受扭构件

第八章受扭构件的扭曲截面承载力受扭构件第八章受扭构件的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力对于扭转构件，受扭构件必须提供足够的抗扭承载力。第八章受扭构件(TorsionMembers)的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力8.1概述两类受扭构件：平衡扭转和协调扭转构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出，与构件刚度无关，如图所示支承悬臂板的梁、偏心荷载作用下的梁（吊车梁、箱形梁），称为平衡扭转EquilibriumTorsion。第八章受扭构件的扭曲截面承载力对于超静定结构，作用在构件上的扭矩除了静力平衡条件以外，还必须由相邻构件的变形协调条件才能确定的，称为协调扭转CompatibilityTorsion。对于协调扭转，扭矩与相关构件的抗扭刚度有很大关系。约束扭转边梁抗扭刚度大的板弯矩边梁抗扭刚度小的板弯矩第八章受扭构件的扭曲截面承载力8.2纯扭构件的试验研究一、裂缝出现前的性能裂缝出现前，钢筋混凝土纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻合。最大剪应力tmax发生在截面长边中点。主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。Tmax2h/bteTTbhWt－与比值有关的系数最大剪应力tmax？第八章受扭构件的扭曲截面承载力开裂前，T-q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，T-q关系沿斜线上升，在构件表面裂缝呈螺旋状。当接近极限扭矩时，与这条空间裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服，最后压区混凝土被压坏，达到极限扭矩。二、裂缝出现后的性能扭转角第八章受扭构件的扭曲截面承载力由前述主拉应力方向可见，受扭构件最有效的配筋形式是沿主拉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。因此，实际受扭构件的配筋是采用箍筋与抗扭纵筋形成的空间配筋方式。第八章受扭构件的扭曲截面承载力三、破坏特征及计算模型按照配筋率的不同，受扭构件的破坏形态可分为适筋破坏、部分超筋破坏、少筋破坏和超筋破坏。◆当箍筋和纵筋配置都较合适时，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，与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性，破坏时的极限扭矩与配筋量有关。◆当纵筋和箍筋两者配筋比率相差较大，例如纵筋的配筋率比箍筋的配筋率小的多，则破坏时仅纵筋屈服，而箍筋不屈服；反之，则箍筋屈服，纵筋不屈服。具有一定的延性，但较适筋破坏的延性小。◆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，受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。◆当箍筋和纵筋配置都过少时，一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。第八章受扭构件的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力时：当crTT按计算配置受扭纵筋和箍筋时：当crTT按构造要求配置受扭钢筋开裂扭矩—crT第八章受扭构件的扭曲截面承载力一、开裂扭矩的计算按弹性理论，当主拉应力stp=tmax=ft时ttefWTmaxttetecrWfT,tttpcrWfbhbfT)3(62,按塑性理论，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，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极限强度，才达到极限承载力。ftftft45°此时截面上的剪应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为ft，分别计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩为，第八章受扭构件的扭曲截面承载力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，因此开裂扭矩也是介于Tcr,e和Tcr,p之间。——截面受扭塑性抵抗矩)3(62bhbWt矩形截面第八章受扭构件的扭曲截面承载力箱形截面实际工程中，当截面尺寸较大时，往往采用箱形截面，以减轻结构自重，如桥梁中常采用的箱形截面梁。为避免箱形截面的壁厚过薄对受力产生不利影响，规定壁厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6。22(3)(3)66hwthwwbbWhbhbbwbhhwhtw第八章受扭构件的扭曲截面承载力带翼缘截面bbf'hhf'剪应力分布分区≈简化剪应力分布分区第八章受扭构件的扭曲截面承载力bbf'hf'hfhwhbftftftwt)3(62bhbWtw)(22bbhWfftf)(22bbhWfftf有效翼缘宽度应满足bf'≤b+6hf'及bf≤b+6hf的条件。第八章受扭构件的扭曲截面承载力二、配筋强度比z由于受扭钢筋由箍筋和受扭纵筋两部分钢筋组成，其受扭性能及其极限承载力不仅与配筋量有关，还与两部分钢筋的配筋强度比z有关。