《混凝土结构设计原理第8章受扭构件扭曲截面受力性能与设计ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构设计原理第8章受扭构件扭曲截面受力性能与设计ppt课件（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第8章8.1 一般说明8.2 纯扭构件的受力性能和扭曲截面承载力计算8.3 复合受扭构件承载力计算 平衡扭转平衡扭转 协调扭转协调扭转n 结构工程中扭转的分类n 平衡扭转平衡扭转 (equilibrium torsion)：n 协调扭转协调扭转(compatibility torsion)T=HeHeH平衡扭转平衡扭转协调扭转协调扭转平衡扭距和协调扭距n平衡扭转平衡扭转：由荷载作用直接引起的，可用结构的平衡条件求：由荷载作用直接引起的，可用结构的平衡条件求得。得。 n协调扭转协调扭转：由于超静定结构构件之间的连续性，在某些构件由于超静定结构构件之间的连续性，在某些构件中引起的扭转。中引起的扭
2、转。 次梁梁端次梁梁端由于主梁的弹性约束作用而引起由于主梁的弹性约束作用而引起的负弯矩的负弯矩，该负弯矩，该负弯矩即即为主梁所承受的扭矩作用为主梁所承受的扭矩作用。p 试验研究分析试验研究分析建立受扭计算模建立受扭计算模型型p 开裂扭矩的计算开裂扭矩的计算p 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力n 素混凝土纯扭构件的受扭性能8.2.1 试验研究分析试验研究分析TT45oABCDABCDn 截面上的应力分布截面上的应力分布n 三面开裂，一面受压的空间扭曲破坏面三面开裂，一面受压的空间扭曲破坏面截面上的应力分布截面上的应力分布空间扭曲破坏面空间扭曲破坏面8.2.1 试验研究分析n素混凝土纯扭构
3、件素混凝土纯扭构件的受扭性能的受扭性能 构件长边中点首先出现沿构件长边中点首先出现沿45度方向的斜裂缝度方向的斜裂缝 延伸至顶面和底面延伸至顶面和底面 形成三面开裂、一面受压的空间斜曲面形成三面开裂、一面受压的空间斜曲面 受压面混凝土压坏受压面混凝土压坏 扭断破坏扭断破坏 n 钢筋混凝土纯扭构件的受扭性能n 受扭钢筋n 受扭纵筋受扭纵筋n 受扭箍筋受扭箍筋n 破坏形态n 少筋受扭破坏少筋受扭破坏n 当当受受扭扭箍箍筋筋与与纵纵筋筋或或其其中中之之一一配配置置过过少少时时，混混凝凝土土一一开开裂裂，受受扭扭钢钢筋筋应应力力立立即即达达到到屈屈服服强强度度，其其破破坏坏与与素素混混凝凝土土构件破坏
4、相似，呈脆性破坏，称为构件破坏相似，呈脆性破坏，称为少筋受扭破坏少筋受扭破坏。n 适筋受扭破坏适筋受扭破坏n 当当箍箍筋筋与与纵纵筋筋配配筋筋量量适适当当时时，主主裂裂缝缝中中的的纵纵筋筋和和箍箍筋筋应应力力先先达达到到屈屈服服强强度度，主主裂裂缝缝迅迅速速开开展展，使使斜斜曲曲裂裂面面的的受受压压区混凝土被压碎区混凝土被压碎 而破坏，称为而破坏，称为适筋受扭破坏适筋受扭破坏 。 8.2.1试验研究分析试验研究分析8.2.1 试验研究分析n部分超筋受扭破坏 当箍筋和纵筋中当箍筋和纵筋中一种配置合适，另一种配置过多一种配置合适，另一种配置过多，称为，称为部分超筋受扭破坏。破坏时部分超筋受扭破坏。
5、破坏时一种钢筋未屈服，而另一种钢一种钢筋未屈服，而另一种钢筋早已屈服筋早已屈服，构件因混凝土被压坏而破坏构件因混凝土被压坏而破坏。n完全超筋受扭破坏完全超筋受扭破坏 当两种钢筋当两种钢筋均过量时均过量时，破坏时两种钢筋均未屈服，混凝，破坏时两种钢筋均未屈服，混凝土被压碎，为脆性破坏，称为超筋受扭破坏。土被压碎，为脆性破坏，称为超筋受扭破坏。n 钢筋混凝土纯扭构件的受扭性能n 适筋受扭的破坏过程的特点适筋受扭的破坏过程的特点n 斜裂缝角不等于斜裂缝角不等于45度度n 受扭钢筋均能屈服受扭钢筋均能屈服n 有临界斜裂缝有临界斜裂缝n 钢筋先屈服，混凝土后压坏钢筋先屈服，混凝土后压坏n 属于塑性破坏属
