07.受扭构件承载力计算.ppt
《07.受扭构件承载力计算.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《07.受扭构件承载力计算.ppt(36页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力7.1 概 述7.1 7.1 概概 述述 工程结构中,吊车梁、现浇框架的边梁,以及雨篷梁、曲梁、槽形墙板等,都属弯、剪、扭复合受扭构件。两类受扭构件:两类受扭构件:平衡扭转平衡扭转 约束扭转约束扭转第七章第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力钢筋混凝土受扭构件承载力 受扭构件也是一种基本构件。受扭构件也是一种基本构件。17.1 概 述 构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出 受扭构件必须提供足够的抗扭承载力,否则不能与作用扭受扭构件必须提供足够的抗扭承载力,否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏矩相平衡而引起破坏。平衡扭转平衡扭转 E
2、quilibrium Torsion第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力2 在超静定结构,扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的,在超静定结构,扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的,扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关,称为扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关,称为约束扭转约束扭转Compatibility Torsion。对于约束扭转,由于受扭构件在受力过程中的非线性性质,对于约束扭转,由于受扭构件在受力过程中的非线性性质,扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关,不是定值,需要考虑内扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关,不是定值,需要考虑内力重分布进行扭矩计算。力重分布进行扭矩计算。7.1 概 述约束扭转约
3、束扭转Compatibility Torsion第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力37.2 纯扭构件7.2 7.2 开裂扭矩开裂扭矩一、开裂前的应力状态一、开裂前的应力状态 裂缝出现前,钢筋混凝土纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻裂缝出现前,钢筋混凝土纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻合。由于开裂前受扭钢筋的应力很低,可忽略钢筋的影响。矩形截面合。由于开裂前受扭钢筋的应力很低,可忽略钢筋的影响。矩形截面受扭构件在扭矩受扭构件在扭矩T作用下截面上的剪应力分布情况,作用下截面上的剪应力分布情况,最大剪应力最大剪应力t tmax发发生在截面长边中点生在截面长边中点第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力47.
4、2 纯扭构件 由材料力学知,构件侧面的主拉应力由材料力学知,构件侧面的主拉应力s stp和主压应力和主压应力s scp相等。相等。主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。当主拉应力达到混凝土抗拉强度时,在构件中某个薄弱部位当主拉应力达到混凝土抗拉强度时,在构件中某个薄弱部位形成裂缝,裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。形成裂缝,裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。对于素混凝土构件,开裂会迅速导致构件破坏,对于素混凝土构件,开裂会迅速导致构件破坏,破坏面呈一破坏面呈一空间扭曲曲面空间扭曲曲面。第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力5二、矩形截面开裂扭矩二、矩形截面开裂扭矩按
5、弹性理论按弹性理论,当主拉,当主拉应力应力s stp=t tmax=ft时时按塑性理论按塑性理论,对理想弹塑性材料,截,对理想弹塑性材料,截面上某一点达到强度时并不立即破坏,面上某一点达到强度时并不立即破坏,而是保持极限应力继续变形,扭矩仍可而是保持极限应力继续变形,扭矩仍可继续增加,直到截面上各点应力均达到继续增加,直到截面上各点应力均达到极限强度,才达到极限承载力。极限强度,才达到极限承载力。此时截面上的剪应力分布此时截面上的剪应力分布如图所示分为四个区,取如图所示分为四个区,取极限剪应力为极限剪应力为ft,分别计分别计算各区合力及其对截面形算各区合力及其对截面形心的力偶之和,可求得心的力
