08受扭构件.ppt

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1、第八章第八章 受扭构件截面承受扭构件截面承载力计算载力计算钢筋混凝土结构中遇到的受扭构件有两种情况：钢筋混凝土结构中遇到的受扭构件有两种情况：l由于由于荷载直接作用所产生的受扭荷载直接作用所产生的受扭，如上图所示在竖向荷载作用下的挑檐，如上图所示在竖向荷载作用下的挑檐梁和受竖向轮压及水平制动力作用的吊车梁，均为弯矩、剪力、扭矩共同梁和受竖向轮压及水平制动力作用的吊车梁，均为弯矩、剪力、扭矩共同作用下的复合受扭构件。这种构件所承受的扭矩是由平衡条件确定的，与作用下的复合受扭构件。这种构件所承受的扭矩是由平衡条件确定的，与构件本身的抗扭刚度无关。构件本身的抗扭刚度无关。l超静定结构中超静定结构中由

2、于变形协调关系所产生的受扭由于变形协调关系所产生的受扭，如现浇框架的边梁，由，如现浇框架的边梁，由于次梁在支座于次梁在支座(边梁边梁)处的转角，使边梁产生扭转，因而受扭。但是这种由处的转角，使边梁产生扭转，因而受扭。但是这种由于变形协调关系所产生的扭矩，随构件本身的抗扭刚度的降低而减小。边于变形协调关系所产生的扭矩，随构件本身的抗扭刚度的降低而减小。边梁一旦开裂后，其抗扭刚度明显降低，因此边梁对次梁转角的约束作用减梁一旦开裂后，其抗扭刚度明显降低，因此边梁对次梁转角的约束作用减小，相应地边梁的扭矩也减小。小，相应地边梁的扭矩也减小。实际工程结构中纯扭构件是很少的，如前所述，实际工程结构中纯扭构

3、件是很少的，如前所述，一般均属弯矩、剪力、扭矩一般均属弯矩、剪力、扭矩共同作用下的复合受扭构件共同作用下的复合受扭构件。但是纯扭构件的受力性能，是复合受扭构件承。但是纯扭构件的受力性能，是复合受扭构件承载力计算的基础，也是目前研究得比较充分的一种受扭构件。钢筋混凝土纯载力计算的基础，也是目前研究得比较充分的一种受扭构件。钢筋混凝土纯扭构件的承载力，与受剪构件相似，由混凝土和钢筋扭构件的承载力，与受剪构件相似，由混凝土和钢筋(纵筋和箍筋纵筋和箍筋)两部分所两部分所组成，而混凝土部分负担的扭矩与截面的开裂扭矩有关。故本章先讨论纯扭组成，而混凝土部分负担的扭矩与截面的开裂扭矩有关。故本章先讨论纯扭构

4、件的开裂扭矩，其次讨论钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算，最后介绍构件的开裂扭矩，其次讨论钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算，最后介绍规范规范给出的复合受扭构件的承载力计算和配筋构造。给出的复合受扭构件的承载力计算和配筋构造。8.18.1纯扭构件纯扭构件（1）试验研究分析）试验研究分析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开裂前具有与均质弹性材料类似的性质，截面长边中点剪应力最大，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，构件就会开裂。随着扭矩的增加，裂缝与构件纵轴线成450角向相邻两个面延伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一空间

5、扭曲斜裂面而破坏。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。素混凝土抗扭构件的受力情况及破坏面素混凝土抗扭构件的受力情况及破坏面 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，此此时时扭扭矩矩稍稍大大于于开开裂裂扭扭矩矩Tcr。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

6、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3555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，一一边边受受压压，最最后后混混凝凝土土被被压压碎碎而而破破坏坏。破破裂裂面面为为一一空空间间曲面。曲面。2）钢筋混凝土矩形截面）钢筋混凝土矩形截面（2）截面破坏的几种形态）截面破坏的几种形态1）少筋破坏）少筋破坏当当纵

