扭鋼筋的配筋形式最理想的配筋方式是在靠近表面處設(shè)置呈45走向的螺旋形鋼筋， 因此，分解為豎向(箍筋)和水平(縱筋)組成抗扭骨架。圖5-6 抗扭骨架受扭 要配抗扭鋼筋開裂形成大約45方向的螺旋式裂縫施工不便反向扭矩失效但混凝土第五章2. 抗扭鋼筋配筋率對受扭構(gòu)件受力性能的影響 適筋構(gòu)件適筋構(gòu)件 部分超筋破壞部分超筋破壞 當(dāng)箍筋或縱筋數(shù)量過多時，開裂 抗扭鋼筋受力 T 鋼筋部分屈服 形成空間扭曲破壞面 當(dāng)縱筋和箍筋的配置適當(dāng)，開裂 抗扭鋼筋受力 T 鋼筋屈服形成

6、空間扭曲破壞面混凝土第五章T 破壞特征與縱筋和箍筋的數(shù)量有關(guān)開裂表面形成螺旋裂縫抗扭鋼筋受力當(dāng)縱筋和箍筋或其中之一過少時 當(dāng)縱筋和箍筋都配置過多，開裂 抗扭鋼筋受力T 鋼筋在砼壓碎時未屈服 少筋少筋破壞破壞超筋破壞超筋破壞 從以上分析，要破壞有征兆，且承載力高，材料充分利用、只能采用前兩種，應(yīng)采取措施避免后兩種 。同時要材料充分發(fā)揮作用，抗扭縱筋和箍筋應(yīng)合理搭配?；炷恋谖逭?. 縱向鋼筋和箍筋的配筋強度比值實驗表明：兩種鋼筋要有效發(fā)揮抗扭作用，應(yīng)控制兩者的 用量比。corsvsv1sdstsvsv1corsdstAAAAufSfSfufvlvl65為穩(wěn)妥起見，可限制 0.6 1.7設(shè)計時可取

7、 =（1.0 1.2）當(dāng)0.5 2.0 一般兩者可以發(fā)揮作用實驗表明： 受扭構(gòu)件縱筋與箍筋的配筋強度比混凝土第五章 變角空間桁架模型理論的基本假定： （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a； （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。混凝土第五章2. 抗扭鋼筋配筋率對受扭構(gòu)件受力性能的影響 適筋構(gòu)件適筋構(gòu)件 部分超筋構(gòu)件部分超筋構(gòu)件 當(dāng)箍筋或縱筋數(shù)量過多時，開裂 抗扭鋼筋受力 T 鋼筋部分屈服 形成空間扭曲破壞面 當(dāng)縱筋和箍筋的配置適當(dāng)，開裂 抗扭鋼筋受力 T 鋼筋屈服形成空間扭曲破壞面混凝土第

8、五章T 破壞特征與縱筋和箍筋的數(shù)量有關(guān)開裂表面形成螺旋裂縫抗扭鋼筋受力當(dāng)縱筋和箍筋或其中之一過少時 當(dāng)縱筋和箍筋都配置過多，開裂 抗扭鋼筋受力T 鋼筋在砼壓碎時未屈服 少筋構(gòu)件少筋構(gòu)件超筋構(gòu)件超筋構(gòu)件 從以上分析，要破壞有征兆，且承載力高，材料充分利用、只能采用前兩種，應(yīng)采取措施避免后兩種 。同時要材料充分發(fā)揮作用，抗扭縱筋和箍筋應(yīng)合理搭配。混凝土第五章3. 縱向鋼筋和箍筋的配筋強度比值實驗表明：兩種鋼筋要有效發(fā)揮抗扭作用，應(yīng)控制兩者的 用量比。corsvsv1sdstsvsv1corsdstAAAAufSfSfufvlv55 1.7時，取=1.7 當(dāng) = 1.2， 縱筋和箍筋的用量比最佳當(dāng)0

9、.5 2.0 一般兩者可以發(fā)揮作用實驗表明： 受扭構(gòu)件縱筋與箍筋的配筋強度比混凝土第五章相同時，縱筋和箍筋配筋量不同也對抗扭破壞形態(tài)有影響。橫軸代表箍筋的變化；縱軸代表破壞時扭矩的變化。混凝土第五章5.1.3 5.1.3 純扭構(gòu)件承載力計算理論純扭構(gòu)件承載力計算理論變角度空間桁架模型變角度空間桁架模型斜彎曲破壞破壞理論斜彎曲破壞破壞理論 假想為一箱形截面構(gòu)件，具有螺旋形裂縫的混凝土外殼、縱筋和箍筋共同地組成空間桁架，抵抗外扭矩的作用。 截取破壞面為隔離體，按力學(xué)平衡關(guān)系導(dǎo)出受扭承載力計算公式?；炷恋谖逭聢D6-8 變角度空間桁架模型變變角角度度空空間間桁桁架架模模型型混凝土第五章 變角空間桁架