6、偶之和,可求得塑塑性总极限扭矩为性总极限扭矩为7.2 纯扭构件第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力6 混凝土材料既非完全弹性,也不是理想弹塑性,而是介混凝土材料既非完全弹性,也不是理想弹塑性,而是介于两者之间的弹塑性材料。于两者之间的弹塑性材料。达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间,塑性之间,因此开裂扭矩也是介于因此开裂扭矩也是介于Tcr,e和和Tcr,p之间之间。为简便实用,可按塑性应力分布计算,并引入为简便实用,可按塑性应力分布计算,并引入修正降低修正降低系数系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。以考虑应力非完全塑性分布的影响。
7、根据实验结果,修正系数在根据实验结果,修正系数在0.870.97之间,之间,规范规范为为偏于安全起见,偏于安全起见,取取 0.7。于是,开裂扭矩的计算公式为。于是,开裂扭矩的计算公式为矩形截面受扭塑性抵抗矩矩形截面受扭塑性抵抗矩7.2 开裂扭距第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力77.2 开裂扭距箱形截面 封闭的箱形截面,其抵抗扭矩的作封闭的箱形截面,其抵抗扭矩的作用与同样尺寸的实心截面基本相同。用与同样尺寸的实心截面基本相同。实际工程中,当截面尺寸较大时,实际工程中,当截面尺寸较大时,往往采用箱形截面,以减轻结构自往往采用箱形截面,以减轻结构自重,如桥梁中常采用的箱形截面梁。重,如桥梁中常采用的
8、箱形截面梁。为避免壁厚过薄对受力产生不利影为避免壁厚过薄对受力产生不利影响,规定壁厚响,规定壁厚twbh/7,且,且hw/tw6第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力87.2 开裂扭距带翼缘截面 有效翼缘宽度应满足有效翼缘宽度应满足bf b+6hf 及及bf b+6hf的条件,的条件,且且hw/b6。第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力9一、开裂后的受力性能一、开裂后的受力性能 由前述主拉应力方向可见,受扭构件最有效的配筋应形由前述主拉应力方向可见,受扭构件最有效的配筋应形式是沿主压应力迹线成螺旋形布置。式是沿主压应力迹线成螺旋形布置。但螺旋形配筋施工复杂,且不能适应变号扭矩的作用。但螺旋形配筋施工复杂
9、,且不能适应变号扭矩的作用。实际受扭构件的配筋是采用实际受扭构件的配筋是采用箍筋箍筋与与抗扭纵筋抗扭纵筋形成的空间形成的空间配筋方式配筋方式。7.3 纯扭构件的承载力7.3 7.3 纯扭构件的承载力计算纯扭构件的承载力计算第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力10 开裂前开裂前,T-q q 关系基本呈直线关系关系基本呈直线关系 开裂后,由于部分混凝土退出受拉开裂后,由于部分混凝土退出受拉工作,构件的抗扭刚度明显降低,工作,构件的抗扭刚度明显降低,T-q q 关系曲线上出现一不大的水平段。关系曲线上出现一不大的水平段。对配筋适量的构件,对配筋适量的构件,开裂后开裂后受扭钢受扭钢筋筋将承担扭矩产生的拉应
10、力,荷载可将承担扭矩产生的拉应力,荷载可以继续增大,以继续增大,T-q q 关系沿斜线上升,关系沿斜线上升,裂缝不断向构件内部和沿主压应力迹裂缝不断向构件内部和沿主压应力迹线发展延伸,在构件表面线发展延伸,在构件表面裂缝呈螺旋裂缝呈螺旋状状。7.3 纯扭构件的承载力第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力117.3 纯扭构件的承载力 当接近极限扭矩时,在构件长边上有当接近极限扭矩时,在构件长边上有一条裂缝发展成为一条裂缝发展成为临界裂缝临界裂缝,并向,并向短边延伸,短边延伸,与这条空间裂缝相交的与这条空间裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服箍筋和纵筋达到屈服,T-q q 关系曲线关系曲线趋于水平。趋于水平。最
