08钢筋混凝土受扭构件.ppt
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1、结构设计原理,土木工 程专业,李章政 博士 教授,有容德乃大,无欲心自闲,宋词,南乡子 王安石 自古帝王州,郁郁葱葱佳气浮。四百年来成一梦,堪愁,晋代衣冠成古丘。 绕水恣行游,上尽层楼更上楼。往事悠悠君莫问,回头,栏外长江空自流。,第8章 混凝土受扭构件,8.1 受扭构件的受力特点及构造要求 8.2 混凝土矩形截面纯扭构件承载力计算 8.3 混凝土矩形截面弯剪扭构件承载力计算 8.4 混凝土T形I形截面受扭构件承载力计算,2019/7/7,4,8.1 受扭构件的受力 特点及构造要求,纯扭构件,复合受扭构件,剪扭构件,弯扭构件,弯剪扭构件,平衡扭转,由荷载直接引起,由平衡方程求出扭矩T,协调扭转
2、,由相邻构件的位移受到该构件的约束而引起该构件的扭转,通过变形协调条件才能求出扭矩T,2019/7/7,5,一、素混凝土纯扭构件受力特点 弹性剪应力分布规律 剪应力平行于周边 最大剪应力发生在长边中点,8.1.1 纯扭构件的特点,2019/7/7,6,主应力与开裂扭矩 主应力的大小与方向 纯剪应力状态,主应力 tp= cp=max 主方向:与构件轴线成45 开裂扭矩,裂缝垂直于主拉应力方向,与构件轴线大致成45夹角。,以长边中点主拉应力达到混凝土的抗拉强度设计值作为开裂标志,计算的开裂扭矩,2019/7/7,7,钢筋石膏试件扭转破坏,钢筋混凝土构件扭转试验现场,2019/7/7,8,理想塑性材
3、料极限扭矩,塑性力学理论,截面上的剪应力分成四个部分,计算合力偶,实际材料非弹性,非理想塑性,故规范开裂扭矩取值为,破坏面为三面开裂一面受压的斜曲面,混凝土的抗扭承载力,取开裂扭矩的一半:,2019/7/7,9,二、钢筋混凝土纯扭构件受力特点 适筋构件的抗扭机理 开裂前,主要由混凝土承担扭矩,钢筋对提高受扭构件抗裂性能的作用不大 开裂后,钢筋承担拉力,使构件受扭承载力大大提高。空间桁架模拟: 纵向钢筋相当于受拉弦杆 箍筋相当于受拉腹杆 裂缝之间接近构件表面一定厚度的混 凝土则形成承担斜向 压力的斜腹杆,2019/7/7,10,钢筋用量和受扭破坏的关系 低配筋构件(适筋构件) (1)抗扭钢筋配置
4、适中 (2)纵筋和箍筋首先屈服,混凝土后压碎 (3)延性破坏 部分超配筋构件 (1)纵筋和箍筋比率相差较大 (2)配筋率小的纵筋或箍筋屈服,另一种 钢筋不屈服 (3)延性相对较小,2019/7/7,11,超配筋构件 (1)抗扭纵筋和箍筋配置过多 (2)钢筋不屈服,混凝土先压碎 (3)脆性破坏(类似于超筋梁) 少配筋构件 (1)抗扭纵筋和箍筋配筋率过低 (2)混凝土一开裂便破坏 (3)钢筋不仅屈服,而且可能进入强化阶段 (4)脆性破坏(类似于少筋梁),2019/7/7,12,纵筋和箍筋的配筋强度比,纵筋、箍筋的体积比与强度比的乘积,箍筋间距,抗扭纵筋总截面面积,混凝土核心部分截面周长,箍筋单肢截
5、面面积,2019/7/7,13,试验表明, 在0.52.0范围内,构件破坏时受扭纵筋和箍筋基本上都能屈服。规范限制条件为:,当 1.7时,取 =1.7。当 =1.2左右时,为钢筋达到屈服的最佳值。,按变角度空间桁架模型分析,钢筋混凝土受扭构件极限扭矩的理论表达式为,截面核心部分的面积,2019/7/7,14,三、变角度空间桁架理论 基本假定 混凝土只承受压力,作为桁架的斜腹杆,其倾角与配筋强度比有关,故名变角度 纵筋和箍筋仅承受拉力,作为桁架的弦杆和竖腹杆 忽略核心混凝土 的抗扭作用及钢 筋的销栓作用,2019/7/7,15,受力分析 混凝土压力Fc 纵筋拉力Nstl 箍筋拉力Nsv,高度为h