6、于塑性破坏fyfyfyvfyv临界斜裂缝临界斜裂缝纵筋纵筋与与箍筋箍筋均能够达到屈服均能够达到屈服钢筋混凝土受扭构件的裂缝钢筋混凝土受扭构件的裂缝8.2.1试验研究分析试验研究分析8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩n弹性受扭构件的受力特点弹性受扭构件的受力特点 变变形不符合平截面假定；形不符合平截面假定； 截面上剪应力分布为曲线；截面上剪应力分布为曲线； 四角处的剪应力为零；四角处的剪应力为零； 最大剪应力在截面长边的中点。最大剪应力在截面长边的中点。n开裂扭距 混混凝土开裂前表现出受拉塑性；凝土开裂前表现出受拉塑性； 假定混凝土开裂前为理想塑性材料（截面上各点的剪应力均达假定混凝土开裂前为理想塑
7、性材料（截面上各点的剪应力均达到混凝土的抗拉强度后构件才开裂）；到混凝土的抗拉强度后构件才开裂）； 假定剪应力走向与弹性分析结果相同。假定剪应力走向与弹性分析结果相同。 hbn 矩形截面纯扭构件n 开裂扭矩的计算n 开裂时混凝土的拉应变很小，因此，钢筋的应力也很小，开裂时混凝土的拉应变很小，因此，钢筋的应力也很小，对提高开裂荷载作用不大，在进行开裂扭矩计算时可忽略钢筋对提高开裂荷载作用不大，在进行开裂扭矩计算时可忽略钢筋的影响。的影响。n 开裂前截面剪应力的分布开裂前截面剪应力的分布45o45o45oh-bbb/2b/2截面剪应力分布简化模式截面剪应力分布简化模式8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩
8、纯扭构件的开裂扭矩n 矩形截面纯扭构件n 开裂扭矩开裂扭矩Tcr的计算的计算8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩纯扭构件的开裂扭矩h-bbb/2b/2n 矩形截面纯扭构件n 规范规范中开裂扭矩中开裂扭矩Tcr的取值的取值其中系数其中系数0.7综合反映了混凝土塑性合反映了混凝土塑性发挥的程度和双的程度和双轴应力下力下混凝土混凝土强强度降低的影响度降低的影响。n 修正系数取值的几个原因p 混凝土并非理想塑性；混凝土并非理想塑性；p 在拉在拉压复合复合应力作用下，混凝土的抗拉力作用下，混凝土的抗拉强强度低于度低于单 向受拉向受拉时的抗拉的抗拉强强度；度；p 对于素混凝土，取于素混凝土，取值0.870.97
9、；p 对于于钢筋混凝土，取筋混凝土，取值0.861.06。8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩纯扭构件的开裂扭矩hbhfbfhbhfbfhfn T形和I形截面纯扭构件n 为简化计算，可将为简化计算，可将T形和形和I形截面分成若干个矩形截面形截面分成若干个矩形截面n 整截面的整截面的Wt为各分块矩形为各分块矩形Wt之和：之和：n 分块原则是：首先满足较宽矩形部分的完整性分块原则是：首先满足较宽矩形部分的完整性n Wt的计算方法的计算方法 8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩纯扭构件的开裂扭矩8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩nT T形、形、I I形截面纯扭构件形截面纯扭构件8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩n箱型截
10、面纯扭构件箱型截面纯扭构件 截面受扭塑性抵抗矩应按整体截面计算截面受扭塑性抵抗矩应按整体截面计算 开裂扭距n开裂扭矩计算开裂扭矩计算n受扭塑性抵抗矩受扭塑性抵抗矩 矩形截面矩形截面 T、I形截面形截面 箱型截面箱型截面 n 纯扭构件力学模型的发展n 1929年年 ， 德德 国国 人人 Rausch. E在在 其其 博博 士士 论论 文文 “Design of Reinforced Concrete in Torsion” 中首先提出了中首先提出了空间桁架模型空间桁架模型。n 1945年年，瑞瑞典典人人H.Nylander提提出出了了视视混混凝凝土土为为理理想想塑塑性性材材料的料的塑性理论计算方
11、法塑性理论计算方法。n 1958年，前苏联人提出了年，前苏联人提出了扭面平衡法扭面平衡法。n 1968年年，Lampert, P. 与与 Thurlimann, B.在在论论文文 “Torsion Tests on Reinforced Concrete Beams”中提出了中提出了变角空间桁架模型。变角空间桁架模型。8.2.3 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力n 空间桁架模型与变角空间桁架模型n 钢钢筋筋混混凝凝土土实实心心构构件件与与空空心心构构件件极极限限扭扭矩矩基基本本相相同同，因因而而可简化为箱形截面。可简化为箱形截面。n 空空间间桁桁架架模模型型认认为为混混凝凝土土沿沿45