11、后在另一个长边上的混凝土受压破最后在另一个长边上的混凝土受压破坏,达到极限扭矩。坏,达到极限扭矩。第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力12二、破坏特征二、破坏特征 按照配筋率的不同,受扭构件的破坏形态也可分为按照配筋率的不同,受扭构件的破坏形态也可分为适筋破坏适筋破坏、少筋破坏少筋破坏、超筋破坏和部分超筋破坏超筋破坏和部分超筋破坏。对于箍筋和纵筋配置都合适的情况,与临界(斜)裂缝相交的钢筋对于箍筋和纵筋配置都合适的情况,与临界(斜)裂缝相交的钢筋都能先达到屈服,然后混凝土压坏,都能先达到屈服,然后混凝土压坏,与受弯适筋梁的破坏类似与受弯适筋梁的破坏类似,具,具有一定的延性。有一定的延性。破坏时的极
12、限扭矩与配筋量有关破坏时的极限扭矩与配筋量有关。适筋破坏适筋破坏 当配筋数量过少时,配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力,当配筋数量过少时,配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力,一旦开裂,将导致扭转角迅速增大,一旦开裂,将导致扭转角迅速增大,与受弯少筋梁类似与受弯少筋梁类似,呈受拉脆,呈受拉脆性破坏特征,性破坏特征,受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。少筋破坏少筋破坏 当箍筋和纵筋配置都过大时,则会在钢筋屈服前混凝土就压坏,为当箍筋和纵筋配置都过大时,则会在钢筋屈服前混凝土就压坏,为受压脆性破坏。受扭构件的这种超筋破坏称为受压脆性破坏。受扭构件的这种超筋破坏称
13、为完全超筋完全超筋,受扭承载受扭承载力取决于混凝土的抗压强度力取决于混凝土的抗压强度。超筋破坏超筋破坏 由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成,当两者配筋量相由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成,当两者配筋量相差过大时,会出现一个未达到屈服、另一个达到屈服的情况。差过大时,会出现一个未达到屈服、另一个达到屈服的情况。部分超筋破坏部分超筋破坏7.3 纯扭构件的承载力第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力13配筋强度比配筋强度比z z 由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成,其受扭性由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成,其受扭性能及其极限承载力不仅与能及其极限承载力不仅与配筋量配筋量
14、有关,还与两部分钢筋的有关,还与两部分钢筋的配筋配筋强度比强度比z z 有关。有关。试验表明,当试验表明,当0.5z z 2.0范围时,受扭破坏时纵筋和箍筋基本上范围时,受扭破坏时纵筋和箍筋基本上都能达到屈服强度。但由于配筋量的差别,屈服的次序是有先都能达到屈服强度。但由于配筋量的差别,屈服的次序是有先后的。后的。规范规范建议取建议取0.6z z 1.7,设计中通常取设计中通常取z z=1.01.3。7.3 纯扭构件的承载力第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力14三、极限扭矩分析三、极限扭矩分析变角空间桁架模型变角空间桁架模型 对比试验表明,在其他参数均相同的情况下,钢筋混凝土对比试验表明,在其他
15、参数均相同的情况下,钢筋混凝土实心截面与空心截面构件的极限受扭承载力基本相同。实心截面与空心截面构件的极限受扭承载力基本相同。7.3 纯扭构件的承载力开裂后的箱形截面受扭构件,其受力可开裂后的箱形截面受扭构件,其受力可比拟成空间桁架比拟成空间桁架:纵筋为:纵筋为受拉弦杆,箍筋为受拉腹杆,斜裂缝间的混凝土为斜压腹杆。受拉弦杆,箍筋为受拉腹杆,斜裂缝间的混凝土为斜压腹杆。第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力15 设达到极限扭矩时混凝土斜压杆与构设达到极限扭矩时混凝土斜压杆与构件轴线的夹角为件轴线的夹角为f f,斜压杆的压应力为斜压杆的压应力为s sc,则箱形截面长边板壁混凝土斜压杆压则箱形截面长边板壁
16、混凝土斜压杆压应力的合力为,应力的合力为,同样,短边板壁混凝土斜压杆压应力的同样,短边板壁混凝土斜压杆压应力的合力为,合力为,Ch和和Cb分别沿板壁方向的分力为分别沿板壁方向的分力为,Vh和和Vb对构件轴线取矩得受扭承载力对构件轴线取矩得受扭承载力为,为,7.3 纯扭构件的承载力第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力16 设箍筋和纵筋均达到屈服,由设箍筋和纵筋均达到屈服,由Ch的竖向分力与箍筋受力的平衡得,的竖向分力与箍筋受力的平衡得,由由Ch的水平分力与纵筋受力平的水平分力与纵筋受力平衡的得,衡的得,两式消去两式消去Ch和和hcor得,得,7.3 纯扭构件的承载力第七章 钢筋混凝土受扭构件承载力1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 07. 构件 承载力 计算
限制150内