7、纵筋筋或或箍箍筋筋中中只只要要有有一一种种配配置置不不足足时时便便会会出出现现此此种种破破坏坏。斜斜裂裂缝缝一一旦旦出出现现，其其中中配配置置不不足足的的钢钢筋筋便便会会因因混混凝凝土土卸卸载载很很快快屈屈服服，使使构构件件突突然然破破坏坏。破破坏坏属属于于脆脆性性破破坏坏，类类似似于于粱粱正正截截面面承承载载能能力力时时的的少少筋筋破破坏坏。设设计计中中通通过过规规定定抗抗扭扭纵纵筋筋和和箍箍筋筋的的最最小配筋率来防止少筋破坏小配筋率来防止少筋破坏；2）适筋破坏）适筋破坏当构件当构件纵筋和箍筋都配置适中纵筋和箍筋都配置适中时出现此种破坏。从斜裂缝出现时出现此种破坏。从斜裂缝出现到构件破坏要经

8、历较长的阶段，有较明显的破坏预兆，因而破到构件破坏要经历较长的阶段，有较明显的破坏预兆，因而破坏具有一定的延性。坏具有一定的延性。3）部分超筋破坏）部分超筋破坏当当纵筋或箍筋其中之一配置过多纵筋或箍筋其中之一配置过多时出现此种破坏。时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎，配置过多的钢筋达不到屈服，破破坏时混凝土被压碎，配置过多的钢筋达不到屈服，破坏过程有一定的延性，但较适筋破坏的延性差。坏过程有一定的延性，但较适筋破坏的延性差。4）超筋破坏）超筋破坏当当纵筋和箍筋都配置过多纵筋和箍筋都配置过多时出现此种破坏。破坏时时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎，而纵筋和箍筋都不屈服，破坏突然，因，混凝土被压碎

9、，而纵筋和箍筋都不屈服，破坏突然，因，而延性差，类似于梁正截面设计时的超筋破坏。设计中而延性差，类似于梁正截面设计时的超筋破坏。设计中通过通过规定最大配筋率或限制截面最小尺寸来避免规定最大配筋率或限制截面最小尺寸来避免。1.按弹性理论计算的开裂扭矩按弹性理论计算的开裂扭矩Tcr(a)弹性状态的剪应力分布(b)螺旋形裂缝开裂扭矩的计算开裂扭矩的计算钢筋混凝土纯扭构件，裂缝出现前处于弹性阶段工作，构件的变形很小，钢筋的应力也很小,可忽略钢筋对开裂扭矩的影响，按素混凝土构件计算。在扭矩T作用下构件中存在有与剪应力相应的主压应力cp及主拉应力tp。主应力在数值上与剪应力相等，方向相差45o。矩形截面的

10、最大剪应力max或最大主应力发生在截面长边的中点处。当主拉应力tp到达了混凝土的抗拉强度ft时，混凝土将沿主压应力方向开裂，并发展成螺旋形裂缝。按照弹性理论，当=tp=ft时的扭矩即为开裂扭矩TcrTcr=ftWt式中Wt为截面的受扭弹性抵抗矩Wt=b2h，当h/b=1.0时，=0.2；当h/b=时，=1/32.按塑性理论计算的开裂扭矩按塑性理论计算的开裂扭矩Tcr全塑性状态的剪应力分布按照塑性理论，截面任一点的应力到达极限强度时，材料进入塑性状态。该点应力保持不变，而应变可继续增长，故荷载仍可增大，直到截面上的应力全部到达材料的极限强度，构件到达极限承载力。分别计算每个区域的合力及其所组成的

11、力偶，取=ft可求得总扭矩为：Tcr=ftWt式中Wt为截面的受扭塑性抵抗矩Wt=b2(3h-b)/63 矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩 矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩Tcr按下式计算式中0.7考虑到混凝土非完全塑性材料的强度降低系数；f t混凝土抗拉强度设计值；Wt截面抗扭抵抗矩，按下式计算 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。（4）纯扭构件抗扭承载力计算）纯扭构件抗扭承载力计算1）矩形截面）矩形截面 根据变角度空间模型或扭曲破坏面极限平衡理论，矩形截面纯扭构件抗扭承载力计算公式如下式中fyv抗扭箍筋抗拉强度设计值；Ast1抗扭箍筋的单肢