12、0的的斜斜杆杆，变变角角空空间间桁桁架架模模型认为此角是变化的。型认为此角是变化的。8.2.3 纯扭构件的受扭承载力n变角空间桁架模型变角空间桁架模型 抗扭纵筋为空间桁架的抗扭纵筋为空间桁架的弦杆弦杆； 抗扭箍筋为空间桁架的抗扭箍筋为空间桁架的腹杆腹杆； 裂缝间的混凝土为空间桁架的裂缝间的混凝土为空间桁架的斜压杆斜压杆。n 变角空间桁架模型ssbcorhcor8.2.3 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力hcorVhChChVhVbCbn 变角空间桁架模型8.2.3 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力截面核心区截面核心区部分的周长部分的周长受扭纵筋与受扭箍筋的配受扭纵筋与受扭箍筋的
13、配筋强度比筋强度比构件受扭承载力构件受扭承载力核心区的面积核心区的面积8.2.3 纯扭构件的受扭承载力n变角空间桁架模型n 沿截面核心周长单位长度内沿截面核心周长单位长度内的抗扭纵筋强度与的抗扭纵筋强度与沿构件长度沿构件长度方向单位长度内方向单位长度内的单侧抗扭箍筋强度之间的比值。的单侧抗扭箍筋强度之间的比值。 受扭的纵向钢筋与箍筋的受扭的纵向钢筋与箍筋的配筋强度比值配筋强度比值。n 矩形截面纯扭构件的受扭承载力n 变角空间桁架模型与试验结果存在差异;n混凝土规范参考了桁架模型，并认为受扭承载力Tu由混凝土的抗扭作用Tc与抗扭钢筋的作用Ts共同组成。8.2.3 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受
14、扭承载力n 矩形截面纯扭构件的受扭承载力8.2.3 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力n系系数数可可由由试试验验实实测测数据确定数据确定;n 考考虑虑到到设设计计应应用用上上的的方方便便规规范范采采用用一一根根略为偏低的直线表达式略为偏低的直线表达式。0.51.01.52.02.53.00.51.01.52.02.50n设计时取 较为合理。n 矩形截面纯扭构件的受扭承载力8.2.3 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力n承载力设计表达式承载力设计表达式：n为保保证证受受扭扭纵纵筋筋与与箍箍筋筋都都能能达达到到屈屈服服，混混凝凝土土规规范范规规定定n T形和I形截面纯扭构件的扭矩分配n
15、总扭矩总扭矩按照各单块矩形截面受扭塑性抵抗矩的比例分配给各按照各单块矩形截面受扭塑性抵抗矩的比例分配给各矩形块矩形块。对每一矩形块，按纯扭公式计算（每一矩形块，按纯扭公式计算（解决问题的思路解决问题的思路）8.2.3 纯扭构件的受扭承载力n箱型截面纯扭构件箱型截面纯扭构件 整体整体性强，与矩形截面相似，仅需考虑壁厚的影响。性强，与矩形截面相似，仅需考虑壁厚的影响。 箱形箱形截面壁厚影响系数截面壁厚影响系数 按的实心矩形截面计算。按的实心矩形截面计算。 n 工程中纯扭构件很少，大多为复合受扭n 压、弯、剪、扭之间相互影响的性质称为相关性n 规范采用部分相关、部分叠加的计算方法复合受扭复合受扭件承
16、载力计算件承载力计算p 压弯剪扭的相关性压弯剪扭的相关性p 复合受扭的受力性能复合受扭的受力性能p 复合受扭的计算方法复合受扭的计算方法n 剪扭承载力相关关系8.3.1 剪剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算0.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0n剪剪力力的的存存在在使使混混凝凝土土的的抗抗扭扭承承载载力降低；力降低；n 扭扭矩矩的的存存在在使使混混凝凝土土的的抗抗剪剪承承载载力降低；力降低；n 混混凝凝土土剪剪扭扭相相关关关关系系大大致致符符合合1/4圆的规律。圆的规律。混凝土剪扭承载力相关关系混凝土剪扭承载力相关关系8.3.1 剪剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算n
