钢筋混凝土结构设计受扭构件扭曲截面受力性能与设计.pptx

n 结构工程中扭转的分类n 平衡扭矩(equilibrium torsion)n 协调扭矩(compatibility torsion)T=HeHeH平衡扭矩协调扭矩第1页/共36页p 试验研究分析建立受扭计算模型p 开裂扭矩的计算p 纯扭构件的受扭承载力第2页/共36页n 素混凝土纯扭构件的受扭性能试验研究分析TT45oABCDABCDn 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截面上的应力分布空间扭曲破坏面第3页/共36页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n 受扭箍筋n 破坏形态n 少筋受扭破坏n 当钢箍与纵筋配置过少，或箍筋间距过大，其破坏与素混凝土构件破坏相似，呈脆性破坏，称为少筋受扭破坏。n 适筋受扭破坏n 当箍筋与纵筋适当时，发生适筋受扭破坏；纵筋，箍筋先屈服，后混凝土被压碎。n 部分超筋受扭破坏n 当钢箍和纵筋中一种配置合适，另一种配置过多，称为部分超筋受扭破坏。n 完全超筋受扭破坏n 当两种钢筋均过量时，混凝土被压碎，为脆性破坏，称为超筋受扭破坏。试验研究分析第4页/共36页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n 裂缝转角不等于45度n 受扭钢筋均能屈服n 有临界斜裂缝n 钢筋先屈服，混凝土后压坏n 属于塑性破坏fyfyfyvfyv临界斜裂缝纵筋与箍筋均能够达到屈服钢筋混凝土受扭构件的裂缝试验研究分析第5页/共36页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，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。n 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纯扭构件的开裂扭矩第6页/共36页n 矩形截面纯扭构件n 开裂扭矩Tcr的计算纯扭构件的开裂扭矩h-bbb/2b/2第7页/共36页n 矩形截面纯扭构件n 规范中开裂扭矩Tcr的取值 其中系数0.7综合反映了混凝土塑性发挥的程度和双轴应力下混凝土强度降低的影响。n 修正系数取值的几个原因p 混凝土并非理想塑性；p 在拉压复合应力作用下，混凝土的抗拉强度低于单向受拉时的抗拉强度；p 对于素混凝土，取值0.870.97；p 对于钢筋混凝土，取值0.861.06。纯扭构件的开裂扭矩第8页/共36页hbhfbfhbhfbfhfn T形和I形截面纯扭构件n 为简化计算，可将T形和I形截面分成若干个矩形截面n 整截面的Wt为各分块矩形Wt之和n 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 纯扭构件的开裂扭矩第9页/共36页n 纯扭构件力学模型的发展n 1929年，德国人Rausch.E在其博士论文“Design of Reinforced Concrete in Torsion”中首先提出了空间桁架模型。n 1945年，瑞典人H.Nylander提出了视混凝土为理想塑性材料的塑性理论计算方法。n 1958年，前苏联人提出了扭面平衡法。n 1968年，Lampert,P.与 Thurlimann,B.在论文“Torsion Tests on Reinforced Concrete Beams”中提出了变角空间桁架模型。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 钢筋混凝土实心构件与空心构件极限扭矩基本相同，因而可简化为箱形截面。n 空间桁架模型认为混凝土沿450的斜杆，变角空间桁架模型认为此角是变化的。第10页/共36页n 变角空间桁架模型ssbcorhcor纯扭构件的受扭承载力hcorVhChChVhVbCb第11页/共36页n 变角空间桁架模型纯扭构件的受扭承载力截面核心区部分的周长受扭纵筋与受扭箍筋的配筋强度比构件受扭承载力核心区的面积第12页/共36页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。纯扭构件的受扭承载力第13页/共36页n 矩形截面纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力n系数可由试验实测数据确定;n 考虑到设计应用上的方便规范采用一根略为偏低的直线表达式。0.51.01.52.02.53.00.51.01.52.02.50第14页/共36页n设计时取 较为合理。