10、模型理論的基本假定： （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a； （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?；炷恋谖逭颅h(huán)向剪力流coruATtq2tan FNcotcot2cot2111vcorsvsvvcorsvsvvcorsvsvSUfASbfAShfAN由側(cè)壁的剪力流引起的桁架各桿件內(nèi)力圖sdstfAF vcorsvsvuSAfAT12最終導(dǎo)出其中corsvsvvsdstUfASfA1混凝土第五章圖6-7 模型斜斜彎彎曲曲破破壞壞理理論論基本假定：1、假定通過扭曲裂面的縱向鋼筋、箍筋在構(gòu)件

11、破壞時達(dá)到了其屈服強度；2、受壓區(qū)高取近似取兩倍保護層厚度；3、混凝土的抗扭能力忽略不計，扭矩全由鋼筋承擔(dān)。4、假定抗扭縱筋沿構(gòu)件核心周邊對稱、均勻布置，抗扭箍筋沿軸線軸線方向等距離布置。混凝土第五章5.1.4 5.1.4 公路橋規(guī)公路橋規(guī)規(guī)定矩形截面純扭構(gòu)件承載力計算方法規(guī)定矩形截面純扭構(gòu)件承載力計算方法 總的扭矩Tu由混凝土承擔(dān)的扭矩Tc和鋼筋承擔(dān)的扭矩Ts兩部分承擔(dān)。vcorsvsvttdudSAAfWfTT102 . 135. 0公式的適用條件：避免少筋避免完全超筋 值應(yīng)符合0.6 1.7的要求， 當(dāng) 1.7時，取=1.7。 kcutdfWT,301051. 0tdtdfWT30105

12、0. 0混凝土第五章彎矩作用顯著即扭彎比較小時，彎型破壞，見圖（a） ：（a）扭矩作用顯著即扭彎比及扭剪比均較大、構(gòu)件頂部縱筋少于底部縱筋時，底部扭型破壞見圖（b）：（b）剪力和扭矩起控制作用裂縫先在側(cè)面出現(xiàn)后，向頂面和底面擴展，剪扭型破壞，見圖（c）：（c）5.2.1. 5.2.1. 試驗研究及破壞形態(tài)試驗研究及破壞形態(tài)圖6-12 破壞類型彎剪扭構(gòu)件承載力計算彎剪扭構(gòu)件承載力計算5.2混凝土第五章corv1svsvttdt0AA2 .135.0SfWfTTud618（1）剪扭構(gòu)件的受剪承載力（2）剪扭構(gòu)件的受扭承載力t 剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系數(shù)05 . 015 . 1bhTWVdtd

13、t6195.2.2. 5.2.2. 按按規(guī)范規(guī)范的剪扭構(gòu)件配筋計算方法的剪扭構(gòu)件配筋計算方法svsvkcutudffpbhVV,0310)6 . 02(20)210(混凝土第五章公式上限公式下限配箍率要滿足kcutddfWTbhV,30001051. 0tdtddfWTbhV30001051. 0ccffsdcdtsvsv)0055. 0)(12(min,縱筋配筋率要滿足sdcdtstststffbhA) 12(08. 0min,min,受扭符合下式時，可不計算抗扭計算，按構(gòu)造要求配筋即可（3）彎剪扭構(gòu)件的共同作用配筋計算參見教材p120混凝土第五章圖5-10 T形、I形截面的矩形劃分方法 將截面分成幾個矩形截面進行配筋計算，劃分原則：先滿足腹板截面的完整性，在劃分受壓翼緣和受拉翼緣的面積，如下圖示：T形和形和I形受扭構(gòu)件形受扭構(gòu)件5.2混凝土第五章各矩形截面所承擔(dān)扭矩設(shè)計值的確定：腹板：dttwwdTWWT59受壓翼緣：受拉翼緣：dttffdTWWT510511dttffdTWWT混凝土第五章)(22hfftfbbhW514)3(62hhtwbhbW512)(22 bbhWfftf513截面的總受扭塑性抵抗矩為：tftftwtWWWW515 T形、I