混凝土结构设计原理受扭构件扭曲截面承载力课件.ppt

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1、第5章受扭构件§5.1概述§5.2扭曲破坏的机理与形式§5.3纯扭构件的承载力§5.4弯、剪、扭构件的承载力§5.5受扭构件的构造要求扭转是五种基本受力状态之一，以雨蓬为例：§5.1概述雨蓬板根部的剪力就是作用在雨蓬梁上的均布荷载，雨蓬板根部的弯矩就是作用在雨蓬梁上的均布扭矩，雨蓬梁承受雨蓬板传来的均布荷载及均布扭矩。请思考并绘出雨蓬梁的扭矩图雨蓬梁要承受弯矩、剪力和扭矩。工程中只承受纯扭作用的结构很少，大多数情况下结构都处于弯矩、剪力、扭矩等内力共同作用下的复杂受力状态。吊车的横向水平制动力及吊车竖向轮压偏心都可使吊车梁受扭，屋面板偏心也可导致屋架受扭。制动力轮压在静定结构中，扭

2、矩是由荷载产生的，可根据平衡条件求得，称为平衡扭转（EquilibriumTorsion）。偏心轮压制动力偏心轮压和吊车横向水平制动力都会产生扭矩T螺旋楼梯中扭矩也较大在超静定结构中，扭矩是由于相邻构件的变形互相受到约束而产生的，称为约束扭转（CompatibilityTorsion）。例如：单向板肋梁楼盖中次梁的一端支承在边梁上，次梁在荷载下在支承处要发生转角，节点处的变形协调，将迫使边梁扭转。边梁框架结构楼盖边梁中的扭矩值与节点处边梁的抗扭刚度及次梁的抗弯刚度的比值有关。边梁的抗扭刚度越大，其扭矩也越大；当边梁的抗扭刚度为无穷大时，次梁相当于嵌固在边梁中，此时的扭矩达到最大值。

3、次梁的抗弯刚度越大，则在节点处的转角越小，边梁的扭矩也越小。§5.2扭曲破坏的机理与形式理想匀质构件的受扭裂缝从主拉应力最大处开始对匀质材料，理想的受扭裂缝呈螺旋形。螺旋形裂缝σptσpt梁的扭转试验开裂前扭矩-转角关系基本呈直线关系；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；随着荷载继续增大，裂缝不断向构件内部和沿主压应力迹线发展延伸，在构件表面形成螺旋状裂缝。梁扭转破坏示意图T破坏面呈空间扭曲曲面受扭钢筋纵向钢筋箍筋虽然螺旋配筋抗扭最好，但工程中通常采用由箍筋与抗扭纵筋组成的钢筋骨架来抵抗扭矩，不但施工方便，且沿构件全长可承受正负两个方向的扭矩。受压区螺旋形裂缝

4、受压边无筋矩形截面混凝土构件最终由歪斜裂缝形成空间扭曲破坏面，三面开裂一面受压。主拉应力主拉应力σptσpt由于配置钢筋数量的不同，受扭构件的破坏形态可分为：适筋破坏、少筋破坏和超筋破坏（1）适筋破坏当箍筋和纵筋数量配置适当时，在受压区混凝土被压坏前，与临界斜裂面相交的钢筋都能达到屈服，这种破坏具有一定的延性，与适筋梁的情况类似。设计中应当使受扭构件设计成适筋构件。受压区（2）少筋破坏当配筋数量过少时，一旦开裂，钢筋就会被拉断，导致构件立即破坏，为脆性破坏特征，与受弯构件少筋破坏类似。设计中应适当配置构造钢筋，防止出现少筋破坏。（3）超筋破坏当箍筋和纵筋配置都过多时，在钢筋屈服前混

5、凝土就先被压碎了，为受压脆性破坏，与受弯构件超筋破坏类似。超筋破坏又可细分为部分超筋和完全超筋。部分超筋是指纵筋或箍筋中的一种配置过多而没有屈服;而完全超筋是指纵筋和箍筋都没有屈服。超筋破坏时钢筋没有被充分利用，是一种浪费，破坏时的延性也比较差，设计中应避免。§5.3纯扭构件承载力计算弹性开裂扭矩塑性开裂扭矩混凝土材料介于完全弹性和理想弹塑性之间，引入修正系数以考虑非完全塑性剪应力分布的影响：矩形截面钢筋混凝土纯扭构件承载力计算截面中心混凝土的剪应力较小，且距截面形心距离小，故可忽略其抗扭能力，按箱形截面构件来考虑。◆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变角空

6、间桁架模型混凝土斜压杆角度取决于纵筋与箍筋的配筋强度比z根据国内试验数据确定系数后，《规范》受扭承载力计算公式为式中：Tc—混凝土的抗扭承载力；Ts—钢筋的抗扭承载力；将Tc和Ts的表达式代入上式可得Tu的一般表达式纯扭构件承载力试验结果与计算公式比较矩形截面钢筋混凝土纯扭构件承载力计算——扭矩设计值；——混凝土的抗拉强度设计值；——箍筋的抗拉强度设计值；——单肢箍筋的截面面积；——箍筋的间距；——截面核芯部分的面积和分别为按箍筋内侧计算的截面核芯部分的短边和长边尺寸。设计时应满足：—截面抗扭塑性抵抗矩为避免部分超筋，引入抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比ζ——抗扭纵筋的总面积，应均匀布置

7、在截面周边；——抗纽纵筋的抗拉强度设计值；——截面核芯部分的周长，由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分组成，其受扭性能及其极限承载力不仅与总配筋量有关，还与两部分钢筋的配筋比有关，如果一种钢筋过多，另一种钢筋太少，前一种钢筋就可能不屈服，而出现部分超配筋的情况。故设计中用配筋强度比ζ来控制，防止出现部分超配筋的情况，抗扭纵筋强度抗扭箍筋强度实验研究表明，当0.6≤z≤1.7时不会发生“部分超配筋破坏”。设计中通常可取z=1.2。z越大，表明纵筋相对较多，箍筋相对较少。由