受扭构件的扭曲承载力.ppt

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1、第第5章章受扭构件承载力计算受扭构件承载力计算5.0概述概述一一.工程实例：吊车梁，框架结构的边梁，如图工程实例：吊车梁，框架结构的边梁，如图5-1。二二.扭转分类：扭转分类：1.平衡扭转平衡扭转静定受扭构件（如吊车梁）；静定受扭构件（如吊车梁）；2.协调扭转协调扭转超静定受扭构件（如边梁），超静定受扭构件（如边梁），与抗扭刚度有关，且会产生内力重分布。与抗扭刚度有关，且会产生内力重分布。15.1纯扭构件承载力计算纯扭构件承载力计算一一.受力特点受力特点1.开裂前符合材料力学的规律；开裂前符合材料力学的规律；2.混凝土即将开裂时，材料进入弹塑性阶段。混凝土即将开裂时，材料进入弹塑性阶段。素混凝

2、土构件的受扭素混凝土构件的受扭 钢筋混凝土梁的受扭钢筋混凝土梁的受扭2 1 1）无筋矩形截面）无筋矩形截面 在纯扭矩作用下，无筋矩形截面混凝土构件在纯扭矩作用下，无筋矩形截面混凝土构件开裂前开裂前具有与均质弹性材料类似的性质具有与均质弹性材料类似的性质，截面，截面长边中点剪应力长边中点剪应力最大最大，在截面四角点处剪应力为零。当截面长边中点附，在截面四角点处剪应力为零。当截面长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就会近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就会开裂。随着扭矩的增加，开裂。随着扭矩的增加，裂缝与构件纵轴线成裂缝与构件纵轴线成45450 0角向相角向相邻两个面延

3、伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一邻两个面延伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一空间扭曲斜裂面而破坏。空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂，自开裂至构件破坏的过程短暂，破坏突然，属于脆性破坏，抗扭承载力很低。破坏突然，属于脆性破坏，抗扭承载力很低。3 (a)弹弹性性理理论论 (b)塑性理论塑性理论扭剪应力分布扭剪应力分布4 当当扭扭矩矩很很小小时时，混混凝凝土土未未开开裂裂，钢钢筋筋拉拉应应力力也也很很低低，构构件件受受力力性性能能类类似似于于无无筋筋混混凝凝土土截截面面。随随着着扭扭矩矩的的增增大大，在在某某薄薄弱弱截截面面的的长长边边中中点点首首先先出出现现斜斜裂裂缝缝，

4、此此时时扭扭矩矩稍稍大大于于开开裂裂扭扭矩矩T Tcrcr。斜斜裂裂缝缝出出现现后后，混混凝凝土土卸卸载载，裂裂缝缝处处的的主主拉拉应应力力主主要要由由钢钢筋筋承承担担，因因而而钢钢筋筋应应力力突突然然增增大大。当当构构件件配配筋筋适适中中时时，荷荷载载可可继继续续增增加加，随随之之在在构构件件表表面面形形成成连连续续或或不不连连续续的的与与纵纵轴轴线线成成约约3535 5555 的的螺螺旋旋形形裂裂缝缝。扭扭矩矩达达到到一一定定值值时时，某某一一条条螺螺旋旋形形裂裂缝缝形形成成主主裂裂缝缝，与与之之相相交交的的纵纵筋筋和和箍箍筋筋达达到到屈屈服服强强度度，截截面面三三边边受受拉拉，一一边边受

5、受压压，最后混凝土被压碎而破坏。最后混凝土被压碎而破坏。破裂面为一空间曲面。破裂面为一空间曲面。2）钢筋混凝土矩形截面）钢筋混凝土矩形截面5二二.裂缝出现后的性能（如下图所示）裂缝出现后的性能（如下图所示）1.根据材料力学可确定主拉应力方向，当主拉应力大于混凝土抗拉根据材料力学可确定主拉应力方向，当主拉应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土即开裂；强度时，混凝土即开裂；2.理论上应沿主拉应力方向布置钢筋。但为施工方便，理论上应沿主拉应力方向布置钢筋。但为施工方便，将该主拉应将该主拉应力分解为水平和竖直方向的两个分力，从而实际布置抗扭纵筋和力分解为水平和竖直方向的两个分力，从而实际布置抗扭纵筋和抗扭箍

6、筋。抗扭箍筋。6三三.矩形截面纯扭构件开裂扭矩的计算矩形截面纯扭构件开裂扭矩的计算1.根据塑性力学理论建立基本公式根据塑性力学理论建立基本公式2.考虑混凝土弹塑性性质引进混凝土抗拉强度降低系数考虑混凝土弹塑性性质引进混凝土抗拉强度降低系数0.7；3.修正公式修正公式四四.矩形截面纯扭构件配筋计算矩形截面纯扭构件配筋计算1.实验分析实验分析（1）配筋对提高构件的开裂扭矩作用不大；）配筋对提高构件的开裂扭矩作用不大；（2）配筋的多少对构件承担的极限扭矩有很大影响。）配筋的多少对构件承担的极限扭矩有很大影响。（3）配置受扭钢筋后，可能出现四种破坏形态：）配置受扭钢筋后，可能出现四种破坏形态：7A.纵