n 矩形截面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：n为保证受扭纵筋与箍筋都能达到屈服，混凝土规范规定n T形和I形截面纯扭构件的扭矩分配n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矩形块。第15页/共36页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第16页/共36页p 压弯剪扭的相关性p 复合受扭的受力性能p 复合受扭的计算方法第17页/共36页n 剪扭承载力相关关系剪扭构件承载力计算0.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0n剪力的存在使混凝土的抗扭承载力降低；n 扭矩的存在使混凝土的抗剪承载力降低；n 混凝土剪扭相关关系大致符合1/4圆的规律；混凝土剪扭承载力相关关系第18页/共36页剪扭构件承载力计算n 矩形截面剪扭承载力计算A00.51.00.51.01.51.5n规范对于剪扭相关性的简化处理；n 设=Vc/Vco为混凝土受剪承载力降低系数；n 设t=Tc/Tco为混凝土受扭承载力降低系数。Tc0.5Tco 时，混凝土的受剪承载力不降低Vc0.5Vco 时，混凝土的受扭承载力不降低第19页/共36页n 矩形截面剪扭承载力计算剪扭构件承载力计算结构抗力的比值与外荷载作用效应比值近似相同第20页/共36页n 矩形截面剪扭承载力计算剪扭构件承载力计算n 矩形截面一般剪扭构件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：第21页/共36页n 弯扭承载力相关关系n 破坏特征及承载力与T/M、截面尺寸、配筋形式及数量等 因素有关。n 弯扭构件的破坏模式n 扭型破坏n 弯型破坏n 弯扭型破坏n规范用简单的叠加法进行弯扭构件的承载力计算弯扭构件承载力计算hbAsm T+Asm+Astl/3Astl/3Astl/3 T=第22页/共36页n 截面尺寸限制条件弯剪扭构件承载力计算n 为避免完全超筋的最小截面尺寸要求：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。第23页/共36页n 构造配筋要求弯剪扭构件承载力计算n 当截面尺寸符合下列要求时，可不进行承载力计算，只须按构造要求配筋。n 箍筋的最小配箍率要求：n 纵筋的最小配筋率要求：第24页/共36页n 弯剪扭构件承载力计算弯剪扭构件承载力计算n 混凝土规范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；n 弯扭不考虑相关性，计算结果直接叠加。n 具体过程为：n 纵向钢筋分别按受弯构件的正截面受弯承载力和剪扭构件的受扭承载力计算，纵筋面积进行叠加；n 箍筋分别按剪扭构件的受剪和受扭承载力计算，箍筋面积进行叠加。第25页/共36页n 例：承受均布荷载的T形截面梁，截面尺寸如下图所示，作用于梁截面上的弯矩、剪力和扭矩分别为M=293kN.m，V=210kN，T=20kN.m。混凝土强度等级为C30，纵筋采用HRB400级，箍筋采用HPB235级，求箍筋和纵筋用量。弯剪扭构件承载力计算600300100500n 解：第26页/共36页弯剪扭构件承载力计算1.验算截面尺寸所以，截面尺寸满足要求。2.验算是否按构造配筋所以必须按计算确定钢筋数量。第27页/共36页弯剪扭构件承载力计算3.判别腹板配筋是否可忽略剪力V或者扭矩T所以，不能忽略剪力和扭矩的影响。4.扭矩的分配5.确定箍筋的数量第28页/共36页弯剪扭构件承载力计算对腹板矩形第29页/共36页弯剪扭构件承载力计算取箍筋间距为120mm，相应的配筋率为腹板采用双肢箍筋(n=2)，腹板上单肢箍筋所需截面面积为：选用箍筋直径为10,Asv1=78.5mm2，则：满足要求。6.腹板纵筋计算 1)配置在梁截面弯曲受拉区的纵向钢筋截面面积，先按下式判别T形截面类型:第30页/共36页弯剪扭构件承载力计算该截面属第一类T形截面，应按bfh矩形截面计算满足要求。第31页/共36页弯剪扭构件承载力计算因为T/(Vb)=20106/(210103300)=0.3170.191%,可见满足要求。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第34页/共36页弯剪扭构件承载力计算选用410(Astl=314mm2)受扭纵筋面积计算220122410210200，和梁截面宽度410配筋图如下所示.第35页/共36页感谢您的观看。第36页/共36页