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.ppt
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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型建立受扭计算模型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 当受扭箍筋与纵筋或其中之一配置过少时当受扭箍筋与纵筋或其中之一配置过少时,混凝土一开,混凝土一开裂,受扭钢筋应力立即达到屈服强度,其破坏与素混凝土裂,受扭钢筋应力立即达到屈服强度,其破坏与素混凝土构
4、件破坏相似,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 当箍筋与纵筋配筋量适当时当箍筋与纵筋配筋量适当时,主裂缝中的纵筋和箍筋应,主裂缝中的纵筋和箍筋应力先达到屈服强度,主裂缝迅速开展,使斜曲裂面的受压力先达到屈服强度,主裂缝迅速开展,使斜曲裂面的受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
5、筋受扭破坏。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
6、于塑性破坏属于塑性破坏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假定混凝土开裂
7、前为理想塑性材料(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);达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,对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。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45omax45o45oh-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
8、纯扭构件的开裂扭矩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/2121222 322bbbhb 224bbhb2max1224242 232121222 322crbbbbThbbbbhb 21242 232bb2max36crbThbmaxtptf构件开裂时,crttTfW2 36tbWhb截面受扭塑性抵抗矩n 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0.7crttTf W其中系数其中系数0.7综合反映了混凝土塑性发挥的程度和双轴应力下综合反映了混凝土塑性发挥的程度和双
9、轴应力下混凝土强度降低的影响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;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;向受拉时的抗拉强度;p 对于素混凝土,取值对于素混凝土,取值0.870.97;p 对于钢筋混凝土,取值对于钢筋混凝土,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
10、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 twWtfWtfW223636ftfffffhWbhhbh22ftffhWbb22ftffhWbb236twbWhb8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩纯扭构件的开裂扭矩tt wt ft fWWWW0.7crttTf W8.2.2 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 22hwhthhwh
11、w(2)(3)3(2)66btbWhbhbt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 c rtt0.7Tf W2t(3)6bWhbtt wt ft fWWWW2tw(3)6bWhb2 ft ff()2hWbb22hwhthhwhw(2)(3)3(2)66btbWhbhbtn 纯扭构件力学模型的发展n 1929年,德国人年,德国人Rausch. E在其博士论文在其博士论文 “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 194
12、5年,瑞典人年,瑞典人H.Nylander提出了视混凝土为理想塑性材提出了视混凝土为理想塑性材料的料的塑性理论计算方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.在论文在论文 “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 钢筋混凝土实心构件与空心构件极限扭矩基本相同,因而钢筋混凝土实心构件与空
13、心构件极限扭矩基本相同,因而可简化为箱形截面。可简化为箱形截面。n 空间桁架模型认为混凝土沿空间桁架模型认为混凝土沿450的斜杆,变角空间桁架模的斜杆,变角空间桁架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hcor/tancorhVhCh11sintansintanst
14、corhhyvstcorbbyvAhVCfsAbVCfs24tanhbstlyVVFA f112tantantanstcorstcoryvyvstlyAhAbffssA f122tanyvstcorcorfAhbsChVhVbCbhcorbcorTV bV hn 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stlyA f 122tanyvstcorcorfAhbs121tanstyvcorstlyAf uA f s12yvstcoruf A ATs11tantanstcorstcoryvcoryvcorAhAbTf bf hss12tancstyvorAsATf11/s
15、tlystlystyvcorstyvcoruA f sA fAf uAfshcorbcorTV bV h11sintansintanstcorhhyvstcorbbyvAhVCfsAbVCfs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
16、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。yvst1ucor2f ATAsystcorystyvst1yvst1cor/llf Auf A sf Asf A un 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扭承载力sucTTT1cttTfW12yvstscorf ATAs112yvstttcoruf AATsfW112yvstucorttttf ATAfWfWs21.2n 矩形截面纯扭构件的受扭承载力8.2.3
17、 纯扭构件的受扭承载力纯扭构件的受扭承载力n系数可由试验实测系数可由试验实测数据确定数据确定;n 考虑到设计应用上的考虑到设计应用上的方便方便规范规范采用一根采用一根略为偏低的直线表达式略为偏低的直线表达式。10.350.51.01.52.02.53.00.51.01.52.02.50uttTfW1yvsvcorttf AAfWsn设计时取 较为合理。1.2n 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:10.351.2yvstuttcorf ATTfWAsn为保证受扭纵筋与箍筋都能达到屈服保证受扭纵筋与箍筋都能达到屈服,
18、混凝土规范混凝土规范规规定定0.61.7n T形和I形截面纯扭构件的扭矩分配;tftftwwfftttWWWTTTTTTWWWn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。 stluhtty
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