7、筋和箍筋合适（适筋）：纵筋和箍筋合适（适筋）：钢筋先受拉屈服，然后混钢筋先受拉屈服，然后混凝土压碎；凝土压碎；B.纵筋或箍筋过多（部分超筋）：纵筋或箍筋过多（部分超筋）：某一种配置过多的纵某一种配置过多的纵筋或箍筋不能受拉屈服，然后混凝土压碎；筋或箍筋不能受拉屈服，然后混凝土压碎；C.纵筋和箍筋均过多（完全超筋）：纵筋和箍筋均过多（完全超筋）：纵筋和箍筋均不能纵筋和箍筋均不能受拉屈服，混凝土压碎；（脆性）受拉屈服，混凝土压碎；（脆性）D.纵筋和箍筋均太少（少筋）：纵筋和箍筋均太少（少筋）：混凝土开裂后纵筋和箍混凝土开裂后纵筋和箍筋立即受拉屈服，构件破坏；（脆性）筋立即受拉屈服，构件破坏；（脆性

8、）82.纵筋和箍筋的配筋强度比纵筋和箍筋的配筋强度比（1）公式：（）公式：（5-9）；）；fy纵向钢筋抗拉强度设计值；纵向钢筋抗拉强度设计值；AstL对称布置的全部纵向钢筋截面面积；对称布置的全部纵向钢筋截面面积；Ast1抗扭箍筋的单肢截面面积，抗扭箍筋的单肢截面面积，U cor截面核芯部分周长。截面核芯部分周长。bcor，hcor分别为核芯部分短边及长边尺寸分别为核芯部分短边及长边尺寸9（2）说明：）说明：A.关于（关于（5-9），该式可变化为：），该式可变化为：上式中的分子表示核心混凝土截上式中的分子表示核心混凝土截面单位周长上纵向受扭钢筋拉应力的合力；分母表面单位周长上纵向受扭钢筋拉应力

9、的合力；分母表示单位间示单位间距内受扭距内受扭箍筋拉应力的合力；因此（箍筋拉应力的合力；因此（5-9）的）的物理意义可理解物理意义可理解为上述两个单位合力之比；为上述两个单位合力之比；B.关于关于的取值，为确保全部受扭钢筋屈服，应在的取值，为确保全部受扭钢筋屈服，应在0.61.7之间，之间，一般取一般取1.01.2。103.纯扭构件承载力计算：纯扭构件承载力计算：（1）计算公式）计算公式：（2）说明：）说明：A.公式右边的公式右边的两项两项应视为应视为混凝土混凝土和和受扭钢筋受扭钢筋分分别抵抗的扭矩；别抵抗的扭矩；B.公式后半部分为箍筋与纵筋抗扭承载力，应保证抗扭公式后半部分为箍筋与纵筋抗扭承

10、载力，应保证抗扭钢筋处于适筋或部分超筋状态；钢筋处于适筋或部分超筋状态；C.公式前半部分为截面混凝土承担的部分扭矩，注意与公式前半部分为截面混凝土承担的部分扭矩，注意与开裂扭矩的比较；开裂扭矩的比较；11五五.构造要求构造要求1.抗扭箍筋必须为封闭式，沿周边均匀布置；抗扭箍筋必须为封闭式，沿周边均匀布置；2.抗扭箍筋末端弯钩及锚固要求，弯折至少抗扭箍筋末端弯钩及锚固要求，弯折至少10d；3.箍筋的直径、间距符合抗剪时的要求箍筋的直径、间距符合抗剪时的要求；4.抗扭纵筋沿截面均匀对称布置，截面四角必须设置纵抗扭纵筋沿截面均匀对称布置，截面四角必须设置纵筋，间距不应大于筋，间距不应大于200mm和

11、梁的宽度；和梁的宽度；5.纵筋的接头及锚固应满足受拉钢筋的构造要求纵筋的接头及锚固应满足受拉钢筋的构造要求。12 5.2弯、剪、扭构件承载力计算弯、剪、扭构件承载力计算一、试验研究分析及主要结论一、试验研究分析及主要结论 在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，钢筋混凝土构件的在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，钢筋混凝土构件的受力状态极为复杂，构件破坏特征及其承载力与所作用的受力状态极为复杂，构件破坏特征及其承载力与所作用的外部荷载条件和内在因素有关。其中外部荷载条件，通常外部荷载条件和内在因素有关。其中外部荷载条件，通常以扭弯比以扭弯比 （=T T/M M）和扭剪比和扭剪比（=T/T/（VbVb）表示；表