6、cor的侧面,纵筋面积(均匀对称布置),纵筋拉力,纵向长度hcorcot,该长度上箍筋面积,箍筋拉力,平衡条件,2019/7/7,16,平衡条件,2019/7/7,17,弹性薄壁杆件扭转 剪力流由箍筋拉力 计算,极限扭矩,取该值的0.6倍作为钢筋对抗扭承载力的贡献,2019/7/7,18,8.1.2 弯剪扭构件的受力特点,一、承载力之间的相关性 相关性概念 弯、剪、扭属于复合受力状态 一种承载能力会因另一种内力的存在而受影响,这种现象称为承载力之间的相关性 相关性类型 弯扭相关性 (1) 扭矩的作用使纵筋产生拉应力,加重了受弯构件纵向受拉钢筋的负担,降低了受弯承载力。扭矩越大,抗弯承载力降低越
7、多,2019/7/7,19,(2)弯矩的存在,截面抗扭承载力也会下降 (3)精确计算很难,实用方法是分别配筋, 相应位置纵筋叠加 剪扭相关性 (1)两者剪应力在构件的一个侧面上是叠加 的,所以一种内力的存在会使另一种承 载下降。 (2)受剪性能理论分析十分复杂,实际应用 中不可行。 (3)实用中在混凝土一项中引进承载力降低 系数,各自计算箍筋,叠加箍筋。,2019/7/7,20,二、典型的破坏类型 弯型破坏 配筋适当,弯矩较大,构件底面先开裂(纵筋屈服),顶面混凝土后压碎。 扭型破坏 扭矩较大,顶部纵筋少于底部,顶面先开裂,向两侧发展,顶筋受扭先屈服,最后底部混凝土压碎。 剪扭破坏 剪力和扭矩
8、都较大,截面长边一侧先开裂,该侧纵筋、箍筋屈服,另一长边压区混凝土压碎。,2019/7/7,21,一、受扭纵筋 纵筋布置 沿截面周边均匀对称布置 矩形四角、T形和I形各分块矩形的四角,必须设置受扭纵筋 受扭纵筋间距不大于200mm, 不大于短边长度b,8.1.3 受扭构件的配筋构造要求,2019/7/7,22,受扭纵筋的最小配筋率,接头与锚固 接头和锚固按受拉钢筋考虑 架立筋和腰筋可作为受扭纵筋来利用,当T/(Vb)2.0时,取T/(Vb)=2.0,纯扭构件就是这样。此时,2019/7/7,23,二、受扭箍筋 箍筋布置 箍筋封闭 沿周边布置 绑扎骨架时,末端弯钩135,端头平直段长度不小于10
9、d 间距和直径 按受弯构件的要求处理 最大间距 最小箍筋直径,弯剪扭构件箍筋最小配筋率,2019/7/7,24,8.2 混凝土矩形截面纯扭 构件承载力计算,截面尺寸要求,hw/b4时,hw/b=6时,4hw/b6时,按线性内插法确定,避免出现超配筋构件的脆性破坏,混凝土强度影响系数:C50取c=1.0;C80取c=0.8,2019/7/7,25,承载力计算 取配筋强度比,承载力公式,假定箍筋直径,取等号确定箍筋间距s,计算受扭纵筋,按构造要求配置受扭钢筋的条件,2019/7/7,26,例题8-1 矩形截面纯扭构件, C25混凝土, HRB335级纵筋, HPB300箍筋、直径8mm。已知bh=
10、250mm400mm,T=14.6kN.m,一类环境,试配置受扭钢筋。 解,(1)几何参数,取 cc=25mm,as=40mm,2019/7/7,27,N.mm,=1036mm,mm2,mm3,(2)验算截面尺寸,=23.55kN.mT=14.6kN.m,满足要求,2019/7/7,28,(3)配置受扭箍筋,N.mm,=8.80kN.mT=14.6kN.m,需要计算配筋,设=1.2,由,取等号得,选8箍筋,Ast1=50.3mm2,2019/7/7,29,=107.5mm,取s=100mm,验算配箍率,满足要求,2019/7/7,30,(4)配置受扭纵筋,mm2,配 6 12,Astl=678
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