17、矩形截面剪扭承载力计算A00.51.00.51.01.51.5n规规范范对对于于剪剪扭扭相相关关性性的的简简化处理；化处理；n 设设=Vc/Vco为为混混凝凝土土受受剪剪承承载载力降低系数；力降低系数；n 设设t=Tc/Tco为为混混凝凝土土受受扭扭承承载载力降低系数。力降低系数。Tc0.5Tco 时时，混混凝凝土土的的受剪承载力不降低受剪承载力不降低Vc0.5Vco 时时，混混凝凝土土的的受受扭扭承载力不降低承载力不降低n 矩形截面剪扭承载力计算8.3.1 剪剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算结结构构抗抗力力的的比比值值与与外外荷荷载载作作用用效效应比值近似相同应比值近似相同n 矩形截面剪扭
18、承载力计算8.3.1 剪剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算n 矩形截面矩形截面一般剪扭构件一般剪扭构件受剪及受扭承载力表达式分别为受剪及受扭承载力表达式分别为：n 对集中荷载作用下的独立剪扭构件8.3.1 剪扭构件承载力计算小 结n计算模式计算模式 部分相关部分相关：对混凝土考虑剪扭相关关系：对混凝土考虑剪扭相关关系 部分叠加部分叠加： 按纯剪构件计算受剪所需要箍筋；按纯剪构件计算受剪所需要箍筋； 按纯扭构件计算受扭所需要箍筋和纵筋；按纯扭构件计算受扭所需要箍筋和纵筋； 叠加配置。叠加配置。n 弯扭承载力相关关系n规范规范用简单的用简单的叠加法叠加法进行弯扭构件的承载力计算进行弯扭构件的承载力
19、计算 纵筋：受弯纵筋纵筋：受弯纵筋( (受弯构件计算受弯构件计算)+)+受扭纵筋受扭纵筋( (纯扭构件计算纯扭构件计算) ) 箍筋：受扭箍筋箍筋：受扭箍筋( (纯扭构件计算纯扭构件计算) )8.3.2 弯弯扭构件承载力计算扭构件承载力计算hbAsm T+Asm+Astl/3Astl/3Astl/3 T=n 截面尺寸限制条件8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算n 为避免完全超筋的最小截面尺寸要求为避免完全超筋的最小截面尺寸要求：n 不满足上述条件时，应加大截面尺寸可提高混凝土强度等级。不满足上述条件时，应加大截面尺寸可提高混凝土强度等级。n纯扭构件：纯扭构件：n 构造配筋要求8.
20、3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算n 当截面尺寸符合下列要求时，可不进行承载力计算，只须按当截面尺寸符合下列要求时，可不进行承载力计算，只须按构造要求配筋。构造要求配筋。n 箍筋的最小配箍率要求：箍筋的最小配箍率要求：n 纵筋的最小配筋率要求纵筋的最小配筋率要求：n 弯剪扭构件承载力计算8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算n 混凝土规范混凝土规范对弯剪扭构件的简化设计方法为：对弯剪扭构件的简化设计方法为：n 剪扭计算时考虑混凝土的剪扭相关性；剪扭计算时考虑混凝土的剪扭相关性；n 弯扭不考虑相关性，计算结果直接叠加。弯扭不考虑相关性，计算结果直接叠加。n 具体过程为
21、：具体过程为：n 纵纵向向钢钢筋筋分分别别按按受受弯弯构构件件的的正正截截面面受受弯弯承承载载力力和和剪剪扭扭构构件的受扭承载力计算，纵筋面积进行叠加；件的受扭承载力计算，纵筋面积进行叠加；纵筋：纵筋：受弯纵筋受弯纵筋+受扭纵筋受扭纵筋n 箍箍筋筋分分别别按按剪剪扭扭构构件件的的受受剪剪和和受受扭扭承承载载力力计计算算，箍箍筋筋面面积进行叠加。积进行叠加。 箍筋：箍筋：受剪箍筋受剪箍筋+受扭箍筋受扭箍筋8.3.3 压弯剪扭构件承载力计算n压扭矩形截面承载力计算 轴压力的作用：轴压力的作用： 减少了纵筋的拉应变；减少了纵筋的拉应变； 抑制了斜裂缝的出现与开展；抑制了斜裂缝的出现与开展； 增强了混