yvystcorstlffsAuA//1z试验表明，当0.5≤z≤2.0范围时，受扭破坏时纵筋和箍筋基本上都能达到屈服强度。《规范》建议取0.6≤z≤1.7，通常设计中取z=1.0~1.3，当z1.7时，按z1.7计算。stlA受扭纵筋的截面面积1stA沿截面周边所配置箍筋的单肢截面面积第八章受扭构件的扭曲截面承载力三、《规范》的受扭承载力计算公式对于hw/b≤6的矩形截面：corstyvttuAsAfWfT12.135.0z对于hw/b6的矩形截面，需进行专门的计算。第八章受扭构件的扭曲截面承载力8.4弯剪扭构件的扭曲截面承载力一、破坏形式TVTM扭矩和弯矩的叠加扭矩和剪力的叠加第八章受扭构件的扭曲截面承载力弯剪扭构件的破坏形态与三个外力之间的比例关系和配筋情况有关，主要有三种破坏形式：弯型破坏：当弯矩较大，扭矩和剪力均较小时，弯矩起主导作用，裂缝首先在弯曲受拉底面出现，然后发展到两个侧面。底部纵筋同时受弯矩和扭矩产生拉应力的叠加，如底部纵筋不是很多时，则破坏始于底部纵筋屈服，承载力受底部纵筋控制。此时，受弯承载力因扭矩的存在而降低。第八章受扭构件的扭曲截面承载力扭型破坏：当扭矩较大，弯矩和剪力较小，且顶部纵筋小于底部纵筋时发生。扭矩引起顶部纵筋的拉应力很大，而弯矩引起的压应力很小，所以导致顶部纵筋拉应力大于底部纵筋，构件破坏是由于顶部纵筋先达到屈服，然后底部混凝土压碎，承载力由顶部纵筋拉应力所控制。由于弯矩对顶部产生压应力，抵消了一部分扭矩产生的拉应力，因此弯矩对受扭承载力有一定的提高。但对于顶部和底部纵筋对称布置情况，总是底部纵筋先达到屈服，将不可能出现扭型破坏。第八章受扭构件的扭曲截面承载力剪扭型破坏：当弯矩较小，对构件的承载力不起控制作用，构件主要在扭矩和剪力共同作用下产生剪扭型或扭剪型的受剪破坏。裂缝从一个长边（剪力方向一致的一侧）中点开始出现，并向顶面和底面延伸，最后在另一侧长边混凝土压碎而达到破坏。如配筋合适，破坏时与斜裂缝相交的纵筋和箍筋达到屈服。当扭矩较大时，以受扭破坏为主；当剪力较大时，以受剪破坏为主。第八章受扭构件的扭曲截面承载力二、按《混凝土设计规范》的配筋计算方法由于在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，各项承载力是相互关联的，其相互影响十分复杂。为了简化，《规范》偏于安全的按下面的方法计算：1、受弯纵筋计算受弯纵筋As和A's按弯矩设计值M由正截面受弯承载力计算确定。2、剪扭配筋计算对于剪扭共同作用，《规范》采用混凝土部分承载力相关，钢筋部分承载力叠加的方法。第八章受扭构件的扭曲截面承载力对于剪力和扭矩共同作用下的矩形截面一般剪扭构件：corstyvtttuAsAfWfT12.135.0z01025.1)5.1(7.0hsnAfbhfVsvyvttu05.015.1bhWTVtt1、剪扭构件的受剪承载力2、剪扭构件的受扭承载力——剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数0.1,0.15.0,5.0tttt取当取当第八章受扭构件的扭曲截面承载力对于集中荷载作用下独立的钢筋混凝土剪扭构件，corstyvtttuAsAfWfT12.135.0z010)5.1(175.1hsnAfbhfVsvyvttu0)1(2.015.1bhWTVtt第八章受扭构件的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力受弯纵筋As和A's抗扭纵筋：抗扭箍筋：抗剪箍筋：sAst1snAsv1coryyvststluffsAA1zAsA'sAstl/3Astl/3Astl/3+=A's+Astl/3As+Astl/3Astl/3+=sAst14sAsv12sAsv1sAsv1+sAst1第八章受扭构件的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力1、当剪力V≤0.35ftbh0或V≤ftbh0时，可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力分别进行计算；2、当扭矩T≤0.175ftWt时，可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力分别进行计算。1875.0第八章受扭构件的扭曲截面承载力《混凝土结构设计规范》规定：第八章受扭构件的扭曲截面承载力★弯剪扭构件受扭纵向受力钢筋的最小配筋率yvtsvsvsvffbsnA28.0min,1★纵向钢筋的最小配筋率min,min,tlsstlsbhAAytsff45.0min,ytstltlffVbTbhA6.0min,min,第八章受扭构件的扭曲截面承载力8.5构造要求★箍筋的最小配筋率1、防止少筋破坏22VbTVbT时，取当注：第八章受扭构件的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力2、防止超筋破坏——最小截面尺寸限制cctfWTbhV25.08.00c为混凝土影响系数，当fcu,k≤50N/mm2时，c=1.0，当fcu,k=80N/mm2时c=0.8，其间线性插值。当满足以下条件时，可不进行受剪扭承载力计算，仅按最小配筋率和构造要求确定配筋。ttfWTbhV7.000007.07.0bhNfWTbhVtt或：第八章受扭构件的扭曲截面承载力第八章受扭构件的扭曲截面承载力受扭纵筋应沿截面周边均匀布置，在截面四角必须布置受扭纵筋，纵筋间距不大于200mm。受扭纵筋的搭接和锚固均应按受拉钢筋的构造要求处理。第八章受扭构件的扭曲截面承载力请看P206例8-1第八章受扭构件的扭曲截面承载力