701純扭構(gòu)件的承載力計算TorsionStrengthforMembers沈陽工業(yè)大學(xué)多媒體輔助教學(xué)課程

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

DesignPrincipleforConcreteStructure701純扭構(gòu)件的承載力計算沈陽工業(yè)大學(xué)多媒體輔助教學(xué)課程

§5.1

受扭構(gòu)件的分類

§5.2受扭構(gòu)件的試驗研究

§5.3純扭構(gòu)件的承載力

§5.4剪扭共同作用下的構(gòu)件承載力計算

§5.5

彎剪扭構(gòu)件承載力計算

§5.6壓、彎、剪、扭作用下承載力計算

§5.7構(gòu)造要求本節(jié)習(xí)題第5章受扭構(gòu)件的扭曲截面承載力計算§5.1受扭構(gòu)件的分類本節(jié)習(xí)題第5章受扭構(gòu)純扭和復(fù)合受扭。

主要指梁與柱。受扭構(gòu)件的定義受扭構(gòu)件的破壞形式由此，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)引言§純扭和復(fù)合受扭。主要指梁與柱。受扭構(gòu)件的定義受扭構(gòu)件的破壞

本章主要講述鋼筋混凝土純扭構(gòu)件及復(fù)合受力構(gòu)件的扭曲截面承載能力。主要內(nèi)容為：純扭構(gòu)件的受力性能及破壞特點、配筋對破壞形態(tài)的影響、素混凝土純扭和鋼筋混凝土純扭的承載能力計算原理、配筋強度系數(shù)對承載能力及破壞狀態(tài)的影響、鋼筋混凝土受扭構(gòu)件扭曲截面承載能力計算公式、適用范圍與構(gòu)造要求、剪扭構(gòu)件的受力特點及剪扭相互影響規(guī)律、剪扭構(gòu)件、剪扭壓與剪扭拉構(gòu)件的受剪與受扭截面承載能力、壓（拉）彎剪扭構(gòu)件的縱向配筋與箍筋計算等。1、了解受扭構(gòu)件的分類、受力過程和破壞機理；2、掌握純扭構(gòu)件和復(fù)合受扭構(gòu)件的設(shè)計計算方法；3、熟悉受扭構(gòu)件的構(gòu)造要求。第5章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章主要講述鋼筋混凝土純扭構(gòu)件及復(fù)合受力構(gòu)件的扭曲截圖5-1平衡扭轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)圖例(a)(b)(c)(d)He0MT=He0H邊框架主梁次梁§5.1受扭構(gòu)件的分類

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，邊框架主梁圖5-1平衡扭轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)圖例(a)(b)(c)(d)H◆

構(gòu)件中的扭矩可以直接由荷載靜力平衡求出◆受扭構(gòu)件必須提供足夠的抗扭承載力，否則不能與作用扭矩相平衡而引起破壞?！敉ㄟ^計算保證平衡扭轉(zhuǎn)EquilibriumTorsion◆構(gòu)件中的扭矩可以直接由荷載靜力平衡求出平衡扭轉(zhuǎn)Equi在超靜定結(jié)構(gòu)，扭矩是由相鄰構(gòu)件的變形受到約束而產(chǎn)生的，扭矩大小與受扭構(gòu)件的抗扭剛度有關(guān)，稱為協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)。對于協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)，由于受扭構(gòu)件在受力過程中的非線性性質(zhì)，扭矩大小與構(gòu)件受力階段的剛度比有關(guān)，不是定值，需要考慮內(nèi)力重分布進行扭矩計算。通過受扭構(gòu)造保證協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)CompatibilityTorsion返回在超靜定結(jié)構(gòu)，扭矩是由相鄰構(gòu)件的變形受到約束而產(chǎn)生的，扭矩大平衡扭轉(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：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§5.2純扭構(gòu)件的試驗研究5.2.1純扭構(gòu)件的破壞形態(tài)試驗表明：T

tp

開裂前：主拉力最大值在長邊中間，主拉應(yīng)力與軸線呈45

角

開裂后：當(dāng)

tp>ft時，長邊中點裂縫

螺旋發(fā)展

三面開裂

混凝土壓壞，形成扭曲破壞面斜彎型破壞，屬脆性破壞。(1)素混凝土純扭構(gòu)件§5.2純扭構(gòu)件的試驗研究5.2.1純扭構(gòu)件的破壞形態(tài)試驗素混凝土純扭構(gòu)件一旦開裂很快破壞，受扭承載力很低。配筋后的混凝土構(gòu)件，其受扭承載力明顯提高。受扭