22、凝土的骨料咬合作增强了混凝土的骨料咬合作用用 计算公式计算公式 当当N0.3fc A时，取时，取N=0.3fc A 8.3.4 压弯剪扭构件承载力计算n压弯剪扭矩形截面框架柱承载力计算n受剪承载力受剪承载力n受扭承载力受扭承载力n纵筋和箍筋数量纵筋和箍筋数量 纵筋：纵筋：按偏压构件正截面承载力计算按偏压构件正截面承载力计算布置在相应位置布置在相应位置 按剪扭构件受扭承载力计算按剪扭构件受扭承载力计算布置在相应位置布置在相应位置 箍筋箍筋：按剪扭构件受扭和受剪承载力分别计算，叠加配置按剪扭构件受扭和受剪承载力分别计算，叠加配置8.3.5 拉弯剪扭矩形截面构件承载力计算n拉扭矩形截面承载力计算拉扭
23、矩形截面承载力计算 在拉扭构件中，轴向拉力的存在明显地增大了纵筋的拉应变，加速了斜裂缝的出现与开展，减小了混凝土的骨料咬合作用，从而降低了构件的受扭承载力。 拉扭构件的受扭承载力： N为与扭矩设计值为与扭矩设计值T相应的轴向拉力设计值，当相应的轴向拉力设计值，当N 1.75f t A时，取时，取N = 1.75f t A。8.3.5 拉弯剪扭矩形截面构件承载力计算n拉弯剪扭矩形截面框架柱承载力计算拉弯剪扭矩形截面框架柱承载力计算 在拉弯剪扭矩形截面框架柱中，轴向拉力主要降低了混凝土的受剪及受扭承载力。矩形截面钢筋混凝土框架柱的受剪扭承载力按下列公式计算： 受剪承载力 受扭承载力 n 例例：承承
24、受受均均布布荷荷载载的的T形形截截面面梁梁，截截面面尺尺寸寸如如下下图图所所示示，作作用用于于梁梁截截面面上上的的弯弯矩矩、剪剪力力和和扭扭矩矩分分别别为为M=293kN.m，V=210kN，T=20kN.m。混混凝凝土土强强度度等等级级为为C30，纵纵筋筋采采用用HRB400级级，箍箍筋筋采采用用HPB235级级，求求箍箍筋筋和和纵纵筋筋用用量量。8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算600300100500n 解：解：8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算1 1. . 验算截面尺寸验算截面尺寸所以，截面尺寸满足要求。所以，截面尺寸满足要求。2. 2. 验算是否按
25、构造配筋验算是否按构造配筋所以必须按计算确定钢筋数量。所以必须按计算确定钢筋数量。8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算3. 3. 判别腹板配筋是否可忽略剪力判别腹板配筋是否可忽略剪力V或者扭矩或者扭矩T所以，不能忽略剪力和扭矩的影响。所以，不能忽略剪力和扭矩的影响。4. 扭矩的分配扭矩的分配5. . 确定箍筋的数量确定箍筋的数量8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算对腹板矩形对腹板矩形8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算取箍筋间距为取箍筋间距为120mm，相应的配筋率为，相应的配筋率为腹板采用双肢箍筋腹板采用双肢箍筋(n=2)，腹板上单肢箍筋所需截
26、面面积为：，腹板上单肢箍筋所需截面面积为：选用箍筋直径为选用箍筋直径为10, Asv1=78.5mm2，则：则：满足要求。满足要求。6. 6. 腹板纵筋计算腹板纵筋计算 1) 配配置置在在梁梁截截面面弯弯曲曲受受拉拉区区的的纵纵向向钢钢筋筋截截面面面面积积，先先按按下下式式判判别别T形形截截面面类型类型: :8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算该截面属第一类该截面属第一类T形截面，应按形截面，应按bfh矩形截面计算矩形截面计算满足要求。8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算因为因为T/(Vb)=20106/(210103300)=0.3170.191%,可见满足要求。可见满足要求。7. 7. 翼缘受扭钢筋计算，可不考虑剪力作用而按纯扭构件计算翼缘受扭钢筋计算，可不考虑剪力作用而按纯扭构件计算8.3.3 弯剪弯剪扭构件承载力计算扭构件承载力计算选用选用410(Astl=314mm2)受扭纵筋面积计算受扭纵筋面积计算220122410210200，和梁截面宽度410配筋图如下所示配筋图如下所示. .ThanksThanks2024/7/257/25/2024