12、示；所谓内在条件系指构件的截面形状、尺寸、配筋及材料强所谓内在条件系指构件的截面形状、尺寸、配筋及材料强度等。根据外部条件和内部条件的不同，构件可能出现以度等。根据外部条件和内部条件的不同，构件可能出现以下几种破坏形态。下几种破坏形态。1）弯型破坏）弯型破坏在配筋适当的条件下，扭弯比较小时，裂缝首先在构在配筋适当的条件下，扭弯比较小时，裂缝首先在构件弯曲受拉的底面出现，然后向两侧面发展，破坏时底面件弯曲受拉的底面出现，然后向两侧面发展，破坏时底面和两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的纵筋和两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的纵筋及箍筋都达到受拉屈服强度，最后使处于弯曲受压的顶面

13、及箍筋都达到受拉屈服强度，最后使处于弯曲受压的顶面压碎而破坏。压碎而破坏。13 2 2）扭型破坏）扭型破坏 当当扭扭弯弯比比和和扭扭剪剪比比都都比比较较大大且且构构件件顶顶部部纵纵筋筋少少于于底底部部纵纵筋筋时时，尽尽管管弯弯矩矩作作用用使使顶顶部部纵纵筋筋受受压压，但但由由于于顶顶部部纵纵筋筋少少于于底底部部纵纵筋筋，在在构构件件顶顶部部由由扭扭矩矩产产生生的的拉拉应应力力超超过过弯弯矩矩所所产产生生的的压压应应力力，使使顶顶部部首首先先开开裂裂，裂裂缝缝向向两两侧侧延延伸伸，破破坏坏时时顶顶部部及及两两侧侧面面开开裂裂，形形成成螺螺旋旋形形扭扭曲曲破破坏坏面面，与与之之相相交交的的钢钢筋筋

14、达达到其抗拉屈服强度，最后使构件底面受压而破坏。到其抗拉屈服强度，最后使构件底面受压而破坏。3 3）剪扭型破坏）剪扭型破坏 当剪力和扭矩都较大时，由于剪力与扭矩所产生的剪应当剪力和扭矩都较大时，由于剪力与扭矩所产生的剪应力的相互迭加，首先在其中一个侧面出现裂缝，然后向顶面力的相互迭加，首先在其中一个侧面出现裂缝，然后向顶面和底面扩展，使该侧面、顶面和底面形成扭曲破坏面，与之和底面扩展，使该侧面、顶面和底面形成扭曲破坏面，与之相交的纵筋与箍筋都达到其抗拉屈服强度，最后使另一侧面相交的纵筋与箍筋都达到其抗拉屈服强度，最后使另一侧面被压碎而破坏。被压碎而破坏。14 式中式中t剪扭构件混凝土受扭承载力

15、降低系数剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数,0.5t1.0。v剪扭构件的受剪承载力公式剪扭构件的受剪承载力公式v剪扭剪扭构件的受扭承载力公式构件的受扭承载力公式15计计算算时时，当当混混凝凝土土受受扭扭承承载载力力降降低低系系数数t1.0时时，不不考考剪剪力力对对混混凝凝土土受受扭扭承承载载力力的的影影响响，即即取取t=1.0。由由此此可可知知混混凝凝土土抗抗剪剪与与抗抗扭扭相相关关曲曲线线由由三三条直线所组成。条直线所组成。受扭承载力公式仍采用式受扭承载力公式仍采用式16（2）截面尺寸限制及最小配筋率）截面尺寸限制及最小配筋率1）截面尺寸限制条件）截面尺寸限制条件为了避免超筋破坏，构件截面尺寸

16、应满足下式要求为了避免超筋破坏，构件截面尺寸应满足下式要求 2 2）构造配筋问题）构造配筋问题 构造配筋的界限：当满足下式要求时，箍筋和抗扭构造配筋的界限：当满足下式要求时，箍筋和抗扭纵筋可采用构造配筋。纵筋可采用构造配筋。17 最小配筋率：配箍率必须满足以下最小配箍率要求最小配筋率：配箍率必须满足以下最小配箍率要求抗扭纵筋最小配筋率为抗扭纵筋最小配筋率为18（3）简化计算的条件）简化计算的条件1）不进行抗剪计算的条件）不进行抗剪计算的条件：一般构件一般构件受集中荷载作用受集中荷载作用（或以集中荷载为主或以集中荷载为主）的矩形截面独的矩形截面独立构件立构件2）不进行抗扭计算的条件：不进行抗扭计算的条件：19验算截面尺寸；验算截面尺寸；验算构造配筋条件；验算构造配筋条件；确定计算方法，即是否可简化计算；确定计算方法，即是否可简化计算；根据根据M值计算受弯纵筋；值计算受弯纵筋；根据根据V和和T计算箍筋和抗扭纵筋；计算箍筋和抗扭纵筋；验算最小配筋率并使各种配筋符合规范构造要求。验算最小配筋率并使各种配筋符合规范构造要求。（4 4）截面设计的主要步骤）截面设计的主要步骤20