要配抗扭鋼筋開裂形成大約45°方向的螺旋式裂縫選用變角度空間桁架模型(2)鋼筋混凝土純扭構(gòu)件素混凝土純扭構(gòu)件一旦開裂很快破壞，受扭承載力很低。受扭要配

受扭鋼筋布筋要點：

受扭縱筋必須沿截面周邊對稱均勻布置；

受扭箍筋必須采用封閉箍筋；

兩種受扭鋼筋，必須合理搭配使用。(3)受扭鋼筋的布置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。施工不便反向扭矩失效但(3)受扭鋼筋的布置最理想的配筋方式是在靠近表面處設(shè)置呈452、適筋破壞

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(4)受扭構(gòu)件的四種破壞

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1、少筋破壞當(dāng)縱筋和箍筋合適2、適筋破壞當(dāng)縱筋和箍筋的配置

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4、完全超筋破壞

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。3、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)縱筋和箍筋都配置過多，開裂抗扭鋼實驗表明：兩種鋼筋要有效發(fā)揮抗扭作用，應(yīng)控制兩者的用量比?！?－1

＞1.7時，取

=1.7

當(dāng)

=1.2，縱筋和箍筋的用量比最佳當(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5.2.2

––縱向鋼筋和箍筋的配筋強度比值返回實驗表明：兩種鋼筋要有效發(fā)揮抗扭作用，應(yīng)控制兩者的…5－1彈性分析：若砼為塑性材料，全截面達到砼ft時為極限扭矩：

若砼為彈性材料，當(dāng)最大扭剪應(yīng)力或最大主拉應(yīng)力達到砼ft時，構(gòu)件開裂，開裂扭矩：…5－2塑性分析5.3.1純扭構(gòu)件的開裂扭矩配筋后的純扭構(gòu)件開裂前受扭鋼筋的應(yīng)力很小，因此在研究開裂扭矩時，可忽略鋼筋的影響，視為與素混凝土純扭構(gòu)件相似。tmax§5.3矩形截面純扭構(gòu)件的承載力彈性分析：若砼為塑性材料，全截面達到砼ft時為極限扭矩：

素梁開裂扭矩計算公式：Tcr=0.7ftWt…5－5…5－4對于矩形截面：◆

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(yīng)力分布介于彈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?！?/p>

為簡便實用，可按塑性應(yīng)力分布計算，并引入修正降低系數(shù)以考慮應(yīng)力非完全塑性分布的影響。◆

根據(jù)實驗結(jié)果，修正系數(shù)在0.87~0.97之間，《規(guī)范》為偏于安全起見，取0.7。于是，開裂扭矩的計算公式為，素梁開裂扭矩計算公式：Tcr=0.7ftWt…5－5…55.3.2《規(guī)范》規(guī)定的配筋計算方法

在彎矩、剪力和扭矩共同作用下，對hw/b≤6的矩形，hw/tw≥6的箱形截面和T形、I形截面（見圖）的受扭構(gòu)件扭曲截面承載力采用不同的計算方法：圖5-受扭構(gòu)件截面5.3.2《規(guī)范》規(guī)定的配筋計算方法在彎矩1.hw/b≤6的矩形截面…5-14圖5-公式與實驗比較2.hw/b≤6的箱形截面…5－6箱形截面受扭塑性抵抗扭為：

值應(yīng)符合0.6

1.7的要求，當(dāng)

＞1.7時，取

=1.7。

1.hw/b≤6的矩形截面…5-14圖5-公式與實)

sv,min(

0.28))

tl,min(

0.85)

ftfyvnAst1

bs

sv(

ftfyAstl

bh

tl(

3.公式的適用條件避免少筋避免完全超筋2．最小配筋率為避免少筋，受扭縱筋和受扭箍筋必須大于各自的最小配筋率；1.截面限制條件為了保證破壞時，混凝土不會首先壓碎破壞，因此必須限制最大配筋率。采用最小截面限制條件避免該情況。

hw/b(hw/tw)≤4,T≤0.2βcfcWt

hw/b(hw/tw)≥6,T≤0.16βcfcWt

當(dāng)4<hw/b<6時，按線性內(nèi)插法確定返回)sv,min(0.28))

本節(jié)習(xí)題：【拓展訓(xùn)練2