12、截面面积，s 抗扭箍筋的间距；Acor截面核芯部分面积，即由箍筋内表面所围成的截面面积；TcTsbcor，hcor分别为核芯部分短边及长边尺寸；纵向钢筋与箍筋的配筋强度之比；fy纵向钢筋抗拉强度设计值；根据试验，当0.52.0时，破坏时纵筋和箍筋都能达到屈服。但为了稳妥起见，规范规定0.61.7。当=0.2左右时，效果最佳。因此设计时通常取=1.21.3。Ast1对称布置的全部纵向钢筋截面面积；U cor截面核芯部分周长。2）T形或工字形截面形或工字形截面 对于T形或工字形截面构件，规范将其划分为若干个矩形截面，然后按矩形截面分别进行配筋计算。矩形截面划分的原则是首先保证腹板截面的完整性，然后

13、再划分受压和受拉翼缘。划分的矩形截面所承担的扭矩，按其受扭抵抗矩与截面总受扭抵抗矩的比值进行分配。对腹板、受压和受拉翼缘部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩Wtw、Wtf和Wtf分别按下列公式计算截面总的受扭塑性抵抗矩为 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，且的条件，且hw/b6。8.2 8.2 矩形截面复合受扭构件矩形截面复合受扭构件（1）试验研究分析及主要结论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，通常以扭弯比（=T/M）和扭剪比

14、（=T/（Vb）表示；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。2）扭型破坏）扭型破坏 当扭弯比和扭剪比都比较大且构件顶部纵筋少于底部纵筋时，尽管弯矩作用使顶部纵筋受压，但由于顶部纵筋少于底部纵筋，在构件顶部由扭矩产生的拉应力超过弯矩所产生的压应力，使顶部首先开裂，裂缝向两侧延伸，破坏时顶部及

15、两侧面开裂，形成螺旋形扭曲破坏面，与之相交的钢筋达到其抗拉屈服强度，最后使构件底面受压而破坏。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。式中t剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数,0.5t1.0。.一般复合受扭构件当t1.0时，不考剪力对混凝土受扭承载力的影响，即取t=1.0。由此可知混凝土抗剪与抗扭相关曲线由三条直线所组成。（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

16、条件）截面尺寸限制条件为了避免超筋破坏，构件截面尺寸应满足下式要求 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，箍筋和抗扭纵筋可采用构造配筋。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（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：一般构件受集中荷载作用（或以集中荷载为主）的矩形截面独立构件 2）不进行抗扭计算的条件：不进行抗扭计算的条件：验算截面尺寸；验算构造配筋条件；确定计算方法，即是否可简化计算；根据M值计算受弯纵筋；根据V和T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。（4 4）截面设

17、计的主要步骤）截面设计的主要步骤【8-1】一钢筋混凝土连续梁受均布荷载作用，截面尺寸为bh=300mm600mm，asas45mm，混凝土保护层厚度为25mm；在支座处承受的内力：M90kNm，V900kN，T28.3kNm。采用的混凝土强度等级为C25，纵向钢筋为HRB335，箍筋为热轧HPB235级钢筋。试确定该截面配筋。【解解】（1）验算截面尺寸因此，截面尺寸满足要求，但需要按计算确定抗剪和抗扭钢筋。（2）验算是否能进行简化计算故剪力和扭矩都不能忽略，不能进行简化计算。（3）计算箍筋（取1.2）计算抗剪箍筋 计算抗扭箍筋箍筋为抗剪与抗扭箍筋得叠加，即：（4）计算抗扭纵筋（5）计算抗弯纵筋根据计算得As630mm2。（具体过程略）假定抗扭纵筋对称布置，每侧三根钢筋，顶面应有两根钢筋与抗弯钢筋叠加，顶部纵筋面积为：选取3根直径为20mm的钢筋，实配As941mm2。底面配筋面积为：选取2根直径为14mm的钢筋，实配As308mm2。梁侧面中部各配1根直径为14mm的钢筋。配筋如下图所示。讨论：（1）复合受扭构件的配筋计算先要根据规范规定分别计算出各种内力作用下所需的钢筋，然后将其进行适当的叠加；（2）复合受扭构件的最小配筋率和配箍率不同于一般构件，设计时必须注意。